水稻第1染色体长臂上两个连锁粒形QTL的分解和精细定位

发布时间：2020-05-06 09:55

【摘要】：粒重和粒形是水稻重要的产量和品质性状,二者密切相关,均属于典型的数量性状。长期以来,水稻粒重和粒形的数量性状座位(Quantitative trait locus,QTL)研究主要围绕主效QTL开展。近年来,越来越多的证据显示,微效QTL在水稻重要农艺性状调控中扮演着重要角色,但微效粒重/粒形QTL研究尚处于起步阶段,迄今未见克隆报道。实验室前期应用籼稻组合珍汕97///珍汕97//珍汕97/密阳46衍生的近等基因系(Near isogenic line,NIL),将qTGW1.2c定位在第1染色体长臂上2.1 Mb区间内。本研究应用来源于同一个BC_2F_9单株的18个NIL-F_2群体和15套NIL群体,对该区间进一步分析,在420 kb的区间内分解出2个控制粒重和粒形的QTL,进而开展了精细定位和候选基因分析。具体结果如下:1 2个水稻粒形QTL的分解首先,在qTGW1.2c前期定位区间内发展了7个新的多态性标记,重新分析其交换区域的基因型,将qTGW1.2c区间缩小到RM11800和RM11844之间1.1 Mb的区域内。针对更新后的定位区间,筛选出杂合区间分别为RM11807 RM11842和RM265 RM11842的2个BC_2F_(10)单株,自交获得2个BC_2F_(11)群体;从中筛选珍汕97纯合型和密阳46纯合型单株,自交发展成2套BC_2F_(11:12) NIL群体。在这些群体中均检测到qTGW1.2c对粒重和粒形性状的显著作用,因此将该QTL界定在所用群体共有分离区间RM265-RM11842中。针对RM265-RM11842区间,发展了杂合区间呈梯系排列的4个BC_2F_(13)群体;从中筛选双亲纯合单株,自交发展了4套BC_2F_(13:14) NIL群体。对各NIL-F_2和NIL群体进行QTL检测,并比较不同群体的试验结果,在目标区间内分解出2个QTL。一个界定在Wn35183与RM11828之间132.4 kb的区域内,对粒长和粒宽作用相反,显著影响长宽比而不影响粒重;由于该QTL主要控制粒形(Grain shape),定位区间的第1个分离标记RM265位于水稻第1染色体35.2 Mb处,因此我们将其命名为qGS1-35.2。另一个位于Wn35518与Wn35643之间125.5 kb的区域内,主要通过粒宽(Grain width)影响粒重,同理,将其命名为qGW1-35.5。2 qGW1-35.5的精细定位针对qGW1-35.5,发展了2个在定位区间呈杂合BC_2F_(14)群体,并筛选双亲纯合单株发展成2套BC_2F_(14:15) NIL群体,进一步验证了qGW1-35.5的遗传作用。继续发展了2个杂合区间交叠排列并覆盖目标区间的BC_2F_(15)群体,并筛选纯合单株构建了2套BC_2F_(15:16)5:16 NIL群体。应用这2个NIL-F_2和2套NIL群体,将qGW1-35.5定位区间缩小至Wn35518-Wn35618。针对更新区间,自交发展3个杂合区间呈梯系排列的BC_2F_(16)群体。比较这3个群体的QTL分析结果,最终将qGW1-35.5界定在Wn35518和Wn35604之间86.3 kb的区域内。在qGW1-35.5分离的2套BC_2F_(15:16)5:16 NIL中,密阳46等位基因分别增加粒宽0.008 mm和0.013 mm,提高粒重0.09 g和0.08 g。qGW1-35.5在增加粒宽的同时可显著提高粒重,为水稻高产育种提供了新的基因资源。3 qGS1-35.2的精细定位针对qGS1-35.2区间,发展了3个杂合区间呈梯系排列的BC_2F_(14)群体,从中筛选双亲纯合型单株,自交产生3套BC_2F_(14:15) NIL群体。利用这些群体,将qGS1-35.2界定在Wn35183与Wn35263之间。针对更新区间,进一步发展了杂合区间交叠排列的2个BC_2F_(15)群体,利用其中双亲纯合型单株自交构建了2套BC_2F_(15:16) NIL群体。比较这些群体的QTL检测结果,最终将qGS1-35.2界定在Wn35183-RM11824之间57.7 kb的区间内。在qGS1-35.2分离的BC_2F_(15:16)5:16 NIL中,珍汕97等位基因可增加粒长0.030 mm,降低粒宽0.006 mm,从而使得长宽比增加0.015;结果还表明,该QTL对粒厚、粒重、单株穗数、每穗实粒数和单株产量均无显著影响。qGS1-35.2仅控制粒形而对其他产量性状无显著作用,可在不降低产量的情况下改变粒形以提高稻米外观品质。采用qGS1-35.2 NIL群体中2种纯合型株系进行电镜观察、细胞周期基因的表达水平检测和转录组分析。与密阳46型株系相比,珍汕97型株系的颖壳纵向细胞显著增多,细胞周期调控基因CYCB2.1的转录水平显著增高,而细胞周期抑制基因KRP4的表达显著降低。这些结果表明,qGS1-35.2主要通过调控细胞分裂影响粒长。根据水稻基因组注释系统,qGS1-35.2所在区间包含6个注释基因,其中,3个含有已知功能结构域,参与泛素介导的蛋白降解途径和/或植物激素途径有关;其余3个编码假设蛋白。序列比对和Real-time PCR分析显示,3个含有已知功能结构域的基因中,2个在双亲间存在核苷酸变异,另1个在两种基因型株系间存在表达差异;3个编码假设蛋白的基因均在双亲间存在核苷酸变异,其中2个在两种基因型株系间存在表达差异。针对这些注释基因,开展CRISPR/Cas9基因编辑和/或过表达研究,转化获得转基因植株,为qGS1-35.2的图位克隆提供了基础。
【图文】：

流程图,标记检测,流程图

群体构建流程图Fig.2.1Populationdevelopment2.2.3DNA标记检测

近等基因系,标尺,籽粒

图2.5携带ZS97纯合型和MY46纯合型qGS1-35.2等位基因的近等基因系的籽标尺：20 mmFig. 2.5 Grains of NILZS97and NILMY46for qGS1-35.2Scale bar：20 mm图2.6携带ZS97纯合型和MY46纯合型qGW1-35.5等位基因的近等基因系的籽标尺：20 mmFig. 2.6 Grains of NILZS97and NILMY46for qGW1-35.5Scale bar：20 mm据此，，我们将第一个 QTL 界定在 Wn35183 与 RM11828 之间 132.4 kb 区域
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

【参考文献】