【摘 要】
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紫粒小麦作为特殊的种质资源因种皮内富含大量花青素而呈现紫色,其具有较高的营养价值和保健功效。为明确控制紫粒性状基因的位置及紫粒花青素的含量,对贵紫麦1号紫粒基因进行精确定位及紫粒花青素的含量展开研究,以期为紫粒基因的克隆遗传转化和种质利用奠定研究基础。本研究采用全基因组重测序技术(WGS,Whole-genome re-sequencing),结合集团分离分析(BSA)策略,将紫、白两个极端混池及
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紫粒小麦作为特殊的种质资源因种皮内富含大量花青素而呈现紫色,其具有较高的营养价值和保健功效。为明确控制紫粒性状基因的位置及紫粒花青素的含量,对贵紫麦1号紫粒基因进行精确定位及紫粒花青素的含量展开研究,以期为紫粒基因的克隆遗传转化和种质利用奠定研究基础。本研究采用全基因组重测序技术(WGS,Whole-genome re-sequencing),结合集团分离分析(BSA)策略,将紫、白两个极端混池及双亲的DNA进行全基因组重测序检测。基于重测序数据成功开发InDel标记517对,以贵紫麦1号(紫粒)与贵农麦30号(白粒)杂交获得的F5代271个单株个体作为研究群体,构建遗传连锁图谱。对贵紫麦1号的紫粒基因进行精确定位及紫粒花青素含量展开研究。本研究主要结果如下:1.利用父本贵紫麦1号(紫粒)和母本贵农麦30号(白粒)进行杂交。杂交F1经过连续套袋自交,构建成由271个单株组成的重组自交系(RIL)为研究群体。通过田间农艺性状鉴定及紫粒颜色深浅等措施在研究群体中,筛选出极紫单株和白粒单株各30株。采用DNA基因组试剂盒提取DNA,将DNA进行等量混合构建紫、白两个极端混池。运用全基因组重测序技术将两个紫、白混合池及双亲DNA进行重测序检测。测序结果表明:在2A和7D染色体上存在两个候选区域,控制贵紫麦1号的紫粒基因可能存在于2A和7D染色体上,其物理区间分别为(673Mb-698Mb)和(571Mb-601Mb)。2.基于全基因组重测序数据成功开发InDel标记517对。将517对分子标记在紫白混池和双亲中进行多态性鉴定,在2A和7D两条染色体共获得特异性标记39对,其中共显性标记3对。结果表明,控制贵紫麦1号紫粒性状的两个显性互补基因分别位于2A和7D染色体上。3.利用39对特异性标记在研究群体中进行PCR扩增鉴定,将贵紫麦1号的两个显性互补基因定位在2AL和7DL染色体上。贵紫麦1号紫粒基因GZMpp1定位于2AL染色体,紫粒基因GZMpp1与标记chr2A32的遗传距离为1.2c M;GZMpp2与标记DY-7D6的遗传距离为0.5c M。4.根据贵紫麦1号紫粒基因精确定位结果,在2AL染色体定位区间内共找到2个与花青素合成途径相关的功能注释基因,其基因功能注释为b HLH protei n;在7DL染色体定位区间内共找到5个与花青素合成途径相关的功能注释基因其基因功能注释为MYB-related transcription factor。经NCBI查询7个候选基因位置与重测序检测候选区间重叠,推测控制贵紫麦1号紫粒性状的目的基因就在这7个候选基因内。5.通过特异性标记筛选,分子标记chr2A34和chr7D37为共显性标记,利用chr2A34和chr7D37标记在271的单株中进行PCR扩增。根据扩增条带结果,在271个研究群体中杂合株有28株;与亲本贵紫麦1号带型一致的有133株;与亲本贵农麦30号带型一致的有104株;无带型记作缺失为6株。将三种基因型单株籽粒参照杨贵平的方法分别提取花青素进行花青素含量测定。结果表明,基因型为显性纯合(AA)时花青素含量最高,达18.14mg/kg;杂合型(Aa)花青素含量为12.86mg/kg;隐性纯合基因型(aa)花青素含量为7.01mg/kg。贵紫麦1号籽粒基因的基因型由杂合型(Aa)通过分离重组逐渐转变为隐性纯合(aa)及显性纯合(AA)。当贵紫麦1号由杂合型(Aa)分离重组为隐性纯合(aa)时,花青素含量急剧下降;贵紫麦1号由杂合型(Aa)分离重组为显性纯合(AA)时,花青素含量呈上升趋势。通过观察发现,籽粒基因型由隐性纯合(aa)至显性纯合时,其籽粒颜色逐渐加深。说明,贵紫麦1号种皮颜色的深浅、基因型的差异和花青素的含量呈正相关。
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