玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)基因C4PPDKZm1启动子区的单倍型分析

摘要

目前，玉米已经是世界上种植面积最大、单位面积产量最高、用途最广的农作物，人们对玉米的需求量也在不断增加。在玉米种植面积不能继续扩大的情况下，只能通过提高玉米单位面积产量来满足人们对玉米日益增长的需求。影响玉米产量的因素有很多，其中，光合利用率是影响产量的重要因素之一。为了选育出高产的玉米品种，育种工作者提出了高光效育种的方法。对影响玉米光合作用的分子生物学特性的细致化研究，将有助于高光效育种工作的进行。
　　磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)是C4PPDKZm1基因的转录产物，是玉米C4光合途径的一个关键限速酶，主要在叶片中表达，该基因表达量的高低直接影响到玉米光合效率的高低。本研究以该基因的启动子序列为研究对象，目的是发掘对该基因表达量有显著影响的序列变异位点(SNPs)，为育种工作者开展高光效育种提供一些理论依据和技术支持。研究的主要结果如下:
　　1.对C4PPDKZm1基因的表达模式分析。研究发现，C4PPDKZm1基因在玉米不同组织中的表达差异很大，在叶片中最高，在雌穗中最低;在玉米的营养生长阶段其表达量呈递增的趋势（苗期至孕穗期），生殖生长阶段同样也呈递增趋势（授粉后一天至三十天）;在一天当中，该基因的表达量的最高值出现在中午，随着每天光照时间的变化而有规律的变化。
　　2.利用148份玉米材料组成的自然群体为供试材料，对这148份材料中C4PPDKZm1基因的启动子序列经过扩增后做重测序，对测序结果利用软件进行比对并经人工校对后与这148份材料的C4PPDKZm1基因的表达量和单株产量进行关联分析。(1)对该基因的表达量做全基因组关联分析结果显示，在第6号和第7号染色体上定位到2个位点。其中第6号染色体上所得位点与B73上的位置相近;(2)对该基因的表达量与启动子序列做候选基因关联分析结果显示，共有12个SNPs被定位到，4个单碱基突变，8个碱基缺失，对该基因的表达量的贡献率超过10％的有2个位点;对12个SNPs做单倍型分型，共分为11个单倍型，基因表达量平均值最高的单倍型是type3，type6单倍型的个体数最多，但表达量处于平均水平;(3)单株产量与启动子序列做候选基因关联分析结果显示，共定位到5个SNPs，均为单碱基突变，单株产量贡献率超过10％的位点有4个，且贡献率一致;5个SNPs共分为3个单倍型，type1的单株产量平均值最高，type2所含有的个体数最多，但单株产量的平均值处于平均水平。

目录

摘要

符号说明

1 前言

1．1 光合作用

1．1．1 光合作用的重要性及意义

1．1．2 C4植物与C3植物光合作用途径的异同

1．1．3 C4植物光合作用的优势

1．2 玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)的研究进展

1．2．1 玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)基因的生物信息学研究

1．2．2 玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)基因的作用机理

1．2．3 玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)基因对逆境胁迫的响应

1．2．4 玉米磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)基因的双元启动子系统

1．3 荧光定量PCR技术的发展及运用

1．3．1 荧光定量PCR技术的定义与概念

1．3．2 荧光定量PCR技术的原理及优缺点

1．3．3 荧光定量PCR技术在植物遗传育种中的应用

1．4 关联分析的研究进展

1．4．1 关联分析的产生及意义

1．4．2 关联分析的定义与特点

1．4．3 关联分析的基础——连锁不平衡

1．4．4 关联分析的研究策略

1．4．5 候选基因关联分析在玉米中的应用

1．5 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 材料

2．1．1 材料来源

2．1．2 材料

2．2 方法

2．2．1 启动子区序列检索、克隆及重测序

2．2．2 单株产量的测定

2．2．3 DNA的提取

2．2．4 RNA的提取和逆转录

2．2．5 C4PPDKZm1基因启动子区的PCR扩增

2．2．6 C4PPDKZm1基因表达量的测定

2．3 数据分析方法

2．3．1 数据统计分析

2．3．2 序列分析

2．3．3 群体的遗传结构和亲缘关系分析

2．3．4 关联分析

3 结果与分析

3．1 玉米C4PPDKZm1基因启动子的预测

3．2 玉米总RNA的提取与cDNA的合成

3．3 单株产量的统计分析

3．4 基因表达量的测定

3．5 C4PPDKZm1基因启动子的扩增

3．6 C4PPDKZm1基因表达模式分析

3．6．1 组织表达分析

3．6．2 不同生育期的表达分析

3．6．3 昼夜表达变化规律分析

3．7 群体结构和亲缘关系分析

3．8 C4PPDKZm1启动子变异位点的连锁不平衡

3．9 C4PPDKZm1基因的启动子序列变异与基因表达量的关联分析

3．9．1 全基因组关联分析

3．9．2 基因表达量的候选基因关联分析

3．9．3 单株产量的候选基因关联分析

4 结论与讨论

4．1 结论

4．2 讨论

4．2．1 玉米光合基因的表达模式

4．2．2 群体遗传多样性及群体结构

4．2．3 关联分析的结果

论文说明

参考文献

致谢

声明