苦荞花大小全基因组关联分析及候选基因鉴定

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:planet0371
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苦荞是一种药食同源的优良作物,近年来随着人们对健康的日益重视,苦荞的研究也越来越多。花是植物的繁殖器官,其发育受多重基因调控,在作物中,花发育与籽粒大小以及杂交育种亲本选择方面具有相关性。本试验以来自中国、俄罗斯、尼泊尔等国的具有变异丰富的苦荞种质资源为材料,2020-2021年度将其种植于太谷地区,对花横向直径(Flower Transverse Diameter FTD)与花纵向直径(Flower Longitude Diameter,FLD)进行连续两年的调查统计,通过全基因组关联分析的方法挖掘苦荞FLD与FTD性状显著的SNP位点,筛选相关QTL区段,进一步挖掘苦荞花大小候选基因,以及优良品种的选育提供理论基础。主要研究如下:1、调查统计了2020年270份与2021年279份种植于太谷地区的苦荞种质资源的FLD与FTD两个农艺性状。苦荞花大小存在着丰富的表型变异,2020与2021年FLD平均值分别为1824.89μm、1809.86μm,变异系数分别为9.88%、12.33%;FTD平均值分别为1070.99μm、1056.91μm,变异系数分别为8.33%、11.36%。两年中FLD与FTD的相关性为0.522-0.689,均呈现极显著正相关,花大小由二者共同决定;广义遗传力分析显示FLD与FTD的分别为0.84、0.65,表明上述性状受基因型控制。利用聚类分析对FLD与FTD分级,每个性状分为5个等级。将FLD大于2388.79μm定义为L1级,包含2个品种;小于1735.67μm定义为L5级,包含81个品种。FTD大于1180.34μm定义为T1级,包含40个品种,小于959.54μm定义为T5级,包含27个品种。2、通过281份苦荞品种全基因组中均匀分布的SNP位点,利用Farm CPU、MLM、GLM三种模型对FLD与FTD的表型观测值进行全基因组关联分析。以P=1.0×10-5为阈值,共筛选检测到FLD显著关联的SNP位点为1168个,FTD显著性关联的SNP位点为1667个。以显著性SNP位点上下200 Kb的区间为候选区间,将具有共定位区间的SNP合并作为候选的QTL,其中FLD共确定均匀分布在8个染色体上的37个QTL,其中包含994个基因,FTD共确定均匀分布在8个染色体上22个QTL,包含972个基因。分析还发现,有7个分布在2、3、4和7号染色体上的区域在FLD和FTD中均显著关联,其中共包含336个基因,这7个区域内可能存在影响花大小的基因。3、对共定位QTL区间中的336个基因通过在花组织中特异表达、单倍型分析共获得10个置信度较高的基因,通过功能注释筛选出其中4个基因,Ft Pin G0009726900、Ft Pin G0009272600、Ft Pin G0007295700与Ft Pin G0000996000,分别与拟南芥AP2.7、EIN3、SPL9和CBSX3同源,对其进行实时荧光定量试验分析,结果显示候选基因在不同样本的表达存在差异,其中AP2.7在6个极端品种中相对表达量差异较大,在小花品种中表达量高,在大花品种中表达量低。
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