作物子粒锌、铁含量Meta分析及其玉米QTL定位

摘要

日常饮食中锌、铁等必须微量营养元素长期缺乏会带来严重的健康问题，通过生物强化途径提高主要粮食作物可食部分锌、铁等微量元素的含量，进而改善人体对其日常摄入量，是解决全球性隐性饥饿的有效途径。因此，开展富锌、铁等微量元素作物新品种的选育具有重要意义。
　　为了解析作物子粒锌、铁含量的遗传机制，本研究首先对三种主要粮食作物—玉米、水稻及小麦中现已公布的子粒锌、铁含量相关QTL进行了Meta分析，以对现有数据进行梳理并得到一致性的QTL;然后在Meta分析整合结果的基础上对三种作物进行了标记水平的比较基因组学分析，以对子粒锌、铁含量性状在物种中的保守性进行评价并得到候选基因组区域或候选基因;最后，在玉米F7RIL群体中进行了子粒锌、铁含量的QTL定位分析，以对候选基因组区域进行验证并发掘新位点。主要研究结果如下:
　　1、得到了10个玉米mMQTL，分布在2、3、4、5、9、10号染色体上，贡献率为8.75％～28.30％，置信区间为9.53 cM～212.71 cM;22个水稻rMQTL，分布在1、2、3、4、5、6、7、8、9、12号染色体上，贡献率为6.72％～24.30％，置信区间为7.68 cM～20.66 cM;13个小麦wMQTL，分布在2A、3D、4A、4D、5A、6B、7A连锁群上，贡献率为4.56％～40.62％，置信区间为1.05 cM～46.38 cM。其中，玉米mMQTL2.2、mMQTL2.3，水稻rMQTL1.2、rMQTL6.2、rMQTL8.2及小麦rMQTL7A.1、rMQTL7A.3整合了多个原始QTL且贡献率高、置信区间小，可能为子粒锌、铁含量的候选MQTL。
　　2、8个玉米mMQTL在水稻或小麦基因组中存在同源染色体区域，且多数区域内包含有相应MQTL。其中，玉米mMQTL5/mMQTL9.2、水稻rMQTL7.3及小麦wMQTL2A.2在三个物种中保持共线性。
　　3、发现在玉米mMQTL9.2和水稻rMQTL3.1的同源区内存在玉米金属转运蛋白编码基因Nramp3，该基因可能与锌、铁元素在玉米子粒中的积累有关。
　　4、三个试验点498份RIL自交系共检测到了16个子粒锌含量QTL和3个子粒铁含量QTL。有6个QTL为遗传稳效QTL，分布在6、7和8号染色体上。其中，位于bin6.02的遗传稳效QTL（qZnB6/qZnX6）与标记umc1178紧密连锁，贡献率较大，分别为15.86％和9.98％。
　　5、位于2号染色体的qZnB2(bin2.08)和位于9号染色体的qFeX9(bin9.07)分别与Meta分析整合得到的玉米mMQTL2.3和mMQTL9.2共位点，且分别与标记umc1230和bnlg1525相邻，证明Meta分析的结果与目标性状的QTL定位结果是吻合的。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 锌、铁的生物学作用及其影响

1．2 强化育种的意义及研究进展

1．2．1 锌、铁含量在主要粮食作物中的遗传变异

1．2．2 强化育种的研究进展

1．3 数量性状基因定位及其研究进展

1．3．1 DNA分子标记

1．3．2 QTL定位的群体

1．3．3 遗传图谱的构建

1．3．4 QTL定位的方法

1．3．5 主要粮食作物中锌、铁含量QTL的研究进展

1．4 Meta分析的原理及其研究进展

1．4．1 Meta分析的原理

1．4．2 Meta分析对作物重要农艺性状QTL信息挖掘的研究进展

1．5 标记水平的共线性与比较基因组学

1．5．1 标记水平的共线性

1．5．2 比较基因组学在植物研究中的应用

1．6 本研究的研究目的、内容及技术路线

1．6．1 研究目的与内容

1．6．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 Meta分析所用QTL信息的收集与整理

2．1．2 比较作图选用的参考图谱及数据库

2．1．3 QTL定位的供试材料

2．2 研究方法

2．2．1 Meta分析整合图谱的构建

2．2．2 QTL定位的田间试验设计

2．2．3 玉米子粒锌、铁含量的测定方法

2．2．4 QTL定位SSR标记分析

2．2．5 广义遗传力分析

2．3 数据分析

2．3．1 原始QTL的Meta分析

2．3．2 MQTL的比较作图分析

2．3．3 定位群体表型性状统计分析

2．3．4 连锁图谱的构建及QTL定位分析

3 结果与分析

3．1 子粒锌、铁含量的Meta分析

3．1．1 玉米子粒锌、铁含量的Meta分析

3．1．2 水稻子粒锌、铁含量的Meta分析

3．1．3 小麦子粒锌、铁含量的Meta分析

3．2 子粒锌、铁含量MQTL比较作图及共线性标记分析

3．2．1 共线性MQTL

3．2．2 候选基因

3．3 玉米子粒锌、铁含量的QTL定位分析

3．3．1 RIL群体子粒锌、铁含量的变异分析

3．3．2 遗传连锁图谱的构建

3．3．3 RIL群体子粒锌、铁含量QTL分析

4 讨论

4．1 作物子粒锌、铁含量等生物强化性状的遗传研究

4．1．1 作物子粒锌、铁含量的遗传变异

4．1．2 作物子粒锌、铁含量的QTL定位研究

4．2 作物子粒锌、铁含量Meta分析

4．2．1 Meta分析的效率

4．2．2 重要的作物子粒锌、铁含量MQTL

4．2．3 作物子粒锌、铁含量性状相关性

4．3 作物子粒锌、铁含量MQTL比较作图分析

4．3．1 作物子粒锌、铁含量的物种共线性

4．3．2 金属转运蛋白编码基因Nramp3

4．3．3 MQTL比较作图的有效性与局限性

4．4 Meta分析与玉米QTL定位分析的关系

4．4．1 玉米RIL群体定位分析对MQTL的验证

4．4．2 Meta分析对QTL定位分析的指导意义

5 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