玉米LEAFY、RTCS和dbf1基因序列变异及其产量相关性状关联分析

【摘要】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很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可以深入了解产量相关性状的分子遗传机制,开发与这些变异紧密关联的功能标记,从而通过分子标记选择的手段进行种质创新和遗传改良。基于连锁分析的QTL作图是研究复杂性状的有效手段,但其尚存一定的局限性。随着现代生物学的发展,一种基于连锁不平衡剖析复杂性状的方法—关联分析,开始应用于植物遗传学研究。它以连锁不平衡为基础鉴定某一群体内性状与遗传标记或候选基因之间的关系,是对分子育种中QTL分析的补充和提高。关联分析作为高分辨率的QTL发掘手段,能够把目标性状同基因的多样性结合起来进行分析,直接鉴定出与表型变异密切相关的功能等位变异,目前己成为复杂数量性状优异等位基因发掘的有效手段。本研究从玉米种质资源库中筛选出变异丰富的优良玉米自交系构成试验群体,基于NimbleGen目标序列捕获平台技术,对基因LEAFY、RTCS和lbf1进行了目标序列重测序,鉴定出目的基因在我国优异玉米自交系中的单倍型和核苷酸多态位点,阐述了这些基因在优良玉米自交系中的变异频率。在此基础上,结合产量相关性状的鉴定数据,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：驯化选择是植物在适应新环境和改变生存要求的过程中,对重要农艺性状进行遗传改良的人工选择。为研究玉米人工驯化基因及其序列变异,为新一代分子育种提供有价值的遗传信息。本研究选取了拟南芥中LEAFY基因在玉米中两个拷贝的直系同源基因ZFL1和ZFL2。通过基因目标序列定点捕获和重测序,获得了62个优良玉米自交系基因ZFL1和ZFL2的DNA全长序列,进行了LEAFY基因序列多态性与单倍型分析。在ZFL1和ZFL2基因中,我们分别获得了118和110个多态性变异位点。尽管大部分变异发生在非编码区,但基因CDS区的多态性仍将ZFL1分为16个单倍型,编码16个不同的蛋白,将ZFL2分成编码8种不同蛋白的18个单倍型。自交系黄早四及其衍生系在基因ZFL1的CDS序列位点上受到了极显著的驯化选择,具有低的核苷酸多态性以及单倍型多态性。而ZFL2的CDS序列位点在瑞德群体的进化过程中受到选择。基因ZFLl序列位点至少经历了17次重组事件,而ZFL2基因位点至少发生了16次。对基因ZFL1和ZFL2编码区的多态性位点与产量相关性状进行关联分析,结果表明,两个基因的编码区序列多样性较高,但LD水平较低,分别检测到4个和3个与产量性状显著关联的多态性位点。玉米RTS基因编码在种子根和节根起始过程中起关键作用的LOB结构域蛋白。为研究RTCS基因的遗传多样性并挖掘优异等位变异,本研究筛选了73个来源广泛的优良玉米自交系,其中63个分别属5个温带杂种优势群,10个属于热带种质群。以B73的RTCS基因序列为模板,对这73个玉米自交系的RTCS基因进行目标区域定点捕获和重测序,获得基因全长序列。多态性分析表明：全序列共发现63个变异位点,包括44个SNP和19个InDel,大部分变异位于基因序列的非编码区和内含子区。在供试自交系群体中,编码区的序列变异位点将RTCS-基因分成14种单倍型,编码7种RTCS蛋白。多态位点的分析结果显示,在进化过程中该基因至少经历了6次重组事件。通过关联分析,在基因RTCS编码区检测到1个InDel和2个SNP多态性位点与产量相关性状显著关联：InDel与轴粗显著关联,贡献率10.91%；2个SNP分别与雄分枝数和出籽率显著关联,贡献率分别为6.132%和7.259%。中性检测表明,只有在P杂种优势群中该基因经历了负向选择。玉米dbf1基因在干旱胁迫下的编码产物与DIP1蛋白相结合,调控ABA响应基因rab17的表达,从而提高耐旱性。