玉米子粒锌铁铜锰含量的连锁与关联分析

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sufe_
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锌、铁、铜、锰等微量元素是日常人体生长、健康发育所必需摄入的,它们在生物系统的生理生化功能中扮演重要角色。若这些元素缺乏或者摄入量不足,将会导致人体的机能障碍和多种疾病。玉米是世界范围内种植最广的作物之一,它不仅是发达国家的重要的经济作物,而且还是许多发展中国家的主食作物。因此,开展玉米富微量元素遗传研究,提高玉米子粒营养元素含量具有深远的意义。  本研究对以玉米自交系178和P53为亲本构建的124个的重组自交系(RIL)群体和包含248份玉米自交系的微核心自然群体进行连续两年的表型测定,并使用Genotyping By Sequence(GBS)方法对它们进行基因型分型,然后运用连锁定位和关联分析的方法对玉米子粒锌、铁、铜、锰含量进行遗传定位,挖掘主效位点或紧密关联的分子标记,以期为富微量元素育种提供理论依据。主要研究结果如下:  1.对RIL群体使用滑动窗口(sliding windows)方法分析得到了7,278个重组bin标记,标记的总长度为2017.13Mb,平均物理长度为0.28Mb;利用以上bin标记进行了遗传连锁图谱的构建,得到图谱的总长度为2568.99cM,标记间平均遗传距离为0.35cM的高分辨率遗传图谱。  2.RIL群体两年的QTL定位结果显示,与子粒锌、铁、铜、锰含量相关QTL有12个,分布在7条染色体上;单个QTL的遗传区间在0.42~26.06 cM之间,平均为12.75cM;物理区间的变异范围在之间1.07~10.56Mb,平均为5.61 Mb;单个QTL表型贡献率在1.80%~15.53%之间;在3号染色体存在2个分别控制着玉米子粒锌、铁含量的QTL(qZn3和qFe3)是共定位位点,它们的置信区间基本重合。  3.对测序获得标记进行筛选后等到10,684个质量较高的SNP用于全基因组关联分析,结果显示,两年一共检测到83个SNP与4个性状相关联(P<10-3.5),单个SNP解释的表型贡献率在7.91%~34.83%之间,平均解释的表型变异为14.27%。对于同一性状,两年间同时检测到的SNP位点有2个(6_144546709和9_2619581),它们分别与锌和锰含量相关。同时,在第1、3和8号染色体上有4个SNP位点同时关联到铁和铜元素含量。此外,在多条染色体上存在一些毗邻的SNP位点,这些位点至少与一个性状关联。  4.比较两种分析方法,发现2013年定位到的QTLqCu8与2015年关联到的位点8_172892857存在重合,qCu8的表型贡献率为6.594%,位点8_172892857的贡献率为15.52%,这个共定位位点对后续的基因挖掘及克隆具有重要的意义。  5.对关联分析得到的位点进行候选基因挖掘,结果在部分SNP上下游50 Kb的物理区段发现了26个候选基因,这些基因参与转录因子的合成、蛋白质的合成与分泌、钾离子(K+)转运蛋白构成等过程。  综上,玉米子粒锌、铁、铜、锰含量是对环境反应比较敏感的数量性状,以重组bin为标记构建遗传连锁图谱,定位到的QTL置信区间小,精确度高。关联分析能够检测到遗传作用差异较大SNP位点,是解析子粒微量元素遗传的有效方法。
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