大豆叶毛顶端形态控制基因的QTL定位、精细定位及候选基因的功能分析

【摘要】：大豆是重要的经济作物和粮食作物,提高大豆产量对经济发展和粮食安全有重要作用,而病虫害是影响大豆产量的主要因素之一。植物表皮茸毛是由表皮细胞分化而来的特殊毛状结构,几乎所有的陆生植物表面都具有表皮茸毛。大量研究表明,植物茸毛性状大都对植物抵抗生物胁迫起积极作用。大豆的茸毛性状可分为有无、密度、长度、匍匐性和顶端形态等方面。前人对大豆茸毛性状的研究主要集中在密度、长度、匍匐状态等方面,但对大豆茸毛顶端形态的研究甚少。本研究以野生型尖形叶毛YDF258和栽培型钝形叶毛ZDF259为亲本,利用连锁分析方法对F_2群体进行茸毛性状的QTL定位,用染色体步移法对茸毛顶端形态控制基因进行精细定位,用近等基因系验证叶毛顶端形态与大豆植株抗斜纹夜蛾的相关性,并对定位区间内的候选基因进行功能分析。本试验主要研究结果如下:1.F_2群体中尖形叶毛与钝形叶毛的比例符合3∶1,重组自交系群体(YF群体)中尖叶毛与钝叶毛的比例为1∶1。经卡方测验:大豆叶片茸毛顶端形态是由单显性基因控制,尖形叶毛为显性。2.利用连锁分析方法在15号染色体上发现发现控制茸毛顶端形态的主效QTL,位于遗传图谱的4.74-5.94 c M内,左右两边遗传标记的物理位置分别为14600956和1956567。3.用重组自交系群体将控制尖形叶毛的基因定位在标记M-1780和M-2330上,其物理距离为536 Kb。高等重组自交姊妹系对斜纹夜蛾的抗生性和抗趋性试验结果表明:在苗期,尖形叶毛对斜纹夜蛾的抗生性强于钝形叶毛,而钝形叶毛对斜纹夜蛾的抗趋性大于尖形叶毛。4.通过对候选基因GmERF42转基因大豆植株的叶毛形态观察,发现GmERF42不是控制大豆叶毛顶端形态的基因。GmERF42过表达能使植株矮化和幼苗期根毛变短。综上所述,本研究完成了叶毛顶端形态基因的QTL定位并将控制基因定位在15号染色体的536 Kb内,验证了叶毛顶端形态对大豆植株抗食叶性害虫斜纹夜蛾有相关性,同时对候选基因进行了功能分析。研究结果为挖掘大豆抗虫性状提供研究思路,对茸毛发育机制的研究提供理论基础。