玉米耐低磷種質(zhì)資源篩選和遺傳研究.pdf

1、磷是植物生長(zhǎng)和發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素。土壤中的磷酸鹽離子易與金屬離子結(jié)合形成難以溶解的化合物，無(wú)法被植物直接吸收利用，因此土壤中的有效磷缺乏一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物產(chǎn)量提高的重要因素之一。研究作物耐低磷脅迫的遺傳機(jī)制、篩選和鑒定優(yōu)良的種質(zhì)資源，進(jìn)而培育磷高效利用的農(nóng)作物品種是解決“磷危機(jī)”的重要途徑。低磷脅迫會(huì)導(dǎo)致玉米（Zea mays，L）植株生長(zhǎng)緩慢、花期延遲、結(jié)實(shí)率下降并最終導(dǎo)致減產(chǎn)。本研究結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析、DNA混池分析、RNA

2、-seq以及全基因組選擇等多種分析方法對(duì)玉米的耐低磷遺傳機(jī)制進(jìn)行了解析，結(jié)論如下
　　1.為了評(píng)價(jià)新型玉米55K芯片的性能及其在本研究中的適用性，我們對(duì)593份玉米自交系進(jìn)行了基因型鑒定，結(jié)果顯示(1)相較于其他芯片，55K芯片具有更低的位點(diǎn)缺失率和雜合率。(2)該芯片能夠清晰地劃分出我國(guó)主要的玉米雜種優(yōu)勢(shì)類群。(3)55K芯片的SNP位點(diǎn)設(shè)計(jì)在溫、熱帶玉米群體間沒(méi)有偏向性，并且該芯片在熱帶玉米中擁有更多最小等位基因頻率較低的位點(diǎn)

3、，非常適于挖掘熱帶玉米中稀有而寶貴的基因資源以及對(duì)本研究中玉米耐受低磷脅迫的遺傳機(jī)制進(jìn)行解析。
　　2.分別利用兩個(gè)關(guān)聯(lián)群體在甘肅和廣東進(jìn)行田間表型鑒定，同時(shí)采用55K芯片進(jìn)行基因型鑒定。與正常磷水平相比，單株產(chǎn)量、穗粒數(shù)和行粒數(shù)在低磷條件下下降最為明顯。在我國(guó)主要的玉米雜種優(yōu)勢(shì)類群中，塘四平頭類群表現(xiàn)出較好的低磷耐受性和廣適性，而Iodent類群則在低磷條件下具有良好的產(chǎn)量表現(xiàn)。
　　3.本研究利用FarmCPU模型在兩種

4、磷水平下一共找到了300個(gè)候選基因。在低磷條件下關(guān)聯(lián)到的基因主要參與了轉(zhuǎn)錄調(diào)控、活性氧清除、激素調(diào)節(jié)和細(xì)胞壁重塑等過(guò)程。通過(guò)分析極端自交系的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，我們一共找到了118個(gè)差異表達(dá)基因，這些基因不但在苗期差異表達(dá)，而且與花期和產(chǎn)量性狀顯著相關(guān)。權(quán)重基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析鑒定到了兩個(gè)與根部和地上部鮮重、酸性磷酸酶活性和花青苷含量相關(guān)的基因模塊。在這兩個(gè)模塊中有10個(gè)關(guān)鍵基因與低磷條件下找到的候選基因是一致的。單倍型分析結(jié)果顯示，在低磷條件下

5、優(yōu)勢(shì)單倍型的穗粒數(shù)比劣勢(shì)單倍型提高了41.2％。為了將關(guān)聯(lián)分析所得結(jié)果應(yīng)用于分子育種，本研究對(duì)五種全基因組選擇模型進(jìn)行了比較，其中RR-BLUP和GBLUP模型分別在正常磷和低磷條件下優(yōu)于其他模型。本研究還將關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果與全基因組選擇模型進(jìn)行整合，顯著提高了模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。
　　4.通過(guò)對(duì)F2∶3群體進(jìn)行極端表型的DNA混池分析，本研究一共檢測(cè)到45個(gè)顯著性SNP位點(diǎn)和6個(gè)候選基因區(qū)段。與全基因組關(guān)聯(lián)分析和RNA-seq結(jié)果一