【摘 要】
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玉米是重要的粮食和饲料作物,目前已成为我国第一大作物。穗发芽是指种子在尚未收获时就已经发芽的现象。我国玉米在收获期经常遭遇阴雨连绵的天气,直接导致穗发芽,给生产上造成极大损失,本实验通过分析玉米穗发芽突变体（viviparous）vp-like8与野生型在转录组水平上的差异,对玉米穗发芽过程中的相关基因调控网络进行分析。通过差异表达分析,共筛选到2750个差异表达基因,其中在突变体中表达上调的基因
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2016YFD0101002）；
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玉米是重要的粮食和饲料作物,目前已成为我国第一大作物。穗发芽是指种子在尚未收获时就已经发芽的现象。我国玉米在收获期经常遭遇阴雨连绵的天气,直接导致穗发芽,给生产上造成极大损失,本实验通过分析玉米穗发芽突变体（viviparous）vp-like8与野生型在转录组水平上的差异,对玉米穗发芽过程中的相关基因调控网络进行分析。通过差异表达分析,共筛选到2750个差异表达基因,其中在突变体中表达上调的基因有1812个,表达下调的基因有938个。GO（Gene ontology）功能富集分析和KEGG代谢通路富集分析发现,代谢途径（Metabolic pathways）、植物激素信号传导（Plant hormone signal transduction）、光合作用（Photosynthesis）等生物途径被这些差异表达基因所富集,由此推测这些途径与玉米穗发芽是紧密相关的。本研究为今后探究玉米穗发芽的基因调控网络和分子机制提供了重要的数据支持。本研究的另一个课题是对玉米杂交种的耐旱性进行遗传解析。我国玉米的生产的时节正是我国干旱频繁发生的时节。因此,干旱是制约我国玉米生产的主要限制因素。本试验利用不完全双列杂交设计（NCⅡ）,以生产上广泛使用的两个杂交种品种郑单958和先玉335的亲本（郑58、昌7-2、335F、335M）为父本,通过与具有广泛遗传背景的96份玉米骨干自交系杂交,构建了杂交种群体,对散粉-吐丝间隔（ASI）、株高（PH）、穗长（EL）、百粒重（HGW）、单株产量（SPY）这些性状进行调查,采用干旱胁迫耐受指数（DSTI）进行玉米耐旱性综合评价。随后采用混合线性模型分别对干旱处理下的ASI、PH、EL、HGW、SPY的加性遗传效应、显性遗传效应和隐性遗传效应分别进行全基因组关联分析。对耐旱性评价筛选出的一对耐旱材料和旱敏感材料的转录组进行测序和分析,之后通过与全基因组关联分析的结果进行比较,挖掘出玉米耐旱相关的候选基因。主要结果如下:1.对206份杂交种材料进行耐旱性评价,依据DSTI从大到小排名顺序,选取了20份最耐旱的材料和20份最敏感的材料。2.分别对2018年和2019年的表型的不同遗传效应进行全基因组关联分析。18年ASI的加性、显性、隐性遗传效应都检测到显著关联位点,在其附近分别检测到34、3、1个基因。19年ASI在加性和显性遗传效应分别检测到3、1个基因,隐性遗传效应未检测到显著关联位点。18年EL仅在隐性遗传效应检测到关联位点,在其附近检测到17个基因,加性和显性遗传效应未检测到显著关联位点。19年EL在显性和隐性遗传效应检测到关联位点,在其附近分别检测到10、9个基因,加性遗传效应未检测到显著关联位点。18年PH在加性、显性、隐性遗传效应都检测到显著关联位点,在其附近分别检测到9、12、24个基因。19年PH仅在隐性遗传效应检测到显著关联位点,在其附件检测到7个基因,其他遗传效应未检测到显著关联位点。18年HGW在显性和隐性遗传效应检测到显著关联位点,在其附近分别检测到41、59个基因,在加性遗传效应未检测到显著关联位点。19年HGW三种遗传效应都未检测到显著关联位点。18年SPY在加性、显性、隐性遗传效应都检测到显著关联位点,在其附近分别检测到10、16、20个基因。19年SPY三种遗传效应均未检测到显著关联位点。对这273个关联到的基因在玉米数据库Maize GDB中查询其功能信息,其中71个基因有功能注释。其中包含多个与耐旱相关的转录因子基因、参与调节气孔开闭基因和ABA信号传导相关基因。并且多个基因在穗发芽突变体vp-like8中也是差异表达的。为进一步研究玉米耐旱提供了依据。3.对耐旱性评价筛选出的一对耐旱材料和旱敏感材料的转录组进行分析,共检测到1168个差异表达的基因。其中10个基因与GWAS关联到的基因重合。其中5个基因表达上调,其余5个表达下调。表达上调的基因中有2个是功能未知基因,3个是有功能注释的基因。表达下调的基因中有1个是功能未知基因,其余4个是有功能注释的基因。这10个基因初步确定为玉米耐旱候选基因,其耐旱功能机制有待后续进一步验证。
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