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水稻是主要的粮食作物,随着人口的不断增加,需要不断提高产量来满足日益增长的粮食需求。株型是决定水稻群体产量的重要性状,提高水稻的种植密度是增加水稻产量的有效方法。水稻的分蘖角度和叶夹角作为塑造理想株型的两个重要农艺性状,在栽培稻群体中存在丰富的自然变异,了解其分子机制和挖掘优良的等位基因有助于培育优良品种。利用全基因组关联分析以种质群体为研究对象,可以快速有效地挖掘与表型变异紧密相关的位点,有助于全面了解复杂农艺性状的遗传机制。华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室水稻团队对529份亚洲栽培稻包含295份籼稻和156份粳稻品种在内的种质群体进行全基因组测序,建立了关联分析平台。本研究在海南和武汉分别调查了该种质群体开花时期的分蘖角度和剑叶夹角,利用线性回归和线性混合模型方法在总群体和籼粳亚群中进行全基因组关联分析,主要研究结果如下:1.分蘖角度和剑叶夹角虽然同为影响水稻株型和产量的重要农艺性状,而基于529份亚洲栽培稻的表型数据表明两者间并不存在显著相关性。水稻分蘖角度尽管受到环境影响,但主要还是由遗传因素决定,基因与环境互作效应在粳稻亚群中相对较大。籼稻亚群的分蘖角度比粳稻亚群有更大的表型变异,其平均值也较大。水稻剑叶夹角同样主要由遗传因素决定,但基因与环境互作效应在籼稻亚群中相对较大。栽培稻的剑叶夹角相对分蘖角度具有更大的表型变异,粳稻亚群的剑叶夹角变异及平均值均大于籼稻亚群。2.通过全基因组关联分析共检测到30个控制栽培稻分蘖角度自然变异的关联位点,其中7个为海南和武汉两个环境均检测到的位点。TAC1位于q TA9c区间,与q TA8a在总群体和籼稻亚群中均关联到,且不受海南和武汉的环境影响,而在粳稻亚群中未检测到海南和武汉同时关联到的位点;其余的10和13个位点分别只在海南和武汉关联到。通过突变体表型与基因型的共分离鉴定,分离到了位于水稻第3染色体上q TA3的候选基因TAC3,该基因编码保守的假定蛋白,并在水稻的分蘖基部具有较高的表达量。已报道的控制水稻叶夹角和株高的D2/CYP90D2位于q TA1b区间,通过对该突变体的分蘖角度调查分析表明D2为该位点的候选基因。3.TAC1、TAC3和D2的核酸多态性分析表明3个基因在粳稻的驯化和遗传改良过程中均受到了选择,它们在多数粳稻品种中具有固定的基因型,而在籼稻亚群中存在不同的基因型,且不同基因型间分蘖角度存在显著性差异。4.通过全基因组关联分析共检测到62个与剑叶夹角相关的位点,其中8个关联位点在海南和武汉两个环境均检测到,4个位点与已知叶夹角相关的基因共定位。q FLA2f、q FLA3b和q FLA10c区间内均含有b HLH转录因子第16亚家族的HLHs,随后通过超量表达水稻该亚家族功能未知的基因证明Os153、Os173和Os174与前人报道的其它同源基因一样均具有调控叶夹角的功能。在水稻中超量表达同属于该亚家族的控制野生番茄柱头外露的Style2.1,转基因植株同样表现出叶片下垂的表型。结合前人研究,我们认为b HLH第16亚家族对于调控水稻叶夹角具有保守的功能。5.对本研究中检测到的剑叶夹角相关基因分别在籼粳2个亚群中进行单倍型分析并比较单倍型间的剑叶夹角,发现根据粳稻亚群构建的每个基因的单倍型间的剑叶夹角均存在显著性的差异,而根据籼稻亚群构建的每个基因(Os BRI1除外)的单倍型间的剑叶夹角都不存在显著性差异。6.在分蘖角和剑叶夹角所有全基因组关联分析检测到的位点中,只有剑叶夹角QTL q FLA8f置信区间与分蘖角度QTL q TA8a和q TA8b的置信区间部分重叠。因此,分蘖角度和叶夹角的遗传基础差异很大,没有紧密关联;分蘖角度和剑叶夹角在籼粳亚群间分别有不同的遗传调控机制。TAC1、TAC3、D2和其它新检测的基因是控制栽培稻分蘖角度自然变异的主要基因。b HLH第16亚家族成员在调控叶夹角方面具有保守的功能。本研究中鉴定的分蘖角度和叶夹角优良等位基因是培育水稻理想株型品种的优异基因资源。