小麦抽穗期QTL--Qhd5D近等基因系构建及其转录组学分析

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyhpeter2011
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小麦是世界上种植最广泛的粮食作物之一,超过40个国家将其作为主食,主要是因为其能适应多种不同的环境;而抽穗期是与小麦适应性直接相关的重要性状,因此解析小麦穗发育机制以及发掘新的影响小麦抽穗及开花期的基因对提高产量具有重要的应用价值。本研究以次级群体BC5F3为材料,构建抽穗期与豫麦57(Y57)有显著差异的近等基因系,并对其进行穗发育动态观察及转录组测序分析。通过探讨近等基因系间三个叶龄期和两个穗发育时期幼穗差异表达基因表达模式和功能,为深入研究小麦穗发育分子调控机制及抽穗期相关基因挖掘奠定基础。主要研究结果如下:
  1.以DH60与Y57构建的BC5F3群体为材料,用Xbarc320和Xwmc215两个标记进行前景选择,88个SSR标记进行背景选择,共筛选出7株背景回复率高于96%的近等基因系,其中96-2背景回复率达到100%。
  2.近等基因系Y57(196天)和96-2(184天)主茎幼穗均在三叶期开始分化,但是Y57幼穗伸长期至单棱期和单棱期至二棱期持续时间均显著长于96-2。
  3.利用RNA-Seq技术,对Y57和96-2四叶期、五叶期和七叶期3个叶龄小麦幼穗分别进行高通量测序分析,六个样品共获得44.68Gb Clean Data,各样品Clean Data均高于7.1Gb,Q30碱基百分比在85.65%及以上。各样品Clean Reads与中国春参考基因组进行序列比对,比对效率为63.11%到71.00%,唯一比对效率为60.06%到63.13%。基于比对结果,进行可变剪接预测分析、基因结构优化分析以及新基因的发掘,共发掘出11,990个新基因,其中9,657个得到功能注释。
  4.分别对Y57和96-2四叶期、五叶期和七叶期进行转录组比较分析发现,与VRN-A1同源基因表达趋势相同的差异表达MADS-Box基因有26个;在96-2中五叶期表达量最高,五叶期到七叶期稳定表达,而在Y57中持续上调表达,到七叶期表达量达到最高,这些基因可能正调控幼穗分化;与TaVRT-2表达趋势相同的差异表达MADS-Box基因有11个,在两个材料中均持续下调表达,这些基因可能负调控幼穗分化。三个时期共同差异表达基因有185个,共同上调表达基因有33个,其中Traes5DL_52EC7112A和Traes_3DS_92091AAD4在Y57中表达量几乎为0,在96-2中表达量很高,这两个基因可能促进小麦抽穗。
  5.Y57和96-2在二棱期有395个差异表达基因,其中上调表达基因138个,下调表达基因257个;在雌雄蕊分化期有749个差异表达基因,包括446个上调表达基因,303个下调表达基因。二棱期和雌雄蕊分化期共同的差异表达基因有133个,共同上调表达的基因有43个,这43个基因可能与小麦抽穗期缩短有关。
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