水稻抽穗期的全基因组关联分析和叶色突变体pgl3的基因克隆

发布时间：2020-04-03 23:22

【摘要】：种质资源是品种选育的基础,其群体结构与亲缘关系的研究可为品种资源利用和育种上亲本选择提供参考。本研究以东北各地区主栽的244份粳稻品种,利用21,198个单核甘酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)标记分析了东北粳稻品种的群体结构与亲缘关系,结果表明东北粳稻亲缘关系较近且无明显群体结构。使用Sturcture软件分析群体结构,将东北粳稻群体分为2个亚群,分别为Pop1和Pop2。从地理分布来看,黑龙江、吉林和一半的辽宁品种的品种属于亚群Pop1,其他品种为亚群Pop2。基于Nei氏算法得到遗传距离所构建的NJ(Neighbor-joining)树,可以看出Pop1和Pop2亚群有比较明显的分界。这些分群方法得到相似结果说明把东北粳稻分为两个亚群比较合理。此外Pop1和Pop2亚群之间的分化系数为0.1,表明Pop1和Pop2亚群之间的遗传成分关系非常相似且无明显群体结构。最后,Pop1亚群内部亲缘关系高于Pop2亚群,且两个群体之间的亲缘关系具有很强的相关性。Pop1亚群的遗传多样性(0.25)低于Pop2亚群的遗传多样性(0.29),且均表现出较低的遗传多样性。因此,东北粳稻群中遗传关系较为密切,尤其是在Pop1亚群中。抽穗期是决定作物分布和区域适应性的关键因素,并使作物能够在特定的生态条件下最大限度地利用光温资源。水稻是短日照植物,然而在长日照条件下的东北地区广泛种植。为了解析东北地区水稻抽穗期的遗传机制,本研究利用全基因组关联分析的方法解析抽穗期的主要控制位点。关联分析使用一般和混合线性模型关联得到三个主效的抽穗期基因Hd1,Ghd7和DTH7。我们重新测序了这三个基因以分析它们的自然变异和功能。地区分析表明,在辽宁、吉林和黑龙江第一积温带主要分布无功能的Hd1、弱功能的Ghd7和有功能的DTH7;在黑龙江第二积温带主要分布弱功能的Ghd7和无功能的Hd1和DTH7;在黑龙江第三积温带中主要分布无功能的Hd1,Ghd7和DTH7。这三个基因的功能丧失促进了东北地区水稻早抽穗向更高纬度的扩张,而有功能等位基因组合促进了东北南部地区的水稻晚抽穗以获得高产。在育种选择中,可以根据不同地区的积温来选择适合的等位基因组合。由于独特的抽穗期特性,其他地区品种遗传背景比较难以直接引入倒东北粳稻中,而将的南方早籼品种(Hd1,Ghd7和DTH7基本都无功能)的血缘引入东北粳稻中提高遗传多样性是一个较为合理的策略。叶色突变体作为一类最常见的突变体类型,是开展叶绿体发育以及叶绿素代谢途径相关研究的理想材料。本研究利用一个晚抽穗淡绿叶突变体pgl3进行图位克隆,并分析其功能。秀水11经过甲基磺酸乙酯(EMS)诱变获得一个叶色突变体pgl3,在整个发育过程中叶片表现出淡绿色。在苗期和抽穗期,与野生型相比,pgl3突变体叶片的叶绿素a含量降低了68%和70%,叶绿素b含量降低了78%和70%。PGL3的基于图谱的克隆表明它编码叶绿体信号识别颗粒43kDa蛋白质。PGL3通过调节叶绿素合成相关基因的表达水平影响叶绿素合成。pgl3叶片中积累了大量的活性氧,其活性氧清除基因的转录水平下调,导致pgl3加速衰老。此外,高温会抑制植物的生长,加速pgl3的衰老过程。
【图文】：

示意图,水稻种植,示意图

2.2.1 材料分布为了研究东北粳稻对于光温反应，本实验将所有材料种植在经度相似、维度差异较大的三个地区：辽宁省沈阳市，浙江省杭州市，海南省陵水县（图2-1A）。从陵水到沈阳随着维度的增加，，日照长度也在增加，沈阳的日照长度最长，杭州次之，陵水的最短；而东北地区的积温随着维度的增加，辽宁的积温最高可达3400℃，吉林的最高可达3000℃，黑龙江的最低（图2-1A,B）。我们选取了一个由东北地区生产上大量应用的244份粳稻品种组成的自然群体。来自辽宁，黑龙江和吉林省的品种各占50.8％，35.7％，和10.7％（图2-1C）。图 2-1 水稻种植示意图Fig.2-1 Diagram of rice cultivation（A）中国地图。三个试验点的地理位置：陵水（18°32'N

水稻抽穗期的全基因组关联分析和叶色突变体pgl3的基因克隆

1,198个SNP按SNP（相邻SNP）距离分类Fig.2-2Proportionofthe21,198SNPscategorizedbyinter-SNP(theadjacentSNPs)distances
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【参考文献】