粳稻苗期耐盐性和耐碱性全基因组关联分析

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盐碱胁迫是一种常见的影响粮食产量的非生物胁迫。水稻作为世界上最重要的粮食作物之一,其种植面积以及产量牵动着国家的粮食安全。但是随着土壤环境的不断恶化,耕地面积的逐年缩减,水稻的产量和种植面积已经受到严重的影响。研究表明,盐碱地种植水稻不仅可以提高盐碱土壤的利用率,同时还可以改良盐碱地的土壤情况。因此,研究水稻的耐盐性和耐碱性遗传机制,利用分子手段培育耐盐碱水稻品种具有着重要意义。本研究以295份粳稻品种组成的自然群体为试验材料,在盐胁迫和碱胁迫条件下,对粳稻苗期的盐(碱)害级别、地上部Na+浓度、地上部K+浓度、地上部Na+/K+、根部Na+浓度、根部K+浓度、根部Na+/K+等7个耐盐碱相关性状进行考察,并结合重测序获得的788396个高质量SNP进行了全基因组关联分析,并进一步针对重要QTL进行候选基因筛选,以期解析粳稻耐盐性和耐碱性遗传机制,为挖掘和利用耐盐碱基因奠定基础。本研究的主要结果如下:1.对7个耐盐性和7个耐碱性相关性状的表型进行统计分析表明,各性状均表现出丰富的表型变异,耐盐性状的变异系数介于20.13%-41.31%;耐碱性状的变异系数介于25.00%-52.99%;根据盐碱害级别,共筛选出耐盐性(盐害级别≤3)材料40份,耐碱性(碱害级别≤3)材料57份。2.相关性分析表明,大部分耐盐性状之间和耐碱性状之间的相关系数分别达到显著或极显著水平。在耐盐性状间,盐害级别与地上部Na+浓度呈极显著正相关,与地上部Na+/K+浓度呈极显著负相关;地上部Na+浓度与地上部K+浓度呈极显著负相关;根部K+浓度与根部Na+浓度呈极显著正相关。在耐碱性状间,碱害级别与地上部K+浓度、根部K+浓度呈极显著负相关,与根部Na+浓度呈显著正相关;地上部Na+浓度与地上部K+浓度呈极显著负相关;地上部K+浓度与根部Na+浓度、根部K+浓度间极显著负相关;地上部Na+/K+与根部Na+/K+呈显著正相关;根部Na+浓度与根部K+浓度之间呈极显著负相关。3.利用TASSLE5.0软件的混合线性模型(MLM),在P<5.46×10-6水平条件下共检测到19个显著关联的耐盐性SNP,合计15个QTL,76个显著关联的耐碱性SNP,合计34个QTL。其中耐盐性QTL贡献率超过10%的有q SNCS4、q SNKS12、q RNKS11。耐碱性QTL贡献率最高的为q SNKA9-2,贡献率为18.13%。其中除第12染色体影响盐胁迫下地上部Na+/K+的q SNKS12和影响碱胁迫下地上部Na+/K+的q RNKA12-2区间有重叠之外,其余QTL均定位在不同染色体或不同区间,说明苗期盐胁迫和碱胁迫下的遗传重叠极小,耐盐性和耐碱性遗传可能是相互独立的。4.对同时影响粳稻苗期耐盐性和耐碱性并且贡献率较高的QTL进行候选基因筛选,共找到52个候选基因,其中有4个假设蛋白,10个反转录转座子蛋白,7个转座子蛋白,13个功能未知的表达蛋白,18个功能注释基因;对影响粳稻苗期耐碱性贡献率最高的q SNKA9-2进行候选基因筛选,共找到18个候选基因,其中有1个假设蛋白,2个反转录转座子蛋白,1个转座子蛋白,4个功能未知的表达蛋白,10个功能注释基因。
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