西藏半野生小麦脆穗性主效位点Qbr.sau-5A的定位与克隆

论文摘要

西藏半野生小麦（Triticum aestivum ssp.tibetanum Shao）是我国特有的六倍体小麦亚种,其最典型的特征是自然脆穗和包壳（难脱粒）等原始性状。脆穗和难脱粒性状是小麦驯化过程中最为重要的两个性状,通过对控制这些性状基因进行研究,不仅可以加深对驯化性状的遗传机制的认识,同时有助于揭示西藏半野生小麦的起源。之前的研究表明,西藏半野生小麦可能存在多个影响脆穗性和包壳性（脱粒性）的主效基因,复杂的遗传背景限制了对其关键基因的认识与克隆。本研究中,首先通过全基因组水平的QTL分析,定位了西藏半野生小麦控制脆穗性与脱粒性的主效QTL位点;并对位于5AL的一个脆穗性主效位点进行精细定位与克隆,确定控制该位点关键基因,分析其来源与分布,揭示了西藏半野生小麦起源于普通小麦的去驯化过程。本研究的结果不仅为小麦的进化和分类研究提供了新的认识,同时对了解作物去驯化分子机制提供了难得案例。主要实验结果列举如下:1、利用西藏半野生小麦Q1028与普通小麦ZM9023构建的重组自交系群体（186份株系）,基于564个DArT标记和117个SSR标记,构建覆盖全基因组21条染色体的遗传图谱。结合两年表型数据,对Q1028的脆穗性和脱粒性进行QTL分析,分别检测到了4个控制脆穗性和3个控制脱粒性的QTL位点。其中,位于2DS、2DL以及5AL的三个位点表现出对脆穗性和脱粒性的一因多效作用,分别解释5.3%、18.6%和18.6%的脆穗性表型变异以及17.4%、13.2%和35.2%的脱粒性表型变异;位于3DS的位点并不影响脱粒性,是脆穗性表型贡献率最高的位点,达到了38.7%。推测位于2DS和3DS的位点分别是Tg12D和Br13D。位于2DL的脆穗性和脱粒性位点在之前的研究中未见报道。位于5AL的位点与Q基因比较接近,但是对Q1028的Q基因miRNA172结合位点的测序结果显示为驯化型,因此说明了该位点的效应来源并非q基因。2、通过构建近等基因系,成功将位于5AL的主效脆穗性位点Qbr.sau-5A从西藏半野生小麦Q1028复杂的遗传背景中分离。结果表明Qbr.sau-5A对小麦穗部包括脆穗、包壳、穗长及穗密度等性状均有影响。穗轴石蜡切片显示这个位点可能通过减弱穗轴的韧性增强脆穗性。随后基于一个4810株近等基因系衍生群体和新开发的分子标记,我们成功将这个基因定位于0.04 cM的遗传距离范围,对应34 kb的物理区域,确认了Qbr.sau-5A的效应来源就是Q基因。3、序列分析显示西藏半野生小麦Q1028的Q基因型（Qt）在其编码区第五外显子存在一个161 bp的转座插入。虽然Qt仍然具有表达活性,但是编码蛋白结构发生了变化,仅有前端211个氨基酸与Q蛋白保持相同,缺失AP2 domain R2,Motif 3以及AASSGF box等AP2结构,导致Qt蛋白无法与小麦穗部其他蛋白互作。随后通过Qt与Q-null突变体比较以及Qt转基因进行功能验证,证明功能丧失是Qt导致小麦脆穗性和其他穗部性状改变的关键机制。4、基于Q基因区域147 kb的捕获测序数据构建的22个小麦材料的邻接树,证明Qt起源于六倍体小麦中驯化的Q基因型的突变。随后基因型的分布结果显示这个突变的基因型仅分布于西藏半野生小麦群体,并具有很高的分布频率（约69%）。而地理分布的结果显示,Qt的分布频率与地理和气候环境存在密切的联系,恶劣的地理环境似乎促进Qt的正向选择,而良好的农业生产环境可能会抑制这种选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 小麦的起源与驯化
•   1.2 小麦驯化基因
•     1.2.1 脆穗基因
•     1.2.2 脱粒性基因
•     1.2.3 包壳基因
•   1.3 西藏半野生小麦的分类与起源
•   1.4 西藏半野生小麦的野生性状
•     1.4.1 西藏半野生小麦的脆穗性
•     1.4.2 西藏半野生小麦的包壳和脱粒性
•   1.5 立题依据与研究内容
• 第二章 西藏半野生小麦Q1028 脆穗性与脱粒性QTL分析
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 作图群体
•     2.1.2 表型调查前处理
•     2.1.3 脆穗性状评价方法
