玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显基因的上位研究与叶脉叶耳颜色的进一步定位.doc
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1、单位代码 10635 学 号 112008307000784 硕硕士士学学位位论论文文 玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显性基因的玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显性基因的 上位性研究与玉米叶脉叶耳颜色的进一步定上位性研究与玉米叶脉叶耳颜色的进一步定 位位 论文作者: 袁文娟 指导教师: 蔡一林 教授 学科专业: 生物化学与分子生物学 研究方向: 玉米分子育种 提交论文日期:2013 年 4 月 10 日 论文答辩日期:2013 年 6 月 1 日 学位授予单位:西南大学 中 国 重 庆 2013 年 6 月 独独创创性性声声明明 学位论文题目玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显性基因上位性研究与 玉米叶脉
2、叶耳颜色的进一步定位 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果,文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者: 签字日期: 年 月 日 学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院(筹)可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学
3、位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书,本论文:不保密, 保密期限至 年 月止) 。 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 西南大学硕士学位论文 目 录 摘要摘要I ABSTRACT.III 第一章第一章 文献综述文献综述.1 1.1 数量性状的相关概念.1 1.2 QTL 定位的原理与方法.2 1.2.1 定位的原理2 1.2.2 定位的方法2 13 QTL 定位方法的最新进展4 1.3.1 QTL 动态定位 .4 1.3.2 eQTL 定位4 1.33 种质资源新基因发掘的 QTL 定位方法 4 1.3.4 QTL 精细定位 .5 1.4
4、花色苷研究进展.5 1.4.1 花色苷研究现状5 1.4.2 花色苷结构和代谢途径6 1.4.3 花色苷生理功能7 1.5 关于上位性方面的研究进展.8 1.6 玉米叶片相关性状定位方面的研究进展.9 第二章第二章 引言引言.11 2.1 研究的目的与意义.11 2.2 技术路线.12 第三章第三章 玉米籽粒花色苷含量两个显性基因玉米籽粒花色苷含量两个显性基因 GE6 和和 GE10 的上位性研究的上位性研究13 3.1 材料与方法.13 3.1.1 试验材料13 3.1.2 试验方法.13 3.2 结果与分析.17 3.2.1 遗传连锁图谱的构建17 3.2.2 QTL 定位 .18 3.2
5、.3 MuS 与 MoS 两个群体的表型分析20 3.2.4 MuS 与 MoS 两个群体的籽粒和穗轴花色苷含量的方差分析21 3.2.5 MuS 与 MoS 两个群体的 9 种基因型花色苷平均值的多重比较22 3.2.6 MuS 与 MoS 两个群体的 GE6 和 GE10 的上位性效应分析.24 3.3 结论与讨论.25 3.3.1.对两个群体 MuS-BC4F3、MoS-BC4F3籽粒和穗轴花色苷含量定位结果分析25 3.3.2 讨论25 第四章第四章 玉米叶脉叶耳颜色的进一步定位玉米叶脉叶耳颜色的进一步定位.27 4.1 材料与方法.27 4.1.1 材料27 目 录 i 4.1.2
6、田间试验27 4.1.3 表型测定27 4.1.4 基因型的测定28 4.1.5 背景恢复率的计算28 4.1.6 引物的设计28 4.1.7 连锁图谱的构建28 4.1.8 QTL 定位方法及效应分析 .28 4.2 结果与分析.29 4.2.1 叶脉、叶耳近等基因系的构建.29 4.2.2 BC4F3分离群体的表型鉴定 29 4.2.3 叶脉叶耳颜色相关的 SSR 引物筛选与新引物的设计30 4.2.4 MuS-BC4F3目标 QTL 区段连锁图谱构建 32 4.2.5 叶脉叶耳颜色定位结果的分析33 4.3 结论与讨论.33 4.4 主要创新点.34 参考文献参考文献.35 致致 谢谢.
