水稻早期生长耐盐性QTL定位及候选基因分析

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水稻(Oryza sativa L.)是世界主要粮食作物之一。盐分是影响种子萌发和幼苗生长的最主要因素之一,也是导致水稻产量降低的重要因素。为了提高世界范围内广泛存在的盐碱地的水稻产量,鉴定与耐盐性相关的数量性状基因座(QTL)是改良耐盐水稻品种的重要步骤。本研究的主要目的是利用一个以非洲栽培稻ACC9为供体,籼稻品种珍汕97(ZS97)为轮回亲本的水稻回交自交系(BIL)群体,鉴定与发芽期和苗期耐盐性相关的QTLs。主要结果如下:(1)评估了几个定位群体的七个水稻亲本在生长早期的耐盐性。在种子萌发期,ZS97是最敏感的品种,品种ACC9和野生稻ACC10对盐胁迫的耐受性比ZS97强,其余四个品种(NIP、MH63、G159和9311)被归类为中等耐性品种;但在苗期,ZS97是耐盐性最强的品种,ACC10和ACC9是最敏感的品种。(2)利用回交自交系BIL群体和SNP基因型,构建了覆盖水稻基因组的714个bin标记的分子连锁图谱。利用Ici Mapping软件和包容性复合区间法,QTL分析确定了23个与发芽期耐盐性相关的位点和46个与苗期形态和生理指标相关的位点。其中,来源于ACC9的等位基因在9个种子萌发期QTLs和33个幼苗期QTLs能提高耐盐性。此外,几个性状QTLs解释了大于10%的表型变异存在共定位现象,表明相同基因或连锁基因对这些性状具有多效性。例如,3个QTL(q SH1、q SDW1和q SHI1)在bin B01C254中共定位;5个QTLs(q DLW2、q Na+2.2、q DLSFR2、q DLWI2和q DLSFRI2)在bin B02C61中重叠。在BIL群体中定位到一些QTL区间(或区域)与先前报道的水稻耐盐相关QTL相同或相近。(3)六个主要耐盐性QTLs(q GR-7d4.3、q SH1、q SFW1.1、q DLW1、q SDW1和q SHI1)共定位于B01C254中,区间大小为190 kb,包含两个已知基因:绿色革命基因sd1和转录激活因子SNAC6。由于q SH1解释了盐胁迫下幼苗高度的最大表型变异,因此,基因SD1可能是q SH1的最可能候选基因。采用改良的苗期性状标准评价系统对耐盐性进行分析,发现利用Crispr-cas9技术产生的sd1突变体表现出比携带功能性SD1的近等基因系(NIL-SD1NIP)更高的耐盐性。本研究筛选出的耐盐性候选QTLs将有助于通过标记辅助选择水稻育种改良品种的早期生长阶段的耐盐性。综和而言,本研究利用ACC9/ZS97回交自交系群体,评价其萌发参数和幼苗生长情况,鉴定与水稻早期生长耐盐性相关位点,检测到23个萌发耐盐性位点和46个苗期耐盐性位点,其中,至少3个位点被定位到较小的水稻基因组区域,包含了已报道的盐胁迫相关基因,重要的是,发现半矮杆基因sd1影响水稻早期生长的耐盐性。这些结果可用于基因组育种提高水稻品种的耐盐性。
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