青藏高原一年生野生大麥耐鹽性評(píng)價(jià)及優(yōu)異等位基因的挖掘.pdf

1、土壤鹽堿化是制約全球農(nóng)作物產(chǎn)量和威脅糧食安全最為嚴(yán)重的非生物脅迫因子之一,鹽堿地的改造與開發(fā)利用已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的重要問題。通過篩選和遺傳改良途徑培育耐鹽農(nóng)作物新品種,是高效利用鹽堿地、提高土地綜合生產(chǎn)力的最根本途徑,發(fā)掘特異種質(zhì)資源、明確耐鹽機(jī)制是培育耐鹽農(nóng)作物新品種的基礎(chǔ)。本文以我國(guó)特有的珍稀大麥遺傳資源--青藏高原一年生野生大麥(H.vuare subsp-spontaneum)為主要研究材料,評(píng)價(jià)耐鹽性的遺傳差異,

2、分析耐鹽的生理與遺傳特性,并挖掘優(yōu)異的耐鹽等位基因。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.青藏高原一年生野生大麥不同材料的耐鹽性存在著廣泛的遺傳變異。以地上部相對(duì)生物量為耐鹽性評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)征集的189份青藏高原一年生野生大麥進(jìn)行300 mM NaCl的脅迫處理,結(jié)果顯示,與目前公認(rèn)的耐鹽栽培品種CM72相比,有139份材料顯示更強(qiáng)的耐鹽性,說明從青藏高原一年生野生大麥中可以篩選到優(yōu)異耐鹽基因型。耐鹽性與地上部Na+含量及地上部的Na+／

3、K+呈極顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.455,p=0.0012；r=-0.495,p=0.0004),而與地上部K+含量呈顯著正相關(guān)(r=0.296,p=0.04)。以上結(jié)果表明,維持地上部Na+、K+離子平衡是青藏高原一年生野生大麥耐鹽的主要機(jī)制之一。
　　 2.檢測(cè)到6個(gè)與耐鹽性有關(guān)的QTL。利用高密度的DH群體(Yerong／Franklin)對(duì)25個(gè)大麥鹽耐性相關(guān)性狀進(jìn)行QTL分析,共檢測(cè)到6個(gè)QTLs,分別被定位在大麥2H、

4、6H和7H染色體上。其中在2H上檢測(cè)到2個(gè)QTL,它們?cè)?H的125和150cM處,控制地上部K+相對(duì)減少量以及鹽脅迫條件下地下部的Na+／K+；在6H的79cM處檢測(cè)到一個(gè)控制鹽脅迫處理?xiàng)l件下地上部干物質(zhì)重的QTL；在7H的58和72 cM處分別檢測(cè)到控制對(duì)照條件下地下部Na+含量及鹽脅迫條件下地下部和整株的干物質(zhì)重,這兩個(gè)QTLs可解釋10-18％的遺傳變異。利用比較基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),位于2H和7H上QTLs的候選功能基因可能為HK

5、T類基因.
　　 3.利用DArT標(biāo)記證明青藏高原一年生野生大麥的遺傳多樣性十分豐富。利用覆蓋全基因組的1125個(gè)DArT標(biāo)記,對(duì)青藏高原一年生野生大麥的群體結(jié)構(gòu)和連鎖不平衡(LD)進(jìn)行系統(tǒng)分析,結(jié)果表明該群體的遺傳結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,可分為8個(gè)亞群；全基因組LD衰減所延伸的距離為20cM,其中2H,6H和7H染色體的LD衰減較快,它們所延伸的距離分別12.5,10和15cM,進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)作圖的精度較高。利用全基因組關(guān)聯(lián)分析,共檢

6、測(cè)到30個(gè)分布于7條染色體上與300mM NaCl脅迫條件下地上部相對(duì)生物量顯著相關(guān)的DArTs標(biāo)記位點(diǎn)(P<0.05),其中分別位于2H和7H染色體的149.4cM和58 cM處的兩個(gè)DArTs標(biāo)記,與在Yerong／Franklin DH群體中經(jīng)連鎖作圖定位的與耐鹽性相關(guān)的QTLs一致,佐證了QTL作圖的準(zhǔn)確性,說明連鎖作圖與關(guān)聯(lián)作圖聯(lián)合分析是研究作物數(shù)量性狀遺傳的一種有效工具。
　　 4.闡明了HvHKT1和HvHKT2兩

7、個(gè)耐鹽等位基因的結(jié)構(gòu)和功能。在明確HKT類基因?yàn)槟望}候選基因的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地分析了HvHKT1和HvHKT2的結(jié)構(gòu)、表達(dá)模式和功能。通過同源克隆分別得到了全長(zhǎng)為2,505和2,055 bp的兩個(gè)耐鹽等位基因HvHKT1和HvHK2,其中HvHKT1為首次報(bào)道(GenBank登錄號(hào)為JF496205)；研究發(fā)現(xiàn)HvHKT1和HvHKT2蛋白質(zhì)跨膜結(jié)構(gòu)域的第一個(gè)Loop分別是第129位的色氨酸(S129)和第91位的甘氨酸(G91),該處決

8、定Na+、K+吸收的選擇性。運(yùn)用Real-Time PCR對(duì)HvHKT1和HvHKT2在鹽脅迫條件下的表達(dá)模式進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)兩者在響應(yīng)鹽脅迫的特性上存在著差異,即HvHKT1受鹽脅迫的誘導(dǎo)表達(dá),而HvHKT2的表達(dá)受鹽脅迫的抑制。進(jìn)一步對(duì)候選基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,發(fā)現(xiàn)HvHKT1主要與鹽脅迫條件下Na+的吸收有關(guān),而HvHKT2主要調(diào)控K+的轉(zhuǎn)運(yùn),說明HvHKT1和HvHKT2在調(diào)控Na+、K+平衡上發(fā)揮著重要作用。此外,利用等位基因特異P