玉米籽粒主要营养品质及淀粉糊化特性的全基因组关联分析

来源 :青岛农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengafei1
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玉米不仅是重要的粮食、饲料作物,而且是工业和现代生物质能源的重要原料。高产、稳产、优质一直是玉米遗传育种的重要目标,通过遗传改良来提高玉米的品质无疑是玉米育种的一个重要发展方向。本研究以292份玉米自交系构建的自然群体为试验材料,测定并分析玉米籽粒蛋白质含量、淀粉含量、油分含量及淀粉的糊化特性,利用全基因组关联分析对玉米主要营养品质性状及淀粉糊化特性相关基因位点进行初步定位。主要结果如下:  1、品质性状和糊化特性的相关性分析表明,除洛阳外,青州和胶州的蛋白质含量与油分含量均呈极显著正相关;四个环境下,蛋白质含量与淀粉含量,油分含量与淀粉含量均呈极显著负相关。峰值粘度、谷值粘度、崩解值、最终粘度和回复值两两之间,糊化温度和糊化时间均呈极显著正相关;糊化时间和糊化温度与崩解值之间呈极显著负相关。  2、对292份玉米自交系的全基因组关联分析结果表明,四个环境下共筛选出89个与玉米主要品质性状相关的SNP标记,其中与蛋白质含量相关的24个,与淀粉含量相关的37个,与油分含量相关的28个。蛋白质含量和淀粉含量均检测到标记PZE_108135907、PZE_109032161;淀粉含量和油分含量均检测到标记PZE_105086878、PZE_106067078、SYN3414、PZE_106054189。四个环境下共筛选出134个与玉米籽粒糊化特性相关的SNP标记,其中与峰值粘度相关的14个,谷值粘度20个,崩解值19个,最终粘度15个,回复值19个,糊化时间23个,糊化温度24个。最终粘度和回复值均检测到标记PZE_101122760、PZE_103046325、PZE_104089684、PZE_106039028、SYN26334、PZE_110040421;峰值粘度和谷值粘度均检测到标记PZE_103091447、PZE_105156016;峰值粘度和最终粘度均检测到标记PZE_103096842;谷值粘度和最终粘度均检测到标记PZE_106067257。  3、本研究成功对57个与主要品质性状相关候选基因作出功能注释,71个与糊化特性相关候选基因作出功能注释。其中,GRMZM2G064701、GRMZM2G169089、GRMZM2G086088与油分含量显著相关,分别编码FAD2、DGAT1和泛素结合酶。FAD2作用于内质网上,是催化油酸形成亚油酸的关键酶;DGAT1是TAG合成途径的限速酶,其主要作用是催化二酰甘油加上酰基脂肪酸形成三酰甘油。GRMZM2G111354与淀粉含量显著相关,编码WRKY转录因子。转录因子WRKY参与了植物的各种防卫反应以及植物的衰老,并调节植物的生长发育。在大麦中发现转录因子SUSIBA2参与淀粉合成的调节,推测转录因子WRKY可能与碳水化合物的合成代谢有关。GRMZM2G143646和GRMZM2G166407均与崩解值和最终粘度显著相关,两个基因均编码PPR蛋白。大部分PPR基因定位在线粒体或叶绿体中,调控细胞器基因的表达。多数PPR基因的突变体因细胞器功能有缺失,导致突变体不能完成胚胎发育而致死。  利用全基因组关联分析发掘作物的优异基因是目前植物基因组学研究的重要方法之一,通过开展籽粒品质性状的分子遗传研究,分析各品质性状间的分子遗传关系,实现籽粒品质性状的分子标记辅助选择和改良,可以提高育种效率,加快育种进程。本研究初步定位了与玉米主要营养品质及淀粉糊化特性相关的候选基因,可对这些候选基因进一步进行精细定位,并可以利用携带这些优异候选基因的材料做亲本,并借助分子标记辅助选择将多个目标基因导入或聚合到受体材料中,提高育种选择效率。
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