甜高粱SAI-1基因等位變異及其生物學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、甜高粱是重要的能源作物之一，高產(chǎn)和高糖含量是其重要育種目標(biāo)，蔗糖代謝在產(chǎn)量形成中起到關(guān)鍵作用，可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶是糖代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，研究其基因等位變異及其生物學(xué)效應(yīng)對(duì)提高育種效率、挖掘種質(zhì)資源具有重要指導(dǎo)意義。本研究克隆了80份甜高粱和56份粒用高粱的可溶性酸性轉(zhuǎn)化酶基因(SAI-1)，分析了甜高粱SAI-1基因序列多態(tài)性，并和粒用高粱SAI-1基因序列進(jìn)行了比較，研究了甜高粱SAI-1等位變異與重要農(nóng)藝性狀間的關(guān)聯(lián)性，選擇具有代表性

2、的4個(gè)單倍型甜高粱材料，研究其挑旗期和乳熟期莖稈中SAI-1基因相對(duì)表達(dá)量及酶活，分析了典型變異對(duì)轉(zhuǎn)錄表達(dá)量及酶活的影響，獲得主要結(jié)果如下:
　　1.80份甜高粱SAI-1基因全長(zhǎng)3953-3967bp，共30個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，其中SNP位點(diǎn)20個(gè)，InDel位點(diǎn)10個(gè)，編碼區(qū)中只有第三個(gè)外顯子區(qū)有3個(gè)SNP位點(diǎn)，其余等位變異均位于非編碼區(qū)。編碼區(qū)3個(gè)SNP位點(diǎn)中只有一處為非同義突變，即第3376bp處的C/T變異導(dǎo)致氨基酸由丙氨酸變

3、為纈氨酸。56份粒用高粱SAI-1基因全長(zhǎng)3791-3982bp，共45個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，其中SNP位點(diǎn)30個(gè)、InDel位點(diǎn)15個(gè)，第一、二、三外顯子分別有2、1、3個(gè)SNP位點(diǎn)，其中非同義突變共兩處，即第1508bp處C/T變異導(dǎo)致氨基酸由蘇氨酸變?yōu)楫惲涟彼幔?376bp處的T/C變異導(dǎo)致氨基酸由丙氨酸變?yōu)槔i氨酸。Tajima'sD檢驗(yàn)顯示甜高粱和粒用高粱的SAI-1基因均符合中性檢驗(yàn)。粒用高粱SAI-1基因序列多態(tài)性較甜高粱豐富，而

4、其多態(tài)性位點(diǎn)之間的連鎖不平衡強(qiáng)度弱于甜高粱。
　　2.關(guān)聯(lián)分析表明，SAI-1等位變異與主要農(nóng)藝性狀緊密關(guān)聯(lián)。第一內(nèi)含子序列長(zhǎng)度與株高、莖粗、莖節(jié)數(shù)、單株莖鮮、單株鮮重、單株干重等呈顯著或極顯著正相關(guān)，與錘度呈弱負(fù)相關(guān)。第二內(nèi)含子序列長(zhǎng)度與株高、莖粗、莖節(jié)數(shù)、單株莖鮮、單株鮮重、單株干重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與糖錘度呈極顯著正相關(guān)。第一內(nèi)含子變異較小，第二內(nèi)含子變異較大，且內(nèi)含子總長(zhǎng)、序列全長(zhǎng)與上述性狀的相關(guān)性趨勢(shì)與第二內(nèi)含子與這些性狀

5、的相關(guān)性一致，推測(cè)第二內(nèi)含子具有重要調(diào)控作用。80份甜高粱SAI-1基因30個(gè)變異位點(diǎn)中，24個(gè)變異位點(diǎn)與所研究的農(nóng)藝性狀間顯著關(guān)聯(lián)，其中與所有性狀均顯著關(guān)聯(lián)的變異位點(diǎn)有12個(gè)。第一內(nèi)含子中985bp位點(diǎn)處插入堿基數(shù)量與單株鮮重、單株干重間呈極顯著正相關(guān)，第二內(nèi)含子2964bp位點(diǎn)處的缺失堿基數(shù)與單株鮮重、單株干重間呈極顯著正相關(guān)。
　　3.不同單倍型的轉(zhuǎn)錄表達(dá)量和酶活性差異較明顯。挑旗期SAI-1a2單倍型的莖稈SAI-1基因的

6、相對(duì)表達(dá)量最高SAI-1a1、SAI-1b、SAI-1c三種單倍型依次降低，乳熟期四種單倍型莖稈中SAI-1基因的相對(duì)表達(dá)量變化趨勢(shì)為SAI-1a1、SAI-1a2、SAI-1b、SAI-1c依次降低。4種甜高粱單倍型挑旗期與乳熟期莖稈中SAI酶活性的變化趨勢(shì)均為:SAI-1a1、SAI-1a2、SAI-1b、SAI-1c依次降低。
　　上述研究結(jié)果證明，SAI-1基因?qū)μ鸶吡划a(chǎn)量或產(chǎn)量相關(guān)性狀具有重要影響。第二內(nèi)含子中“ATTG