利用全基因组关联分析挖掘水稻耐低温萌发候选基因

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近年来,直播稻凭借其高效经济的优势,逐渐成为水稻的主栽方式。然而,水稻在萌发期对低温的耐受性直接影响成苗,进而影响产量。因此,挖掘调控水稻低温萌发候选基因,对提高直播稻种子萌发率、增加产量具有重要意义。本研究通过使用来自3000水稻基因组计划(3,000 Rice Genomes project,3KRG)中的276份水稻种质和与之对应的497 K单核苷酸多态性标记进行全基因组关联分析挖掘调控水稻低温萌发的潜在候选基因。主要结果如下:1、本研究统计种子低温萌发第6天到第10天的表型数据进行关联分析,共鉴定得到37个数量性状基因座(Quantitative trait locus,QTL),其中包括25个新位点。qLTG1-2和qLTG2-4两个位点表现稳定,在多个环境下被检测到。2、qLTG1-2在2019和2020两年低温萌发第7天的全基因组关联分析结果中能被重复检测到。利用两个已公开的与萌发相关的转录组数据库,对qLTG1-2候选区段(显著性位点上下游100 kb)内基因的表达模式进行分析,鉴定出13个在萌发种子中表达的基因。结合单倍型分析和表达分析,我们进一步鉴定得到一个功能未知基因LOC_Os01g23580和一个种子萌发相关基因LOC_Os01g23620(Os Sar1a),并且发现这两个基因在高萌发率和低萌发率水稻品种间表达水平差异显著。3、qLTG2-4在2019年第6天和2020年第7天低温萌发全基因关联分析结果中被重复检测到,并在该区间内鉴定到OsMADS57和LOC_Os02g49090两个候选基因。与野生型相比,osmads57-2敲除突变体在低温下表现出更低的萌发率,表明OsMADS57参与了水稻低温萌发调控。通过CRISPR/Cas9技术编辑LOC_Os02g49090基因,发现敲除突变体在28℃和低温下萌发率均低于对照组。因此,推测LOC_Os02g49090参与种子萌发调控。综上,我们认为OsMADS57和LOC_Os02g49090是qLTG2-4区间内参与水稻低温萌发的两个候选基因。综上,本研究中鉴定出参与水稻低温萌发调控的候选基因LOC_Os01g23580、Os Sar1a、OsMADS57和LOC_Os02g49090,为水稻低温萌发遗传改良和分子标记辅助选择育种提供重要基因资源。
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