7、43 西南大学硕士学位论文 玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显性基因的上位性研 究与叶脉叶耳颜色的进一步定位 摘摘 要要 玉米是世界上种植面积最大的作物之一,黑玉米有高的花色苷含量,是很好的保健品, 对人们的身体健康有重要的作用,黑玉米的主要成分是花色苷,花色苷是构成植物花瓣、叶 片、果实、种子等器官颜色的最主要水溶性色素,是由苷元与葡萄糖以糖苷键形式结合形成 的一类广泛存在于植物体内的类黄酮多酚化合物。花色苷有多种保健功能,花色苷最主要的 功能是可以清除自由基,具有抗氧化抗衰老的功能。到目前为止关于玉米上位性方面的研究 多为玉米株高、穗位高、单株总叶数、穗位叶长、穗位叶宽和穗位叶面积之间的上位性
8、研究, 还有在玉米出子率进行上位性效应分析,而对玉米花色苷的上位性研究很少。上位性的研究 可以丰富花色苷的遗传基础,为遗传改良提供依据。叶片是植物的重要组成部分,叶脉叶耳 是叶片的重要组成部分,对叶片相关颜色基因的进一步定位,为玉米中色素相关基础研究提 供参考,为玉米中色素的分子标记辅助育种及玉米色素相关基因的克隆与转化提供了依据。 本文利用西南大学玉米研究所新育种的材料黑玉米自交系SDM,以SDM为父本,以木6,Mo17 分别为母本,构建两个回交群体,通过前景选择和背景选择获得两个近等基因系BC4F3,对 控制玉米籽粒和穗轴的花色苷含量两个主效基因进行上位性研究。另外选择以SDM为父本, 木
9、6为母本,通过前景选择和背景选择获得一个遗传背景一致的近等基因系BC4F3,进行叶脉 叶耳颜色的进一步定位,具体研究结果如下: 1.对两个群体MuS-BC4F3、MoS-BC4F3籽粒和穗轴花色苷含量两个显性基 因的上位性研究 两个群体 MuS-BC4F3、MoS-BC4F3的籽粒花色苷含量在第 6 染色体上都定位到引物 S8 附近, 第 10 染色体上都定位到 IDP8526-bnlg1028 附近。两群体的穗轴花色苷含量第 6 染色体都定 位到引物 S8 附近,第 10 染色体定位到区间 IDP8526-bnlg1028 附近。两个群体的籽粒定位区 间和穗轴花色苷定位的区间都相同,可见籽粒
10、花色苷高的穗轴花色苷含量也高,二者有一致 性。MuS-BC4F3、MoS-BC4F3两个群体的基因型确定通过定位结果的最近标记的带型进行确定, 最后得出基因型个数的分离比符合孟德尔的遗传定律 9:3:3:1,说明籽粒和穗轴花色苷的 含量基因主要是受这两个非等位基因控制的。通过两个群体的籽粒和穗轴花色苷含量的方差 分析发现不同基因型间玉米籽粒与穗轴花色苷平均含量差异显著,基因型不同籽粒与穗轴花 色苷的平均含量也不同。两个群体的 9 种基因型花色苷平均值的多重比较表明,AaBb AABb AaBB AABB 四种基因型花色苷含量间差异不显著,这四种基因型的花色苷含量与 aaBb Aabb aaBB
11、 AAbb aabb 五种基因型花色苷含量差异显著,aaBb Aabb aaBB AAbb aabb 五种基因型 摘 要 I 花色苷含量差异不显著。可见当两个基因同时存在时对花色苷含量影响比较大,只有一个基 因作用时对花色苷的影响无明显差异。两个群体的籽粒和穗轴花色苷含量的两个基因上位性 分析表明:一个基因单独作用时对籽粒和穗轴花色苷的影响都比较低,两个基因互作时对花 色苷的影响比较大。可见基因互作对花色苷含量的提高有很大的作用。 2.对群体 MuS-BC4F3叶脉叶耳颜色的进一步定位 MuS-BC4F3群体表型鉴定表明,叶脉和叶耳的非紫色与紫色两种表型都 1:3,符合孟德尔 单基因分离比例
12、1:3,说明可以排除其它基因的干扰,是对目标区段基因定位的理想材料。 根据 F2 代和 BC4F2 的定位结果。加大叶脉叶耳基因附近引物的筛选力度,通过电泳筛选 BC4F3 有差异的引物只有 3 对。为了定位的结果更准确需要多设计引物。在叶脉定位的区间 IDP8526-bnlg1028 和叶耳定位的区间 IDP8526-bnlg1028 由于叶脉叶耳都定位到相同的区间 内,所以设计的引物只要有差异在叶脉和叶耳上都可以用来定位,在 NCBI blastn 得知 IDP8526 的 BAC 值 AC194430.3 ,bnlg1028 的 BAC 值为 AC205908.3,从 www.maize
13、sequence.org 得知 IDP8526-bnlg1028 之间的物理距离为 2,753,143bp,物理距离 太大,需要通过设计新的引物来缩短物理距离。利用 SSRHUNTER 逐个寻找 SSR 位点,找到单 拷贝的 SSR 位点,用 premier 5.0 设计引物,总共设计了 25 对引物,通过筛选发现引物 J34 在 SDM 与木 6 之间多态性比较好。用筛选出来的差异引物和新设计的引物对叶脉叶耳颜 色进一步定位,最后叶脉叶耳都定位到区间 J34-bnlg1028,物理距离为 1304kb ,极大地缩 短了物理距离,为下一步克隆提供依据。BC4F3的定位结果的表型贡献率达到 60
14、%以上,明显 高于 BC4F2的定位结果,可见近等基因系 BC4F3的定位结果准确度更高,可信度更高。 西南大学硕士学位论文 II 玉米籽粒、穗轴花色苷含量两个显性基因的上位性研 究与叶脉叶耳颜色的进一步定位 The research of two dominant epistatic effect gene about Corn kernel and cob anthocyanins content and further gene positioning of vein and auricle color Ph.D.Candidate: Wenjuan Yuan Supervisor: P
15、rof. Yilin Cai Abstract Corn is one of the largest crop acreage in the world.The black corn has high anthocyanin content ,its an excellent care product for health,and it also has an important role in peoples health.The main ingredient of black corn is anthocyanin, and anthocyanin is the main water-s
