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《中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)》 2018年
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大豆生育期基因QNE1的图位克隆及其与E1通路相关性分析

王亚英  
【摘要】:大豆生育期是影响大豆品种分布的重要性状之一,是大豆高产的先决条件。大豆生育期的主要指标为开花期与成熟期。研究者已发现了诸多调控生育期的基因位点,传统命名为E系列基因。经过研究者多年的努力,控制生育期的一些主要位点已被成功地克隆,但已有足够的遗传学证据证明仍存在着许多未知的调控生育期的基因位点。本研究以黑农51为父本,中黄13为母本,构建了一个大豆F_2遗传群体,定位到一个控制大豆开花期的QTL,QNE1(major Qtl Near E1),通过精细定位及多态性分析获得了QNE1的单个候选基因,进而通过大豆的遗传转化进行初步功能验证。并初步探究QNE1在功能上与E1通路的关系。1、以中黄13(E1/e2/E3-Mi/E4)×黑农51(E1/e2/e3-tr/E4)杂交后构建的F_2群体为研究对象,利用基因芯片(Illumina SoySNP8k iSelect BeadChip)对F_2代群体96个单株进行基因型检测,并构建了遗传图谱。在大豆6号染色体初步定位到一个开花相关的QTL,由于该QTL位于E1基因近端,且已经确定群体父母本均为E1基因型,预示该QTL是一个新的开花期相关QTL,并命名为QNE1(major Qtl Near E1)。2、对F_(2:3)群体共750个单株进行基因型鉴定,筛选出9株QTL区域重组体用于精细定位。根据重组体后代的开花期表型将QTL区间精细定位至253.22kb区域内,该区间内共包含12个基因,其中Glyma.06G203600与Glyma.06G204300两个基因在父母本的编码区存在有义突变。综合考虑到本实验室的另一个用于定位QNE1遗传群体(岩姬×绥农10号)所获得的两个候选基因Glyma.06G204000与Glyma.06G204300,确定Glyma.06G204300为QNE1的最为有力的候选基因。3、生物信息学分析结果显示Glyma.06G204300是一个转录因子,属于TCP基因家族,含有一个b-HLH结构,该基因的TCP结构域高度保守。进化树分析该基因与野生大豆亲缘关系最近,属于TCP家族的CIN类。QNE1单碱基的差异可导致蛋白二级结构的改变。4、亚细胞定位结果显示QNE1候选基因主要定位于细胞核中。以QNE1-BD载体为诱饵,经酵母毒性及转录自激活检测后,共转化并筛选酵母文库,初步获得了37个与QNE1蛋白互作的候选基因蛋白。5、在大豆品种Williams 82中导入QNE1候选基因过表达载体来验证基因的功能。目前已经获得8个T_0代转基因阳性株系,T_1代转基因阳性株系正处于筛选中。6、组织特异性表达结果显示QNE1候选基因主要在真叶及花中表达量最高。不同QNE1基因型植株的叶片组织转录组测序及生育期相关基因的表达分析结果显示:1)QNE1基因型与GmFT2a和Gm FT5a表达量及花期显著相关,表明候选QNE1确实参与大豆开花调控过程;2)QNE1基因型与E1基因的表达相关性并不显著,表明QNE1基因作用机理可能与E1的开花途径不同。因此,QNE1与E1通路的关系还需设计更为精细的实验来解析。综上,本研究成功精细定位到一个新的开花期相关的基因位点QNE1,并精细定位到单个候选基因Glyma.06G204300。生物信息学及功能分析表明该基因是一个转录因子,属于TCP家族,并初步探究了QNE1候选基因与E1通路的关系。该研究结果有助于探索大豆开花调控的功能机制,丰富大豆分子开花调控网络。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S565.1

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