盐胁迫下胡杨根系发育与遗传调控

摘要

【目的】探究胡杨主根分别在正常和盐胁迫条件下的生长适应性模式，有效定位影响胡杨根系表型性状的显著数量性状座位（QTL），将遗传调控网络可视化，进一步探究胡杨根系表型性状在盐胁迫下的遗传调控机制。【方法】基于胡杨在正常和盐胁迫条件下的表型与基因型数据，运用主成分分析、方差分析和动态模型拟合等统计方法分析表型变化规律，采用功能作图方法定位显著QTL，将根系在盐胁迫下表型性状的遗传调控网络可视化。【结果】（1）相关性分析表明，胡杨根系性状在正常条件下表现出高度协同作用，而在盐胁迫下通过减少根数量来增加平均根长；基于主成分分析确定了主根长、主根表面积和主根数量作为研究的主要表型性状；与正常条件相比，盐胁迫对主根长、主根表面积和主根数量3种表型性状产生了抑制作用。比较拟合优度R²发现，相较于Logistic、Richards和Weibull生长方程，Gompertz模型表现最优。（2）在正常条件下，分别定位到100、89、85个调控主根长、主根表面积、主根数量的显著QTLs，主要分布于连锁群1、4、5、14和15；在盐胁迫下，分别定位到91、85、87个调控以上3个性状的显著QTLs，集中分布于2、3、5、13和18连锁群。（3）遗传效应分析显示，两种条件下影响主根长度的显著QTLs遗传效应均随时间持续上升；影响主根数量的显著QTLs主要表现为持续上升，部分位点表现为先升后降或先降后升的趋势；影响主根表面积的显著QTLs在正常条件下呈现3种模式—先升后降、持续波动上升和先升后降再升，而在盐胁迫下大多持续上升。（4）正常条件下，分别注释到影响主根长、主根表面积、主根数量表型性状的21、14、14个候选基因，主要集中于基本的代谢过程、生长素转运、染色体分离等；盐胁迫下分别注释到19、17、15个候选基因，主要富集于胁迫响应、氧化还原平衡、铁离子运输和t RNA修饰等。（5）可视化遗传网络发现，枢纽基因（LOC105114908）和（LOC105120566）可能参与胡杨盐胁迫响应。【结论】盐胁迫显著影响了胡杨根系的生长发育。运用多种统计模型，本研究定位到影响根系生长的显著QTLs，揭示了其遗传效应随环境变化的动态特征。研究结果为理解胡杨适应盐胁迫的遗传调控基础提供了新见解，并为林木遗传改良研究提供了方法支持。

关键词

胡杨 / 盐胁迫 / 功能作图 / 遗传效应 / 遗传网络 / 数量性状基因座位 / 主根性状

基金资助

国家自然科学基金项目（32070601）