超长光照条件下水稻光周期反应相关性状QTL定位

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抽穗期作为水稻生产中重要的农艺性状之一,在生长季节和区域适应性方面起着决定作用。水稻抽穗主要受温度和光周期两个因素影响,相对于温度,光周期更加稳定,因此对光周期反应的研究比较深入。目前水稻抽穗期基因已报道定位的很多,而克隆的相对较少,并且大多是通过与其他植物同源基因的调控模式比较得出。进一步挖掘水稻抽穗期相关的基因或数量性状位点(QTL),有助于阐明水稻抽穗开花的分子机理。本研究主要包括:(1)以不感光籼稻中早35和感光粳稻T16作为亲本,构建了T16背景的含有180个BC2F6遗传稳定的回交导入系群体;(2)分别对两年自然光照和超长光照下的抽穗期、株高、单株穗数、穗长、穗粒数、一次枝梗数和二次枝梗数性状进行考察及QTL定位分析;(3)对超长光照下鉴定到的抽穗期主效QTL q HD3.2进行精细定位;(4)利用RNA-seq技术分析光周期钝感导入系L11和轮回亲本T16在两个不同光照条件下的差异表达基因,从表达水平上分析了q HD3.2的调控网络。结果如下:1、在两亲本间12条染色体上筛选出176个多态性分子标记,绘制了全长1764.20c M的遗传图谱,第12号染色体上分布的分子标记最多,每条染色体平均约有15个标记分布,图谱上标记间平均距离是10.28 c M。2、在2016和2017两年的自然环境和超长光照环境下,利用回交导入系群体对抽穗期等农艺性状进行QTL定位。自然环境中检测到15个位点,超长光照环境中检测到18个位点,自然环境检测的位点同时出现在超长光照环境中。在超长光照条件下特异检测到一个抽穗期主效QTL q HD3.2,定位在3号染色体上,可以解释39.24%的表型变异,延迟抽穗的敏感等位基因来自T16。3、携带qhd3.2的导入系L11在两个环境下生育期基本一致,表现对光周期钝感,而亲本T16在超长光照条件下比自然条件延迟抽穗约20天。遗传分析表明,在超长光照条件下,光周期敏感对钝感为不完全显性。利用重组单株染色体代换定位的方法将q HD3.2精细定位至标记3-mjx39和3-mjx44之间的35kb基因组区间内。候选基因包括7个预测的开放阅读框,其中LOC_Os03g55490编码酪蛋白激酶II的α亚基,根据测序分析结果推测它是q HD3.2的候选基因。4、利用RNA-seq平台对L11和T16在正常光照和超长光照两个条件下的转录组进行了测序分析,比较光周期钝感材料和敏感材料间基因的差异表达水平,遴选出108个相对表达量存在显著差异的基因。根据其功能注释,这些基因主要参与了代谢、细胞、生物调控和刺激响应等生物学过程;KEGG富集分析发现差异基因主要富集在植物昼夜节律、氨酰t RNA生物合成和植物病原体互作等途径,而昼夜节律是在长光条件下的显著性差异基因通径中极为显著的一个。在超长光照条件下,LOC_Os03g55490表达上调,刺激成花素基因Hd3a和RFT1高表达,可能参与Ghd7-Ehd1-RFT1调控通路。
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