•     2.1.4 脱粒性状评价方法
•     2.1.5 DNA提取与检测
•     2.1.6 分子标记分析
•     2.1.7 连锁图谱构建
•     2.1.8 QTL分析
•     2.1.9 统计分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 亲本与重组自交系的脆穗性与脱粒性
•     2.2.2 连锁图谱
•     2.2.3 脆穗性的QTL分析
•     2.2.4 脱粒性的QTL分析
•     2.2.5 脆穗性与脱粒性基因位点的上位性分析
•   2.3 小结
• 第三章 Qbr.sau-5A近等基因系的构建与精细定位
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 近等基因系创制
•     3.1.2 精细定位群体构建
•     3.1.3 脆穗性表型鉴定
•     3.1.4 穗轴石蜡切片观察
•     3.1.5 分子标记开发
•     3.1.6 遗传定位方法
•     3.1.7 物理图谱信息分析
•     3.1.8 统计分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 近等基因系的穗部表型
•     3.2.2 近等基因系的穗轴石蜡切片观察
•     3.2.3 连锁标记开发与初定位结果
•     3.2.4 精细定位与候选基因筛选
•   3.3 小结
• 第四章 Qbr.sau-5A候选基因的克隆与功能分析
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 西藏半野生小麦Q1028的Q基因序列克隆
•     4.1.2 插入片段生物信息学分析
•     4.1.3 RT-PCR和 qRT-PCR分析
•     4.1.4 酵母双杂分析
•     4.1.5 突变体筛选与不同Q等位基因近等基因系的构建
•     4.1.6 小麦转基因分析
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 基因的结构
•     4.2.2 插入片段分析
•     4.2.3 表达分析
•     4.2.4 编码蛋白结构分析
•     4.2.5 酵母双杂分析
•     4.2.6 突变体比较分析
•     4.2.7 转基因验证
•   4.3 小结
• 第五章 基因型的进化起源与分布
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 目标区域捕获测序与SNP鉴定
•     5.1.2 进化分析
• t基因分型'>    5.1.3 Q^t基因分型
•     5.1.4 地理环境信息来源
•     5.1.5 统计分析
•   5.2 结果与分析
• t基因的进化分析'>    5.2.1 Q^t基因的进化分析
• t基因的材料分布情况'>    5.2.2 Q^t基因的材料分布情况
• t基因的地理分布情况'>    5.2.3 Q^t基因的地理分布情况
•   5.3 小结
• 第六章 全文讨论与结论
•   6.1 西藏半野生小麦自然脆穗性的形成
•   6.2 西藏半野生小麦的起源
•   6.3 西藏半野生小麦与云南铁壳麦的关系
•   6.4 水稻与小麦去驯化过程的比较
•   6.5 西藏地理环境与小麦去驯化
• t是去驯化基因中的一个特殊案例'>  6.6 Q^t是去驯化基因中的一个特殊案例
• 主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在读期间发表的论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 蒋云峰

导师: 郑有良

关键词: 西藏半野生小麦,脆穗,包壳,基因,去驯化

来源: 四川农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 四川农业大学

分类号: S512.1;Q943.2

DOI: 10.27345/d.cnki.gsnyu.2019.000318

总页数: 113

文件大小: 9251K

下载量: 9