小麦三雌蕊突变体的转录组分析及与Pis1基因紧密连锁的分子标记开发

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小麦(Triticum aestivum L.)作为主粮和重要的工业原料之一,对人类生产生活有非常重要的意义。但随着人类对小麦的需求不断增长,造成小麦供不应求的现象。增加小麦产量,选育优质、高产、稳产的小麦品种是育种学家的首要任务之一。三雌蕊品系小麦能够显著增加其穗粒数,对提高小麦产量具有重要意义。本研究通过对三雌蕊品系小麦CM28TP和普通小麦CM28进行转录组测序(RNA-Seq),分析RNA-Seq结果中CM28和CM28TP中的差异表达基因(DEGs),利用qRT-PCR方法验证RNA-Seq结果,得到与Pis1基因相关的DEGs;筛选位于小麦2D染色体M70和M71附近的SNP,利用CM28、CM28TP和CM28×CM28TP F2代群体验证RNA-Seq所得SNP,从而获得与Pis1基因紧密连锁的分子标记。取得的主要成果如下:1、对亲本CM28和CM28TP进行转录组测序,在所得DEGs中将筛选条件设置为FDR<0.01且|log2(fold change)|≥2,结果显示在普通小麦CM28及其近等基因系三雌蕊小麦CM28TP共找到332个差异表达基因(DEGs),其中表达上调基因103个,表达下调基因229个。利用qRT-PCR对随机挑选的25个DEGs进行验证,结果表明qRT-PCR与转录组结果一致,二者拟合后的R2为0.9052。KEGG分析结果表明,332个DEG中有186个DEGs参与了57个代谢通路。其中遗传过程和代谢过程中内质网蛋白加工和碳代谢途径注释到差异表达基因最多,其次是内吞作用和光合生物的碳固定作用。GO功能分析结果显示,生物过程功能得到616类功能注释,比例最高,占63.3%。其中细胞高分子生物合成过程和大分子生物合成过程注释基因数最多。通过对DEGs进行功能分析,并结合已有报道筛选出了6个与花发育相关的基因,即:MADS-box转录因子TaAGL36、TaVRT-2,CCCH型锌指蛋白,ALOG基因家族ALOG4-2A,F-box蛋白家族At5g56440和ABORTED MICROSPORES基因,推测这6个基因可能参与了小麦三雌蕊性状的形态建成。2、通过对CM28与CM28TP杂交后获得的283个F2单株性状统计发现三粒小麦:一粒小麦=3:1(χ2=0.047),这再一次证实小麦三雌蕊性状受显性单基因的控制。根据CM28和CM28TP的转录组分析结果,在M70与M71分子标记附近筛选到了7个在亲本间具有多态性的SNP标记。通过进一步测序验证,发现有3个SNP标记与Pis1基因连锁。其中SNP7和SNP1与Pis1基因紧密连锁,分别距离Pis1基因1.8和2.1cM,其物理距离约为1.62Mb。
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