毛白杨次生生长的转录调控及其遗传变异解析

发布时间：2022-12-03 23:26

　　木材是植物生物量的重要来源,拥有全球最为丰富的可再生生物质能源,其主要来自林木的次生生长。随着社会经济的快速发展,人们对于木材的需求量也在日益增加。因此,选育速生优质的林木优异种质,是缓解木材资源短缺的根本途径。研究表明,林木次生生长及木材形成过程十分复杂,在多水平上受多遗传因子的联合调控。因此,开展林木次生生长及木材形成的转录调控研究,鉴定影响木材形成的关键调控因子,并在林木群体水平上深入剖析林木生长及木材品质性状的遗传基础,是开展林木分子标记辅助育种的关键。本论文以我国重要用材与绿化树种毛白杨（Populus tomentosa Carr.）为材料,利用RNA-seq技术与生物信息学方法系统地研究了毛白杨次生维管组织（维管形成层、未成熟木质部及成熟木质部）的转录调控。基于毛白杨种质资源群体中能代表其天然分布区的435株个体的基因组重测序数据,采用关联作图策略,联合解析毛白杨次生生长的转录调控因子内的等位变异对木质纤维性状的遗传效应（加性、显性与上位性效应）。本论文主要研究内容与结论如下:1.利用RNA-seq技术,检测到4,761个基因在高、低生物量毛白杨次生维管组织（微管形成层、... 

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【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
缩略词（Abbreviations)
引言
1 文献综述
    1.1 林木次生生长相关基因的研究进展
        1.1.1 次生细胞壁生物合成基因
        1.1.2 次生细胞壁形成相关的转录因子
    1.2 miRNA参与调控次生细胞壁形成的研究现状
        1.2.1 miRNA概述
        1.2.2 miRNA在次生细胞壁形成过程中的调控作用
    1.3 长链非编码RNA在植物中的研究现状
        1.3.1 LncRNA概述
        1.3.2 LncRNA在植物中的分子调控机制
        1.3.3 LncRNA在植物中的功能研究
    1.4 关联作图在林木研究中的应用
    1.5 研究目的及意义
2 毛白杨次生生长相关基因的发现与分析
    2.1 材料方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 总RNA提取、测序文库的构建与RNA测序
        2.1.3 转录组测序数据分析
        2.1.4 基因注释和功能预测
        2.1.5 基因顺式作用元件分析
        2.1.6 实时荧光定量PCR检测
        2.1.7 关联群体与表型性状的测定
        2.1.8 关联群体基因组重测序与SNP的发现
        2.1.9 关联分析
    2.2 结果与分析
        2.2.1 次生维管组织差异表达基因的发现与功能分析
        2.2.2 次生细胞壁生物合成基因的发现与分析
        2.2.3 次生细胞壁生物合成基因的启动子顺式作用元件分析
        2.2.4 次生生长相关转录因子的发现与分析
        2.2.5 单标记关联分析
        2.2.6 多位点上位性遗传效应解析
    2.3 讨论
        2.3.1 次生细胞壁生物合成基因在林木次生生长过程中的转录调控
        2.3.2 次生细胞壁生物合成基因遗传变异解析
    2.4 小结
3 毛白杨次生生长相关miRNAs的发现与分析
    3.1 材料方法
        3.1.1 试验材料
        3.1.2 总RNA提取、测序文库构建及sRNA-seq测序
        3.1.3 sRNA测序数据分析及novel miRNAs预测
        3.1.4 miRNAs靶基因预测与分析
        3.1.5 实时荧光定量PCR检测
        3.1.6 关联群体与表型性状的测定
        3.1.7 关联群体基因组重测序与SNP的发现
        3.1.8 关联分析
        3.1.9 eQTN作图
    3.2 结果与分析
        3.2.1 毛白杨次生维管组织miRNAs的发现与分析
        3.2.2 miRNAs基因及其靶基因内SNPs的发现
        3.2.3 基于加性、显性和上位性效应的关联分析
        3.2.4 转录水平解析等位变异的遗传调控
        3.2.5 miRNAs介导的遗传调控网络构建
        3.2.6 木质纤维性状的遗传基础
    3.3 讨论
        3.3.1 miRNAs参与毛白杨次生维管组织生长发育及木材形成
        3.3.2 木质纤维性状的等位变异解析
        3.3.3 miRNAs介导的遗传调控网络对木质纤维性状的遗传调控作用
    3.4 小结
4 毛白杨次生生长相关lnRNAs的发现与分析
    4.1 材料方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 总RNA提取、测序文库构建及RNA-seq测序
        4.1.3 LncRNAs的预测
        4.1.4 LncRNAs的基因组特征分析和组织特异性表达分析
        4.1.5 LncRNAs靶基因预测与分析
        4.1.6 qRT-PCR验证
        4.1.7 关联群体与表型性状的测定
        4.1.8 关联群体基因组重测序与SNP的发现
        4.1.9 关联分析
    4.2 结果与分析
        4.2.1 毛白杨次生维管组织lncRNAs的发现与分析
        4.2.2 毛白杨次生维管组织lncRNAs表达分析
        4.2.3 差异表达lncRNAs序列元件分析
        4.2.4 差异表达lncRNAs靶基因预测与分析
        4.2.5 毛白杨lncRNAs及其靶基因内SNPs的发现
        4.2.6 LncRNAs及其靶基因内SNPs与木质纤维性状的单标记关联分析
        4.2.7 毛白杨lncRNAs及其靶基因间与木质纤维性状的上位性关联分析
    4.3 讨论
        4.3.1 LncRNAs可能参与了毛白杨次生细胞壁形成过程
        4.3.2 LncRNAs及其靶基因对木质纤维性状的遗传效应解析
    4.4 小结
5 miRNA-lncRNA-mRNA互作网络及其遗传变异的联合解析
    5.1 材料方法
        5.1.1 LncRNAs作为miRNAs前体的生物信息学预测
        5.1.2 LncRNAs作为miRNAs的靶基因的预测
        5.1.3 LncRNAs作为miRNAs的内源竞争靶基因(eTMs)的预测
        5.1.4 qRT-PCR表达验证
        5.1.5 miRNA-lncRNA-mRNA互作网络构建
        5.1.6 联合解析miRNA-lncRNA-mRNA互作网络对木质纤维性状的遗传
    5.2 结果与分析
        5.2.1 LncRNAs作为miRNAs的前体参与miRNAs的调控
        5.2.2 LncRNAs作为miRNAs的靶基因参与miRNAs的调控
        5.2.3 LncRNAs作为miRNAs因eTMs参与miRNAs的调控
        5.2.4 miRNA-lncRNA-mRNA互作网络在木材形成过程中的调控作用
        5.2.5 木质纤维性状遗传基础的联合解析
    5.3 讨论
    5.4 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]毛白杨分布区气候区划的研究[J]. 黄智慧.  北京林业大学学报. 1992(S3)
[2]全国毛白杨优树资源收集、保存和利用的研究[J]. 朱之悌.  北京林业大学学报. 1992(S3)



本文编号：3707184