萱草属植物开花节律全基因组关联分析
萱草属植物开花节律全基因组关联分析
【摘要】： 萱草属(Hemerocallis)植物属萱草亚科(Hemerocallidoideae)单子叶植物,是具有可观可食可药的多功能观赏性植物之一,在花卉生产和园林应用中发挥着重要作用。萱草属种质资源丰富,含有丰富的遗传变异信息。经过2000多年的栽培历史,形成了丰富多样的萱草栽培类型。萱草属种质的许多重要育种目标性状为多基因控制的数量性状,遗传机制十分复杂,尽管这些性状的的遗传基础已有许多相关报道,但至今仍不十分明确。由于其在自然条件下,存在白天开放的萱草类群和夜间开放的黄花菜类群,是研究植物开花时间很好的模式材料。开花是高等植物由营养生长向生殖生长转变的一个重要特征,对植物的产量和后代繁衍具有直接影响。因此,合适的开花时间对植物的生长发育至关重要。本研究以课题组前期征集的萱草属种质为试验材料,2020-2021年连续两年种植于太谷同一试验田,通过测定其开花节律,花开放持续时长相关性状表型数据,利用全基因组重测序获得的SNPs,进行表型-分子标记全基因组关联分析。定位并筛选出与萱草属植物开花时间相关的优异变异位点。主要研究结果如下:1.以萱草属种质为供试材料,对其开花节律进行评价。结果表明,2020年调查的157份种质的5个开花节点中,外瓣打开时间在0:00～8:00的共有60份;16:00～24:00打开的共有94份;在10:00～11:00和14:00～15:00打开的分别有1份和2份。内瓣打开时间在0:00～8:00的共有66份;在16:00～24:00打开的种质共有90份;在12:00～13:00打开的有1份。花朵完全打开时间在1:00～9:00的种质共有83份,15:00～24:00花朵完全打开的种质共有74份。三个性状均呈现不连续的双峰分布。花朵内外瓣闭合时间在一天中的各个阶段均有分布,未呈现出明显规律。2021年调查的188份种质的7个开花节点中,外瓣打开时间在0:00～7:00共有71份种质;在13:00～24:00打开的种质共117份。内瓣打开时间在0:00～9:00打开的共有92份种质;在14:00～24:00打开的共有96份。内外瓣打开至最大开花直径的50%在0:00～11:00达到此状态的种质共有100份;在15:00～23:00达到此状态的共有88份。花朵完全打开时间在3:00～11:00的种质共有102份种质;17:00～24:00花朵完全打开的种质共有86份。内外瓣闭合至最大开花直径的50%在0:00～12:00达到此状态的种质共有91份种质;在16:00～24:00达到此状态的种质共有97份。五个表型性状均呈现不连续的双峰分布,花朵内外瓣闭合时间呈现出与2020年相同的规律。对两年测定的萱草属植物开花节律进行皮尔逊相关性分析。结果表明,2020年观测的萱草属植物开花节律的10对相关性中有7对达到极显著相关(P<0.01),3对性状呈显著相关关系。2021年观测的7个节点产生的21对相关性中有15对达到极显著相关(P<0.01),1对性状表现出显著性相关(P<0.05)。2.2020年调查的157份萱草属种质的单朵花外瓣打开时间到内瓣打开时间持续时长的变异范围为0.07～11.97 h,平均持续时长为1.28 h,其中黄花菜类种质和萱草类种质的平均持续时长分别为0.5 h和1.93 h。外瓣打开时间到外瓣闭合时间整个开放过程的变异范围为10～51.37 h,平均持续时长为22.55 h。其中黄花菜类种质和萱草类种质的平均持续时长分别为17.71 h和26.36 h。2021年调查的188份萱草属种质单朵花外瓣打开时间到内瓣打开时间持续时长的变异范围为0.05～12.88 h,平均时长为1.42 h。其中黄花菜类种质的平均持续时长为0.37 h,萱草类种质的平均持续时长为2.27 h。内外瓣打开至最大开花直径的50%到内外瓣闭合至最大开花直径的50%持续时长的变异范围为3.59～25.77 h,平均值为11.94 h,其中黄花菜类种质和萱草类种质的平均持续时长8.19 h和15.01 h。调查的萱草属种质整个开放过程持续时长的变异范围为10.65～50.46 h,平均值为22.21 h,其中黄花菜类种质的平均持续时长为18.38 h,萱草类种质的平均持续时长为25.33 h。3.以73份萱草属种质为材料,基于重测序获得的SNP,结合两年观测的开花节律表型数据进行全基因组关联分析。选择Fastlmm的GLM和MLM模型开展分析,阈值线为-log_(10)P(P=0.01/18596),总共检测到29个与开花节律相关的SNP位点。其中在2020年和2021年分别检测到18个和11个极显著关联位点。除了内瓣闭合时间和外瓣闭合时间外,在其他的5个表型性状上至少检测到1个关联位点。两年全基因组关联分析结果表明,与萱草属植物外瓣打开时间相关联的SNP位点分别位于1号、5号和9号染色体;与内瓣打开时间相关联的位点分别位于1号、2号、3号、5号、6号、8号和9号染色体。与内外瓣打开至最大开花直径的50%关联的SNP位点位于8号染色体。与花朵完全打开时间性状关联的SNP位点位于4号和8号染色体。与内外瓣闭合至最大开花直径的50%显著关联的标记位于8号染色体。对2020年和2021年全基因组关联分析关联到的29个SNP位点进行分析,得到9个候选基因。其中7个候选基因具有功能注释信息。本研究为萱草属植物开花节律相关基因的定位和挖掘奠定了基础,对揭示植物花朵开放和闭合的遗传规律具有重要意义。
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
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