为研究玉米dbf1基因的序列多态性,本研究以B73的dbf1基因组序列为模板,对104个玉米自交系的dbfl基因进行了测序。多态性分析表明,在全长为2118bp的序列中发现了48个SNP和12个InDel。尽管大部分变异位点集中在非编码区,但编码区的1个InDel和3个非同义突变位点的变异可以产生氨基酸序列改变。玉米dbf1基因的全长序列和编码区序列的变异位点可以分别将该基因划分成33和11种单倍型,并且编码7种蛋白质。在供试材料中,dbf1基因至少经历了9次重组,中性检测表明该基因的进化没有偏离中性选择。dbf1基因编码区的InDel与穗粒数显著关联(p<0.05),对穗粒数的贡献率是7.159%。研究结果将为基于dbf1基因开发功能标记提供信息。
【作者】张恩盈；
【导师】徐辰武；
【作者基本信息】扬州大学，作物遗传育种，2014，博士
【关键词】玉米；产量性状；RTCS；LEAFY；dbf1；关联分析；序列变异；

【参考文献】
[1]王莹.新型农村合作医疗制度运行的问题与对策研究[D].大理学院,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[2]张新星.基于Android手机的智能插座设计[D].浙江大学,2014.
[3]马洋,王雪芹,张波,刘进辉,韩章勇,唐钢梁.风蚀和沙埋对塔克拉玛干沙漠南缘骆驼刺水分和光合作用的影响[J].植物生态学报,2014,05:491-498.
[4]常学礼,赵爱芬,李胜功.科尔沁沙地固定沙丘植被物种多样性对降水变化的响应[J].植物生态学报,2000,02:147-151.
[5]刘永蛟.CMR心肌灌注和延迟增强扫描对儿童病毒性心肌炎的诊断价值[D].山东大学,儿科学（专业学位）,2013,硕士.
[6]裴爱蕊.迭代学习控制在转台伺服系统中的应用研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[7]贾晓力.基于8051的TLM系统级模型的初步研究[D].华北电力大学（北京）,计算机应用技术,2004,硕士.
[8]苏艳华.幽门螺杆菌23srRNA基因突变与克拉霉素耐药性关系的研究[D].青岛大学,内科学,2013,硕士.
[9]许润国,韩国强.基于数据挖掘的入侵检测系统研究与设计[J].网络安全技术与应用,2005,10:41-43.
[10]汤晨旭.中国留印海员战时工作队研究（1942-1945）[D].中国社会科学院研究生院,中国近现代史,2014,硕士.
[11]王占魁.现阶段我国网络体育新闻评论栏目的发展态势研究[D].天津体育学院,体育人文社会学,2013,硕士.
[12]张云贞.中立型随机微分方程的输入状态稳定性的研究[D].中南民族大学,应用数学,2013,硕士.
[13]王洁琼.基于工业以太网的HL-2A装置ECRH系统的逻辑控制与监测[D].华中科技大学,电气工程,2013,硕士.
[14]卢会芬.大城市低碳客运交通系统评价指标体系研究[D].北京交通大学,2011.
[15]王宇红,黄德先,高东杰,金以慧.预测控制可行性与约束优先级的混杂处理[J].控制与决策,2004,08:847-851.
[16]郎明华.发动机喷雾图像匹配算法研究及粒子测量系统设计[D].长安大学,车辆工程,2013,硕士.
[17]张显库,金一丞.基于信息对称的简捷控制[J].控制与决策,2007,11:1255-1258.
[18]刘丹.磁场处理对纳米碳材料/聚乙烯复合材料结构及性能的影响[D].哈尔滨理工大学,2014.
[19]银晓瑞,梁存柱,王立新,王炜,刘钟龄,刘小平.内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学[J].植物生态学报,2010,01:39-47.
[20]张翠云.人口老龄化背景下农村养老问题研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2010,硕士.
