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水曲柳种间杂交子代木质素含量变异及FmPAL核苷酸多态性关联分析

李吉祥  
【摘要】:水曲柳(Fraxinus mandshurica)是我国东北地区重点的野生保护植物。本研究以白蜡属种间杂交子代为研究材料,分析F1代植株木质素含量的变异情况。克隆在木质素合成途径中的关键酶和限速酶-苯丙氨酸解氨酶(PAL),对FmPAL基因进行了生物信息学以及表达模式分析。筛选F1代各无性系中FmPAL的SNP位点,并与木质素含量进行关联性分析,为从分子角度对水曲柳的选育和木材改良研究奠定了坚实的基础。主要研究结果如下:1、71个水曲柳杂交组合及16个母本的自由授粉子代间木质素含量具有显著的差异性(P0.01)。各杂交组合变异系数在17.27%-24.43%之间,遗传力范围为0.657-0.801。筛选出各组木质素含量最高的杂交组合为70号129号和7号,其木质素含量遗传增益分别为13.59%,25.57%,36.33%。共筛选出6个木质素含量高的无性系分别为:Ⅰ-86-5、Ⅱ-100-3、Ⅱ-129-6、Ⅱ-7-10、Ⅰ-48-4 和 Ⅰ-55-1。对81个水曲柳杂交组合和19个母本的自由授粉子代嫁接苗生长性状(生长量/基径)进行显著性分析。其中母本的自由授粉子代生长量及水曲柳×绒毛白蜡组内基径差异不显著。各杂交组合间生长量的变异系数范围为67.94%-74.22%。生长量最大杂交组合为69号、75号和112号。69号杂交组合生长量及基径的遗传增益分别为47.09%,5.45%;75号杂交组合生长量及基径的遗传增益分别为34.75%,24.15%;112号杂交组合生长量遗传增益为61.54%。2、克隆得到FmPAL基因,编码区全长为1674bp,编码557个氨基酸。通过对其进行生物信息学分析以及表达模式分析,确定了 FmPAL蛋白为稳定的亲水性蛋白,不存在信号肽但具有跨膜结构域,与樟子松具有较近的遗传距离。表达模式分析结果表明,FmPAL在新生枝中的表达量最高,并在5月份达到最高,具有时空表达特异性。在非生物胁迫和激素的诱导过程中(低温、盐、脱落酸、生长素和赤霉素)FmPAL基因的表达量皆发生显著变化。本研究结果表明FmPAL基因参与非生物胁迫以及植物激素信号诱导。3、以水曲柳F1代176个无性系单株为材料,对FmPAL基因单核苷酸多态性(SNP)进行研究。通过测序比对共得到33个SNP位点,其核苷酸多样性Pi值为0.00745,单倍型数是131,单倍型多样性值为0.9997,核苷酸平均差异数k:12.423。证明了FmPAL基因的变异率高,具有丰富的遗传多样性。对单个SNP碱基根据测序峰图进行基因分型,对其中的野生纯合型和突变纯合型对应木质素含量进行关联性分析,共筛选出三个SNP位点与木质素含量存在显著性差异。由此表明,FmPAL基因内的单核苷酸多态性位点SNP140、SNP654,SNP796与水曲柳木质素的含量显著相关。


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1 李吉祥;水曲柳种间杂交子代木质素含量变异及FmPAL核苷酸多态性关联分析[D];东北林业大学;2019年
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