马铃薯(Solanumtuberosum L.)试管薯形成主效QTL区段SNP标记加密及候选基因筛选

摘要

马铃薯(Solanum tuberosum L.)地下块茎所含营养物质丰富，具有很高的食用价值，是仅次于水稻、小麦和玉米的世界第四大粮食作物。本课题在前期的研究基础上，利用RNA-seq技术得到的转录组SNP位点开发SNP标记并筛选差异表达基因，对短日照条件下马铃薯试管薯形成能力相关的主效QTL区段MT05进行SNP标记加密，进一步缩小其遗传置信区间。同时，对主效QTL区段内的候选基因进行表达验证与筛选，确定影响试管薯形成的关键候选基因。主要研究结果如下:
　　1、基于BSA RNA-seq数据，本研究挑选了464个SNP位点用于群体基因分型，并依据SNP剂量信息模型和四倍体作图软件成功构建了第Ⅴ号染色体MT05区段的双亲整合遗传连锁图谱，图谱全长42.07cM，包含193个SNP标记，平均标记间距0.22cM，包含了双亲的全部8条同源染色体。
　　2、结合MTI群体的试管薯形成数据，本研究在新的整合图谱上进行QTL定位。结果显示2014年的表型数据定位到的QTL的LOD峰值位于14cM处，其one-LOD置信区间为13-18cM;2016年的表型数据定位到的QTL的LOD峰值位于32cM处，其one-LOD置信区间为30.2-35.1cM。结合上述遗传区段在马铃薯DM参考基因组上对应的物理位置，第Ⅴ号染色体尾端所定位到的区段的物理区间为47.3Mb-47.8Mb，包含有56个编码基因。
　　3、本研究对整合图谱上的187个SNP标记（单显标记、双显标记和双单显标记，不包括复等位位点标记）进行了标记与表型之间的关联分析，结果显示共39个标记与两年的表型数据均表现出显著相关性。其中19个标记与表型极显著相关(P＜0.01)，其余20个标记与表型显著相关(P＜0.05)。根据上述19个极显著相关标记在马铃薯参考基因组上的位置信息，最后得到候选区间47.3Mb-48.0Mb，该区段在马铃薯参考基因组上包含78个编码基因。其中，基因PGSC0003DMG400027130中包含了5个与试管块茎形成极显著相关的标记。
　　4、本研究挑选了亲本池与混池共有的位于第Ⅴ号染色体上的11个差异表达基因以及混池位于MT05区段内的15个差异表达基因，在不同结薯表型材料中检测其表达模式，结果显示基因PGSC0003DMT400013500、PGSC0003DMT40006030和PGSC0003DMT400060472表达模式一致，都是在结薯材料的第5/6取样点表达，而在不结薯材料的第2取样点表达。进一步在干涉株系和对照材料中的表达检测结果表明上述3个基因还可能位于PHYF and/or PHYB调控光周期结薯的信号途径上。
　　5、本研究同时对QTL区段内的93个基因以及可能发生重组的区段内的4个基因在亲本及表型极端材料中进行了表达量的检测，结果显示7个候选基因PGSC0003DMG400007238、PGSC0003DMG400007237、PGSC0003DMG400046174、PGSC0003DMG402030099、PGSC0003DMG400021827、PGSC0003DMG400011638和PGSC0003DMG401027172可能与马铃薯试管薯形成相关。
　　本研究在前人的研究基础上，针对马铃薯试管块茎形成相关主效QTL区段MT05开发了464个SNP标记，成功地在第Ⅴ号染色体MT05区段加入了193个SNP标记，构建了第Ⅴ号染色体MT05区段的双亲整合图谱(全长42.07cM，平均标记区间0.22cM)，并将MT05遗传区段从原来的15cM缩小到4cM。结合QTL定位结果和标记与表型的关联分析，我们将MT05对应于马铃薯参考基因组上的物理区段由原来的2Mb缩小到0.7Mb(47.3Mb-48Mb)，该区段内包含78个编码基因。与此同时，结合前期的BSA RNA-seq结果和我们的定位结果，我们检测了亲本池与混池位于第Ⅴ号染色体上的22个差异表达基因以及QTL区段内的97个基因在不同结薯表型材料中的表达量和表达模式，结果显示7个候选基因可能与马铃薯试管块茎形成相关。综合QTL定位表型显著相关标记和候选基因的定量表达检测结果，最终提出了22个基因做为马铃薯试管薯形成能力相关的关键候选基因。

目录

声明

摘要

缩略词表

1．1 马铃薯的种植及影响

1．2 多因素调控马铃薯块茎形成发育

1．2．1 温度对马铃薯块茎形成的影响

1．2．2 蔗糖浓度对马铃薯试管薯形成的影响

1．2．3 光周期对马铃薯块茎发育的调控

1．3 马铃薯块茎发育的遗传调控

1．4 试管薯的形成和优势

1．5 课题提出

2．1．1 植物材料

2．1．2 差异SNP位点挑选原则

2．1．3 F1代分离群体SNP标记检测及基因型分析

2．1．4 遗传连锁图镨构建及试管薯形成QTL定位分析

2．2 结果与分析

2．2．1 MTI群体遗传连锁图谱构建

2．2．2 试管薯形成QTL定位

2．2．3 标记与表型的关联分析

2．2．4 QTL区间对应物理位置的进一步确认

第三章 试管薯形成相关基因的筛选和鉴定

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料及处理方法

3．1．2 Trizol法提取植物总RNA

3．1．3 RNA样品质量检测及反转录

3．1．4 样品不同时间点混样的定量检测

3．1．5 荧光定量PCR

3．2 结果与分析

3．2．1 不同基因型材料不同基因型材料光周期诱导结薯的表型鉴定

3．2．2 马铃薯试管薯短日照块茎形成候选基因定量表达检测

第四章 讨论

4．1 主效区段SNP标记及QTL定位

4．2 候选基因筛选

4．4 研究展望

参考文献

附录

致谢