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(zhì)安全與國民健康息息相關(guān)。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(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤重金屬鉛污染，給動(dòng)植物和人類帶來了嚴(yán)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(yán)峻，部分嚴(yán)重地區(qū)已不適合農(nóng)業(yè)耕種，嚴(yán)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(dāng)前首要解決的問題。由于玉米具有地上部

2、分生物量大、機(jī)械收獲等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的土壤重金屬修復(fù)能力。因此，開展玉米不同品種間對(duì)Pb2+吸收和富集特性，尤其對(duì)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(guān)的QTL進(jìn)行了初步研究，在玉米上研究比較少。本研究以B73和Mo17構(gòu)建的包含215個(gè)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(duì)該群體進(jìn)行表型鑒定，以本課題組前期構(gòu)建的高密度Binmap遺

3、傳連鎖圖譜為基礎(chǔ)，采用復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)對(duì)玉米根系、莖稈、葉片和籽粒中Pb2+含量進(jìn)行QTL定位分析，得到與玉米Pb2+吸收和富集相關(guān)的QTL，利用生物信息學(xué)方法進(jìn)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(jī)理和分子機(jī)理，預(yù)測(cè)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(shù)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(shí)驗(yàn)研究結(jié)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析結(jié)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(shì)為:根系＞葉片＞莖稈＞籽粒。同時(shí)，不同組織Pb2+含量均達(dá)到顯著性差異，而且表現(xiàn)出超親優(yōu)勢(shì)。
　　2.在課題組前期構(gòu)建的玉米IBMsyn10 DH群體

5、Binmap遺傳連鎖圖譜上，重新構(gòu)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(gè)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(biāo)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(duì)玉米不同組織Pb2+含量進(jìn)行QTL定位，結(jié)果共檢測(cè)到29個(gè)與Pb2+含量相關(guān)的QTLs。其中，根系重金屬Pb2+含量相關(guān)Q

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

7、候選基因;基因GRMZM2G122437生物學(xué)功能可能是編碼一種重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)或解毒家族蛋白，基因GRMZM2G032293生物學(xué)功能可能是編碼一種陽離子外排蛋白，基因GRMZM2G021802生物學(xué)功能可能是編碼一種重金屬相關(guān)結(jié)構(gòu)域蛋白，基因GRMZM5G858653生物學(xué)功能可能是編碼一種蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。在6號(hào)染色體上的葉片存在Pb2+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)候選基因2個(gè)，AC233895.1_FGT001生物學(xué)功能可能是編碼一種金屬肽酶，基因GRMZ