[21]车俊娜.吉林省辽源市龙山区小学语文教师教学能力的现状调查研究[D].内蒙古师范大学,小学教育（专业学位）,2013,硕士.
[22]左超.激光成像雷达距离像拼接技术[D].国防科学技术大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[23]黄超.面向车联网的电控发动机故障诊断本体的应用研究[D].广东工业大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[24]邓颖.长沙市居民城市森林游憩特征研究[D].中南林业科技大学,森林游憩与公园管理,2013,硕士.
[25]盛赵旻,王樱,常程康,刘晓荣,章冬云,刘艳.硫模板法制备多孔石墨纳米笼及其性能表征(英文)[J].无机材料学报,2013,12:1376-1380.
[26]姜维.炭载体石墨化结构和表面性质调控及对负载金属催化剂催化性能的影响[D].浙江工业大学,2014.
[27]汤旭.16SrDNA和MALDI-TOF-MS鉴定布鲁氏菌方法建立和评价[D].山西医科大学,微生物学,2013,硕士.
[28]徐烽超.纳米铜—氨基酸配位聚合物的制备、表征及电传感性能研究[D].南京师范大学,物理化学,2012,硕士.
[29]冯森玲.银屑灵对过度增殖人角质形成细胞STAT3通路干预的影响[D].广州中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[30]郑扬.真诚领导理论研究[D].南京师范大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[31]刘必红,符红光.快速发现任意形状的聚类[J].计算机应用,2002,04:22-24.
[32]张翼,王国军.保险代理业务数据仓库的分析与设计[J].企业技术开发,2004,05:6-7+31.
[33]付燎原.施工期多层模板支撑体系荷载传递规律分析与性能测试[D].西安建筑科技大学,土木工程建造与管理,2013,硕士.
[34]李明珠.疏肝和胃汤对抑郁模型大鼠胃粘膜肥大细胞及感觉神经递质影响的研究[D].湖北中医药大学,中医临床基础,2013,硕士.
[35]张雅梅.3S支持下的喀斯特景观生态格局研究——以贵阳市为例[D].贵州师范大学,环境科学,2004,硕士.
[36]林之钰.制度经济学的新发展—霍奇逊演化经济思想研究[D].吉林大学,经济思想史,2013,硕士.
[37]朱艳.输卵管妊娠与沙眼衣原体和解脲支原体感染的相关研究[D].苏州大学,免疫学,2012,硕士.
[38]段妍.构建蕴含生命之美的和谐社会[D].沈阳师范大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[39]解晓敏.西南联大叙事中的知识分子形象[D].上海师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[40]李孟华.高等学校通过瑜伽教学活动加强审美教育的研究[D].沈阳体育学院,体育教育,2013,硕士.
[41]马艺玮,杨苹,王月武,赵卓立.微电网典型特征及关键技术[J].电力系统自动化,2015,08:168-175.
[42]齐忠成.中国共产党党代会代表提案制研究[D].中共上海市委党校,中共党史,2014,硕士.
[43]秦鹏.面向智能化织机的实时监控系统研究与实现[D].西北工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[44]熊珍珍.隧道火灾衬砌结构热力受损规律研究[D].中国矿业大学,防灾减灾工程及防护工程,2014,硕士.
[45]谭丽丽.书籍版式设计中负空间的视觉幻象运用与研究[D].北方工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[46]谢福根.火灾原因调查简义[J].上海消防(国际中文版).2001(05)
[47]叶正涛.啤酒生产企业危险辨识及其安全生产标准化体系优化研究[D].首都经济贸易大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[48]刘雨松.土地细碎化对农户购买农机作业服务的影响分析[D].西南大学,农业经济管理,2014,硕士.
[49]时玮,姜久春,张言茹,杨玉青,段瑶娟,刁伟萍.磷酸铁锂电池容量衰退轨迹分析方法[J].电网技术,2015,04:899-903.
[50]慕颖.非小细胞肺癌中p120ctn、E-cadherin的表达情况及其与中医证型的相关性研究[D].湖南中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.