基于NCⅡ设计的籼稻品质性状全基因组关联分析

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stupid199001
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高产优质的杂交水稻是一直是育种家追求的目标。随着水稻育种技术的进步,稻米品质总体不断提高,但仍存在很多问题。本研究以三系野败型杂交水稻的恢复系和微核心种质构成的113份优异品种为父本,以四个两系不育系和一个三系不育系为母本,按照不完全双列杂交(NCⅡ)设计配制了565个组合,分别在经典数量遗传学水平和基于全基因组的高通量测序水平上,分析了籼稻品质的数量性状表型、配合力和杂种优势的遗传基础,解析稻米优质基因及来源,以期为稻米品质改良方向和策略提供参考。经典遗传学分析:分析各组合及其亲本的12个品质性状的配合力与遗传力。结果表明:(1)12个品质性状的一般配合力(Gca)和特殊配合力(Sca)均达到极显著水平,即各性状均受加性效应和非加性效应的共同影响,其中在直链淀粉含量、粒长宽比、粒长、粒宽、垩白粒率及垩白度等性状中基因的加性效应占主导地位;在蛋白质含量、糙米率、精米率、整精米率、透明度及碱消值级等性状中则以基因的非加性效应为主。(2)同一组合在不同性状间及同一亲本所配的不同组合的Sca差异较大,最高或最低Sca的组合可来自不同Gca的亲本组合类型,表明亲本Gca与Sca没有固定联系。(3)12个性状母本的Gca方差贡献率为0.76%26.21%,父本的Gca方差贡献率为17.47%81.94%,在各性状上母本Gca方差贡献率均比父本Gca方差贡献率小,说明各性状受母本(不育系)的影响均较小。(4)直链淀粉含量、粒长宽比、粒长、粒宽、垩白粒率及垩白度的狭义遗传力较高,均在50%以上,可在低世代进行选择。全基因组关联分析:对材料亲本表型,亲本一般配合力,杂交F1代的表型,杂交F1的中亲优势值这4个数据集进行全基因组关联分析,均采用GLM、MLM、CMLM和FarmCPU四种算法,并保留各数据在4种算法中最好的结果。(1)共定位到56个显著与品质性状关联的SNP位点,分布在12条染色体上,其中第5染色体上检测到的显著位点最多,为9个。按性状分类,粒长共检测到8个显著SNP位点,粒宽共检测到7个显著SNP位点,粒长宽比共检测到14个性状SNP位点,垩白度共检测到4个显著SNP位点,垩白粒率共检测到5个显著SNP位点,透明度共检测到7个显著SNP位点,直链淀粉含量共检测到11个显著SNP位点。(2)共检测到11个显著SNP位点在基因内,且这些基因未见前人报道,很可能是新发现与品质性状相关的基因。(3)共检测到11个“一因多效”的SNP位点,其中7个位点在已克隆的基因附近。如chr0316720836位点不仅被检测到与粒长的一般配合力及杂交F1代表型显著关联,也被检测到与粒长宽比的一般配合力显著关联,且chr0316720836在控制稻米粒长和粒重的主效基因GS3附近。(4)对显性度进行分析,发现品种群体的品质性状表型主要是受加性和部分显性控制,而杂交F1代群体的中亲优势主要受超显性控制。(5)我们还发现亲本表型值,一般配合力,杂交F1的表型值和中亲优势值均存在随着这优异等位基因个数的增加而增大的现象,这个发现说明优异等位基因的聚合效应不仅仅体现在杂种优势上,还体现在品种表型和一般配合力及中亲优势等复杂性状上。水稻的品质性状存在丰富的自然变异,了解其遗传机制和挖掘优良的等位基因能为培育优良品种提供很大的帮助。
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