玉米耐低磷種質(zhì)資源篩選和遺傳研究.pdf

1、磷是植物生長和發(fā)育的必需營養(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。低磷脅迫會導(dǎo)致玉米（Zea mays，L）植株生長緩慢、花期延遲、結(jié)實率下降并最終導(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.為了評價新型玉米55K芯片的性能及其在本研究中的適用性，我們對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缺失率和雜合率。(2)該芯片能夠清晰地劃分出我國主要的玉米雜種優(yōu)勢類群。(3)55K芯片的SNP位點設(shè)計在溫、熱帶玉米群體間沒有偏向性，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

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.分別利用兩個關(guān)聯(lián)群體在甘肅和廣東進(jìn)行田間表型鑒定，同時采用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。在我國主要的玉米雜種優(yōu)勢類群中，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)胞壁重塑等過程。通過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。在這兩個模塊中有10個關(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)勢單倍型的穗粒數(shù)比劣勢單倍型提高了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)測準(zhǔn)確度。
　　4.通過對F2∶3群體進(jìn)行極端表型的DNA混池分析，本研究一共檢測到45個顯著性SNP位點和6個候選基因區(qū)段。與全基因組關(guān)聯(lián)分析和RNA-seq結(jié)果一