玉米谷氨酰胺合成酶基因Gln1-3和Gln1-4的序列变异及其与产量相关性状的关联分析

摘要

玉米是我国重要的粮、经、饲三元作物。玉米产量是一个复杂的数量性状，受诸多因素的影响。在玉米种质资源中蕴含着许多影响玉米产量相关性状基因的等位变异，鉴定出这些等位变异，并开发与这些变异紧密相关的功能性标记，从而通过分子标记选择的手段进行种质创新和遗传改良。Gln1-3和Gln1-4基因是玉米谷氨酰胺合成酶(GS)基因家族的重要成员，编码穗部与茎秆同工酶，与籽粒产量和籽粒大小紧密相关。
　　本研究以87份变异丰富的的优良玉米自交系为试验群体，基于NimbleGen目标序列捕获平台技术，对基因Gln1-3和Gln1-4进行了目标序列重测序，并分析目的基因在供试自交系中的核苷酸多态性和单倍型密度。在此基础上，结合三亚和青岛的产量相关性状的测定数据，采用候选基因关联分析方法，筛选出与产量相关的优异等位变异位点。主要研究结果如下:
　　1、对87份玉米自交系中Gln1-3和Gln1-4基因序列进行多态性分析，结果发现:基因Gln1-3共检测到136个SNP和95个Indel，其中编码区有7个SNP，基因Gln1-4共检测到158个SNP和69个Indel，其中编码区有20个SNP。尽管基因Gln1-3和Gln1-4编码区的变异频率远低于内含子区段，但编码区的SNP仍将两个基因分别划分为7个和19个单倍型。Gln1-3和Gln1-4基因的多态性位点之间处于高度的连锁不平衡，其连锁不平衡随物理距离的增加而迅速衰减。
　　2、基于候选基因关联分析的结果发现，Gln1-3基因编码区共检测到3个多态性位点与产量性状显著关联:SNP214(C/T)与粒厚显著关联，贡献率6.81％;SNP_44（A/C）与穗重显著关联，贡献率7.71％; SNP_849(C/A)与粒长、粒重、穗重显著关联，对穗重的贡献率最大为8.44％。Gln1-4基因编码区在两个环境中共检测到8个与产量性状显著关联的多态性位点:其中与三亚表型数据共关联到5个位点，分别与粒长、粒宽、穗粗和秃顶长显著关联，与青岛表型数据共关联到5个位点，分别与轴粗、穗粗、秃顶长、粒长、穗行数和粒宽显著关联，其中，位点SNP350(T/C)为非同义突变，引起氨基酸的改变(P/L)，在两个环境中均与粒长达到了显著关联，贡献率分别为5.44％和6.25％。

目录

摘要

符号说明

1 前言

1．1 玉米产量及相关性状的研究进展

1．1．1 玉米产量及相关性状的重要性

1．1．2 玉米产量及其相关性状的QTL研究情况

1．2 氮的代谢及其对玉米的影响

1．2．1 氮素对玉米的影响

1．2．2 植物对氮的吸收及利用

1．2．3 氨的同化

1．3 谷氨酰胺合成酶(GS)的研究进展

1．3．1 谷氨酰胺合成酶(Gs)对植物的生理作用

1．3．2 谷氨酰胺合成酶(GS)的基因家族

1．3．3 GS基因定位及与产量QTL的相关

1．3．4 GS对作物产量及育种的影响

1．4 关联分析的研究进展

1．4．1 定义与概念

1．4．2 关联分析的特点

1．4．3 关联分析的研究策略

1．4．4 基于候选基因的关联分析在玉米中的应用

1．5 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 供试材料及田问试验设计

2．2 产量相关性状的测定

2．3 DNA的提取和基因重测序

2．4 序列分析

2．5 群体的遗传结构和亲缘关系

2．6 基于候选基因的关联分析

3 结果与分析

3．1 产量相关性状的统计分析

3．2 候选基因的核苷酸序列变异分析

3．2．1 玉米Gln1-3基因的序列变异

3．2．2 玉米Gln1-4基因的序列变异

3．3 候选基因与玉米产量相关性状的关联分析

3．3．1 群体结构分析

3．3．2 基因型和表型的关联分析

4 结论与讨论

参考文献

致谢

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