论文部分内容阅读
色素的沉积、分布和浓淡在各种玉米间的变化对玉米功能基因组研究、遗传育种应用等方面具有重要价值。紫色叶鞘(purple leaf sheath, PSH)是玉米中比较常见的与色素相关的性状。它是指导玉米育种的重要形态标记,利用它可以更加直观的对关联的特殊性状进行选择和遗传研究。已有研究证明玉米紫色植株花色苷色素具有延缓衰老的功能。另外随着对紫色叶鞘的深入研究,可以进一步完善色素合成的生理机制。因此,开展玉米紫色叶鞘基因的定位具有十分重要的理论意义和实用价值。本研究利用玉米自交系DHlM和T877杂交构建的F2群体和包含208个系的重组自交系群体为材料,对紫色叶鞘性状进行遗传分析和基因定位。主要结果如下：(1)F2群体出现了紫色叶鞘与绿色叶鞘的分离,并且紫色叶鞘植株与绿色叶鞘植株的分离比符合3：1的孟德尔分离比。此外,在RIL群体中紫色叶鞘家系与绿色叶鞘家系的分离比符合1：1,这说明紫色叶鞘由一个显性核基因PSH控制。(2)利用WinQTLCart软件对RIL群体进行基因定位,初步将PSH定位在10号染色体。同时利用基因芯片对亲本和190株F2单株进行SNP分型,初步将PSH定位在10号染色体的SNP标记SYN17666附近,并将该SNP转化成CAPS标记进行验证。然后通过QTL-seq技术快速定位PSH。首先利用高通量测序对两个亲本池及30个绿色叶鞘家系组成的隐性池进行了全基因组测序。然后对测序结果进行了过滤、比对、SNP-index计算和作图。结果发现在10号染色体128M-132M及134M-139M两个区域内SNP-index值大于0.9,因此,进一步推断控制紫色叶鞘的基因在10号染色体128-139Mb区域内。与此同时,利用MaizeGDB上公布的标记对98株F2单株和76个RIL进行基因分型,将PSH基因定位在标记IDP8334和IDP7541之间大约2Mb区间内。研究表明QTL-seq结果与本研究运用传统基因定位方法得到的定位结果一致,两者起到了相互验证的作用。在此基础上,利用重测序信息开发新的Indel标记进一步缩小定位区间至标记Inde102A和Inde101C之间大约304Kb区间内。(3)通过基因注释发现上述304 Kb范围内含有10个基因,其中基因5(GRMZM5G822829)注释编码bHLH转录因子,它是花青素合成通路中一种重要的调控因子。基因5的同源基因在水稻与拟南芥中也都编码假定的bHLH型调控因子。另外,序列分析发现基因5在双亲间存在4处序列差异。因此,本研究将该基因作为紫色叶鞘基因最可能的候选基因。然后,利用Real-Time PCR技术对基因GRMZM5G822829进行表达量分析,表明该基因在紫色叶鞘和绿色叶鞘亲本间的表达量存在极显著差异,进一步证明了GRMZM5G822829是紫色叶鞘基因PSH的候选基因。这为目的基因的克隆及功能验证奠定了基础。