16、oluble pigment which constitutes the color of the plant petals, leaves, fruits, seeds, and other organs.Anthocyanin is made from the aglycone and glucose in the form of a glycoside bond,which is a class of flavonoid polyphenolic compounds presented in plants widely.Anthocyanin has a variety of healt
17、h functions, the main function of anthocyanin is scavenging free radicals, and it also includes the function of anti-aging antioxidant.So far,the research on corn epistasis mostly about corn plant height, ear height, total number of leaves per plant, leaf length, leaf width ear ear and ear leaf area
18、, the epistatic effects analysis is also based on the corn sub-rate,but there is a little researsh on corn anthocyanins epistasis.The epistasis research can enrich the genetic basis of anthocyanins,and provide the basis for gen improvement.The leave is an important part of the plant. Veins leaf and
19、ear leaves are the important parts of the leave.They provide a reference for the further positioning of the leaf color gene and corn pigment basic research.They also provide a basis for corn pigment molecular marker-assisted breeding and corn pigment Cloning.In this paper, Southwest Institute of the
20、 University of corn breeding material black corn inbred lines SDM, wood, Mo17 SDM male parent as the female parent, build two backcross populations through the foreground and background selection to obtain two BC4F3 near-isogenic lines, two major gene control corn grain and cob anthocyanin content e
21、pistasis.The choose another SDM male parent, wood as the female parent, for eground selection and background selection for a genetic background of near-isogenic lines BC4F3, further positioning veins auricles color, specific findings are as follows: Abstract III 1.Study of epistasis two dominant gen
22、es kernels and cob anthocyanin content to the two groups MuS-BC4F3 and MoS-BC4F3 Grain anthocyanins content in two groups of MuS-BC4F3, MoS-BC4F3 on chromosome sixth are located near to the primer S8,The tenth chromosome are located near to IDP8526-bnlg1028.Two groups of cob anthocyanin content sixt
23、h chromosome location to the primer S8 near, near tenth chromosome location to the interval IDP8526-bnlg1028.The variance of the two groups of grain and cob anthocyanin content analysis found that the average content of maize grain and cob anthocyanin significant difference among different genotypes
24、, the average content of different genotypes of grain and cob anthocyanins are also different.Two groups of nine genotypes anthocyanin average multiple comparisons showed that the AABB aabb AABB AABB four genotypes anthocyanin content difference was not significant, these four genotypes anthocyanin
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