粳稻株型相关性状全基因组关联分析及候选基因挖掘

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guohl_sh
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水稻株型相关性状包括株高、分蘖数、分蘖夹角、剑叶夹角及穗部性状。株型相关性状均是重要的农艺性状,是水稻产量因素的重要组成部分。株型形成涉及到一系列基因的表达和表达产物行使功能,因此对这些基因的挖掘具有重要意义。本研究利用295份来自世界各地的粳稻品种,于2018和2019年分蘖盛期调查水稻分蘖数和分蘖角度,齐穗期测量水稻剑叶角度,成熟期考察水稻株高和穗角度。结合高通量重测序获得的788,396个高质量多态性SNP,利用TASSEL 5.0软件的MLM模型进行全基因组关联分析,采用GEC软件计算出的有效独立SNP数目进行阈值的确定,判定SNP标记与目标性状关联的显著性。根据2年检测到的峰值SNP和水稻每条染色体LD衰减距离,确定粳稻株型相关性状主效QTL,并进一步提取共定位QTL区间内所有基因外显子区非同义突变SNP和启动子区SNP进行单倍型分析,结合基因注释筛选影响粳稻株型性状的候选基因。主要研究结果如下:(1)粳稻5个株型性状在2年中均呈现出广泛的表型变异,且2年总趋势基本一致。2018和2019年5个株型性状变异系数分别介于12.41-70.31%和12.46-79.96%。2018和2019年株高变异系数最小,分别为12.41%和12.46%;2年剑叶角度变异系数最大,分别为70.31%和79.96%;分蘖数2年变异系数分别为32.58%和29.55%;2年分蘖角度变异系数分别为21.75%和28.76%;2018和2019年穗角度变异系数分别为30.84%和29.51%。表型相关性分析显示,分蘖数与株高呈显著负相关,分蘖角度与分蘖数呈显著或极显著正相关,剑叶角度与穗角度呈极显著正相关,剑叶角度与株高呈极显著正相关,穗角度与株高呈极显著正相关。(2)采用TASSEL 5.0软件的MLM模型,分别对粳稻株高、分蘖数、分蘖夹角、剑叶夹角和穗角度进行全基因组关联分析,在P<5.46×10-6阈值条件下,2018-2019年共检测到54个影响水稻株型性状QTL,其中11个QTL(q PH2.4、q PH4、q PH6.1、q PH7.1、q TN9、q TA4、q FLA1、q FLA3、q PA1、q PA2和q PA5)在两年中能够稳定表达。(3)将本试验定位QTL与前人株型相关性状QTL和基因相比对,结果显示,q TN9、q PH2.4、q PH6.1和q PH7.1均位于已经定位水稻株型相关性状QTL区间内,q FAL3和q PH7.1区间分别检测到影响水稻叶角度基因Os RLCK107和株高发育基因Os PHR2,同时确定6个新的共定位株型相关QTL(q PH4、q TA4、q FLA1、q PA1、q PA2和q PA5)。对9个重要QTL(q PH2.4、q PH4、q PH6.1、q TN9、q TA4、q FLA1、q PA1、q PA2和q PA5)区间内所有基因进行单倍型分析,并结合基因功能注释分析预测10个影响水稻株型相关性状的候选基因。本研究剖析了5个水稻株型发育相关性状的遗传基础,预测了10个影响水稻株型相关性状QTL的候选基因,研究结果将为通过分子设计育种培育超高产水稻品种提供具有自主知识产权的优异基因,同时为后续株型相关基因的克隆奠定坚实的基础。
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