【摘 要】
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甘蔗(Saccharum spp.)在110多个国家种植,满足世界上大部分的蔗糖需求。甘蔗根系是土壤与甘蔗地上部之间物质交换的重要桥梁,发达的根系对甘蔗抗倒、养分和水分的吸收利用以及激素的合成、分泌和转运起到重要作用。因此,根系的相关研究对甘蔗改良至关重要。本研究通过盆栽试验考察收集306份甘蔗根系性状,结合Axiom Sugarcance100K SNP芯片进行基因分型,调查9个甘蔗根系相关性状
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甘蔗(Saccharum spp.)在110多个国家种植,满足世界上大部分的蔗糖需求。甘蔗根系是土壤与甘蔗地上部之间物质交换的重要桥梁,发达的根系对甘蔗抗倒、养分和水分的吸收利用以及激素的合成、分泌和转运起到重要作用。因此,根系的相关研究对甘蔗改良至关重要。本研究通过盆栽试验考察收集306份甘蔗根系性状,结合Axiom Sugarcance100K SNP芯片进行基因分型,调查9个甘蔗根系相关性状,包括总根长(TRL)、总根表面积(TRSA)、根系平均直径(RAD)、总根体积(TRV)、根鲜重(RFW)、根干重(RDW)、株鲜重(SFW)、株干重(SDW)及干重根冠比(RSR),并进行全基因组关联分析。主要研究结果如下:(1)9个甘蔗根系相关性状的统计分析。9个根系相关性状遗传变异较大,变异系数介于47.8%-102.916%之间,广义遗传力在0.363-0.832之间,TRSA、SDW、RDW为中等遗传力,其余6个性状表现较高遗传力。相关性分析结果显示,TRV与RAD、TRSA之间的相关性为极显著正相关,与RSR、TRL、RFW呈显著负相关;RAD与TRSA呈显著相关,与RSR、TRL、RFW呈显著负相关;RSR与TRL、RFW、RDW、TRSA存在显著正相关,与SDW、SFW呈显著负相关;TRL与RFW、RDW、SDW、SFW呈极显著正相关,与TRSA呈显著正相关;RFW与RDW、SDW、SFW、TRSA呈极显著正相关;RDW与SDW、SFW、TRSA呈显著正相关;SDW与SFW呈极显著正相关;SFW与TRSA相关性为正相关。(2)306份甘蔗种质9个根系性状的主成分分析。发现,9个根系性状可分为三个主成分,三个主成分累积贡献率为79.615%。经综合评价,306份甘蔗材料根系性状综合得分从大到小依次为:粤糖94-128>闽糖11-610>5-103>7-45>…>16-101。(3)群体结构、亲缘关系和连锁不平衡(LD)分析。利用Axiom Sugarcance100K SNP芯片,对156份甘蔗材料进行基因分型,经过过滤、筛选获得26,254个SNP标记基因型。利用基因型数据进行群体结构和亲缘关系评价结果表明,群体被分为三个亚群,第一个亚群包含69份材料,第二个亚群包含48份材料,第三亚群包含39份材料,群体结构分析与聚类分析结果一致;56.2%材料间亲缘关系为零,92.7%材料间亲缘关系在0-0.2之间,说明群体可以进行关联分析。LD分析表明,发现当r~2=0.1时,全基因组LD衰减距离为1.112 kb;进一步对10条染色体的LD进行分析,发现各染色体LD衰减情况不一,但整体较为接近。r~2=0.1时,10条染色体LD衰减距离约为0.42-6.311 kb。(4)9个甘蔗根系性状结合26,254个SNP标记进GWAS分析,以P≤3.5×10-4为阈值,选用广义线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)模型进行关联分析,结果如下:基于GLM模型:TRL定位到10个显著的SNP位点;TRSA定位到5个SNP位点;RAD定位到2个SNP位点;TRV定位到4个SNP位点;RFW定位到13个SNP位点;RDW定位到15个SNP位点;SFW定位到16个SNP位点;SDW定位到2个SNP位点;RSR定位到34个SNP位点。基于MLM模型:甘蔗TRL定位到5个显著的SNP位点;TRSA定位到1个SNP位点;RAD在MLM模型下未定位到显著的SNP位点;TRV定位到1个SNP位点;RFW定位到6个SNP位点;RDW定位到6个SNP位点;SFW定位到6个SNP位点;SDW定位到1个SNP位点;RSR定位到17个SNP位点。GLM模型和MLM模型定位出101个与甘蔗根系性状关联的SNP位点。通过LD衰减距离的结果,预测候选基因的区间为每个SNP位点物理距离上下各1 kb的范围(r~2=0.1)。根据高粱基因组注释文件,最终找到79个可能与根系相关的基因。通过GO数据库对根系相关的候选基因进行注释,这些基因可能与植物根系发育、生物胁迫和非生物胁迫相关。
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