玉米穗上多叶基因的精细定位及转录组分析

摘要

培育青饲玉米是发展饲用玉米产业的重要环节。穗上多叶玉米因其具有叶面积大、生物学产量高等特点，是优质青饲玉米种质资源之一。本研究利用具有9张穗上叶的穗上多叶玉米自交系Y915和具有5张穗上叶的普通玉米自交系郑58构建的分离群体，对穗上多叶基因(Leafy)进行初定位和精细定位，并采用RNA-Seq技术对穗上多叶近等基因系进行转录组分析，以期为揭示玉米穗上多叶遗传机理和培育高产优质的青饲玉米品种提供参考。主要结果如下:
　　(1)玉米穗上多叶基因初定位。①利用F2群体（郑58×Y915）中的极端单株构建穗上多叶DNA混合池和穗上少叶DNA混合池，选择覆盖整个基因组的595个SSR标记对DNA混合池及亲本进行基因型鉴定，共发现了7个与穗上叶片数连锁的分子标记，分别位于3、5和9号染色体上。②随机选择190株由杂交组合郑58×Y915衍生的F2单株进行基因芯片检测，构建遗传图谱，定位穗上叶片数QTL，共检测到7个QTL，分别位于2、3、5、6、7和8号染色体上。两种定位方法在3号染色体上定位到了一个相同QTL。该QTL被命名为qLN3-2，位于标记SYN32259和PZE-103182430之间，属于主效QTL，其解释的表型变异为60.92％，LOD值为34.93。
　　(2)穗上多叶主效QTL qLN3-2精细定位。首先，根据基因芯片检测的基因型数据，从郑58×Y915衍生的F2群体中筛选qLN3-2位点有交换的单株，利用其中具有极端穗上叶片数的交换单株（5叶以下和12叶以上）将目的基因定位在SNP标记PZE-103176493和PZE-103181867之间;然后，从郑58×Y915衍生的F3群体中选择184株穗上叶片数为4叶的单株作为材料，利用多态性标记umc2008、InDel-52、21-16、21-49、21-57和InDel-58将候选区间定位在21-57和InDel-58之间;最后，从上述F3群体中选择1746株穗上叶片数为5叶的单株作为材料，利用多态性标记21-16、InDel-58、InDel-O2和Y250将候选区间定位在InDel-O2和Y250之间，约1.53M。
　　(3)穗上多叶近等基因系转录组分析。以9张穗上叶自交系M_LA和其近等基因系6张穗上叶L_LA为研究材料，取玉米V4时期茎尖生长点为样本进行RNA-Seq分析。在M_LA和L_LA之间共发现1203个差异表达基因。相对于自交系L_LA而言，自交系M_LA中共有611个基因上调，592个基因下调。GO分析结果表明，上调基因最显著富集的GOTerm是细胞组成中的光系统1，下调基因最显著富集的GO Term是细胞组成中的TFIID转录因子。Pathway富集分析结果表明，上调基因最显著富集的通路是光合作用，下调基因最显著富集的通路是DNA复制。GO分析和Pathway富集分析的结果表明，穗上多叶基因对光合作用产生了较大影响。

目录

摘要

中英文缩略表

第一章 文献综述

1．1 青饲玉米研究进展

1．2 玉米株型概述

1．3 QTL定位研究进展

1．3．1 混合群体分离分析法

1．3．2 图位克隆法

1．4 转录组研究进展

1．4．1 转录组概述

1．4．2 转录组技术研究进展

1．5 穗上多叶玉米研究进展

1．5．1 穗上多叶玉米选育

1．5．2 穗上多叶基因研究进展

1．6 本研究目的和意义

第二章 玉米穗上多叶基因的精细定位

2．1 材料与方法

2．1．1 供试玉米材料

2．1．2 试验仪器

2．1．3 性状调查

2．1．4 基因型鉴定

2．1．5 利用BSA法对玉米穗上多叶基因进行初定位

2．1．6 利用F2作图群体对玉米穗上多叶基因进行初定位

2．1．7 利用F3群体对玉米穗上多叶基因进行精细定位

2．2 结果与分析

2．2．1 亲本材料形态特征比较

2．2．2 利用BSA法对玉米穗上多叶基因进行初定位

2．2．3 利用F2作图群体对玉米穗上多叶基因进行初定位

2．2．4 利用F3群体对玉米穗上多叶基因精细定位

2．3 小结与讨论

2．3．1 定位亲本与群体的选择

2．3．2 定位方法的选择

2．3．3 本研究的不足与展望

第三章 玉米穗上多叶近等基因系转录组分析

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 RNA提取

3．1．3 文库构建与测序

3．1．4 测序数据质控与比对分析

3．1．5 基因结构分析

3．1．6 基因定量分析

3．1．7 基因差异表达分析

3．1．8 差异基因功能分析

3．1．9 qRT-PCR验证

3．2 结果与分析

3．2．1 测序数据质控及生物学重复评估

3．2．2 基因结构分析

3．2．3 基因定量分析

3．2．4 差异表达基因及功能分析

3．2．5 差异表达基因GO分析

3．2．6 差异表达基因KEGG分析

3．2．7 qRT-PCR验证

3．3 小结与讨论

3．3．1 玉米穗上多叶基因对光合作用代谢途径的影响

3．3．2 玉米穗上多叶近等基因系中差异表达基因及通路功能研究

3．3．3 基因结构对玉米穗上多叶的影响

全文总结

参考文献

附录

致谢

论文说明

硕士期间发表的论文

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