鉛脅迫下玉米不同組織鉛含量的QTL定位與候選基因挖掘.pdf

1、玉米是世界上種植面積最大的糧食作物，也是工業(yè)、飼料和農(nóng)產(chǎn)品深加工的重要源材料，其品質安全與國民健康息息相關。隨著工、礦業(yè)的迅猛發(fā)展及含鉛制品的不合理使用，鉛不斷遷移和沉積，最終進入土壤，導致土壤重金屬鉛污染，給動植物和人類帶來了嚴重的危害。在我國，尤其是西南地區(qū)重金屬鉛污染已十分嚴峻，部分嚴重地區(qū)已不適合農(nóng)業(yè)耕種，嚴重制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，如何降低土壤和玉米可食部的Pb2+含量是當前首要解決的問題。由于玉米具有地上部

2、分生物量大、機械收獲等優(yōu)點，具有較強的土壤重金屬修復能力。因此，開展玉米不同品種間對Pb2+吸收和富集特性，尤其對遺傳變異特性的研究，是解決耕地土壤鉛污染和食品安全的重要途徑之一。近年來，不同作物重金屬吸收和富集相關的QTL進行了初步研究，在玉米上研究比較少。本研究以B73和Mo17構建的包含215個家系的IBMsyn10 DH群體為供試材料，采用土壤盆栽的方式，在2013年對該群體進行表型鑒定，以本課題組前期構建的高密度Binmap遺

3、傳連鎖圖譜為基礎，采用復合區(qū)間作圖法(CIM)對玉米根系、莖稈、葉片和籽粒中Pb2+含量進行QTL定位分析，得到與玉米Pb2+吸收和富集相關的QTL，利用生物信息學方法進一步發(fā)掘候選基因，探討控制玉米不同組織Pb2+含量的遺傳機理和分子機理，預測玉米不同組織間調(diào)節(jié)Pb2+吸收和富集的有效途徑，為后期開展分子輔助育種與基因工程技術分子改良現(xiàn)有材料提供一定的理論依據(jù)和材料支撐。本實驗研究結果如下:
　　1.玉米IBMsyn10 DH群

4、體及親本根系、莖稈、葉片和籽粒Pb2+含量進行統(tǒng)計分析結果表明，父本Mo17和母本B73根系、莖稈、葉片和籽粒鉛含量均存在顯著差異，Mo17根系Pb2+含量比B73高出36.29％，但其它部位Pb2+含量均顯著性低于B73。在IBMsyn10 DH群體家系中，不同組織Pb2+含量趨勢為:根系＞葉片＞莖稈＞籽粒。同時，不同組織Pb2+含量均達到顯著性差異，而且表現(xiàn)出超親優(yōu)勢。
　　2.在課題組前期構建的玉米IBMsyn10 DH群體

5、Binmap遺傳連鎖圖譜上，重新構建215份家系基因型的遺傳連鎖圖譜。該圖譜共包含10條染色體和6359個Binmaker，總覆蓋遺傳距離4554.31 cM，染色體長度范圍是272.05 cM-724.42 cM，相鄰標記間最大距離20.60 cM，最小間距0.03 cM，平均圖距0.72 cM。
　　3.對玉米不同組織Pb2+含量進行QTL定位，結果共檢測到29個與Pb2+含量相關的QTLs。其中，根系重金屬Pb2+含量相關Q

6、TLs8個，表型貢獻率范圍為4.53％-10.02％;莖稈Pb2+含量相關QTLs6個，表現(xiàn)貢獻率范為2.54％-5.94％;玉米葉片Pb2+含量相關QTLs10個，表型貢獻率范圍為4.64％-12.79％;籽粒Pb2+含量相關QTLs5個，表現(xiàn)貢獻率范圍為4.82％-18.88％。
　　4.通過生物信息學分析，從QTLs置信區(qū)間共篩選出8個與重金屬Pb2+吸收或耐性相關的候選基因。在10號染色體上存在4個根系重金屬Pb2+相關的

7、候選基因;基因GRMZM2G122437生物學功能可能是編碼一種重金屬轉運或解毒家族蛋白，基因GRMZM2G032293生物學功能可能是編碼一種陽離子外排蛋白，基因GRMZM2G021802生物學功能可能是編碼一種重金屬相關結構域蛋白，基因GRMZM5G858653生物學功能可能是編碼一種蘋果酸轉運蛋白。在6號染色體上的葉片存在Pb2+轉運相關候選基因2個，AC233895.1_FGT001生物學功能可能是編碼一種金屬肽酶，基因GRMZ