水稻千粒重QTL qTGW10-20.8的精细定位和候选基因分析

发布时间：2020-10-26 22:39

【摘要】：千粒重是稻谷产量三要素之一,解析杂交稻亲本间千粒重的变异既可以挖掘对粒重具有显著作用的数量性状座位(Quantitative trait locus,QTL),又能促进这些QTL在水稻育种中的应用。实验室前期已构建3个由重要籼型三系杂交稻亲本配组衍生的重组自交系群体(Recombinant inbred line,RIL),并获得多年千粒重表型数据。3个RIL群体分别来源于特青(TQ)/IRBB抗白叶枯病聚合品系(TI)、珍汕97B/密阳46(ZM)和协青早B/密阳46(XM)。本研究在此基础上,首先应用3个RIL群体完成千粒重QTL的初定位,然后在第10染色体长臂4.2 Mb区间内鉴定到3个控制粒重和粒型的QTL,最后将其中1个精细定位至70.7 kb区间。具体结果如下:1.3个RIL群体的千粒重QTL检测结果应用QTL IciMapping对3个RIL群体的千粒重QTL及基因型和环境互作进行分析。共检测到27个QTL,其中,17个在2个或3个群体中检测到,其余10个仅在1个群体检测到。在17个QTL中,有8个所在区间可能包含已克隆的与千粒重相关的QTL。在其余9个QTL中,位于第10染色体长臂的qTGW10.1和qTGW10.2呈紧密连锁。qTGW10.1同时在ZM和XM群体中检测到,qTGW10.2同时在TI和ZM群体中检测到。后续试验以这2个QTL为目标进行验证和分解。2.第10染色体长臂3个控制粒重和粒型QTL的分解针对qTGW10.1,应用1个F_(9:10)家系进行验证。该群体除在包含qTGW10.1区间分离外,在第1、9和11染色体上各有1个区间分离。通过QTL分析,4个分离区间共检测到7个控制粒重和粒型的QTL。在qTGW10.1区间仅检测到对粒长的显著作用,来自IRBB52的等位基因增加粒长0.020 mm,贡献率为9.00%。与初定位结果一致,该区间内TQ和IRBB52等位基因对千粒重的作用无显著差异,将该QTL重新命名为qGL10。针对qTGW10.2,首先应用1个NIL-F_2群体进行初步验证,然后应用5个F_(9:10)近等基因系群体(Near isogenic line,NIL)进行分解。在该QTL所处区间分解出2个主要控制千粒重的QTL,增效等位基因均来自TQ,分别命名为qTGW10.2a和qTGW10.2b。在qTGW10.2a分离的2个NIL中,仅千粒重呈双峰分布。TQ等位基因分别增加千粒重0.66 g和0.59 g、粒长0.110 mm和0.098 mm、粒宽0.019 mm和0.016 mm。在qTGW10.2b分离的2个NIL中,TQ等位基因分别增加千粒重0.13 g和0.12 g、粒宽0.012 mm和0.011 mm。这3个QTL被定位在第10染色体长臂4.2 Mb区间内,该结果为控制同一数量性状的QTL往往是成簇分布的理论提供新的证据。3.qTGW10.2a的精细定位和候选基因分析针对qTGW10.2a,首先应用5个杂合区间更小且呈连续交叠排列的F_(11:12) NIL群体将其精细定位至70.7 kb区间。因该QTL主要控制千粒重且分离区间第1个标记位于第10染色体20.8 Mb处,故重新命名为qTGW10-20.8。然后应用1个仅在qTGW10-20.8区间分离的F_(12:13) NIL群体对其遗传效应进行验证。在陵水和杭州,对该NIL群体的粒重、粒长、粒宽和抽穗期进行鉴定。结果显示这4个性状在NIL~(TQ)和NIL~(IRBB52)株系间均表现出极显著差异,来自TQ的等位基因在陵水和杭州分别增加千粒重0.54 g和0.52 g、粒长0.055 mm和0.078 mm、粒宽0.016 mm和0.021 mm、促进抽穗1.9 d和1.2 d。通过比较目标区间内7个开放阅读框(Open reading frame,ORF)的序列和注释功能,ORF7编码1个MIKC型MADs-box蛋白OsMADS56最有可能是qTGW10-20.8的候选基因。在叶片和不同发育阶段的幼穗中,ORF7的表达量在NIL~(TQ)株系中显著高于NIL~(IRBB52)。幼穗转录组测序发现NIL~(TQ)和NIL~(IRBB52)之间存在556个差异表达基因。相比NIL~(IRBB52)的表达量,272个基因在NIL~(TQ)中表达量上调,284个基因表达下调。KEGG和GO富集分析发现qTGW10-20.8可能通过参与植物激素信号通路的方式来影响籽粒大小。这些结果为qTGW10-20.8的分子机制研究奠定基础,为籽粒发育调控途径的完善和水稻品种的改良提供新的基因资源。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩写名词表
1 前言
    1.1 QTL图位克隆的过程
        1.1.1 QTL初定位和验证
        1.1.2 QTL精细定位
        1.1.3 候选基因功能分析
    1.2 已克隆的控制粒重和粒型的QTL
        1.2.1 主要控制千粒重和粒长的QTL
        1.2.2 主要控制千粒重和粒宽的QTL
        1.2.3 主要控制粒长和粒宽的QTL
    1.3 调控水稻籽粒大小的分子机制
    1.4 已克隆粒重和粒型QTL在现代品种中的应用
    1.5 CRISPR/Cas9 基因敲除技术为水稻基因功能验证提供新途径
    1.6 本研究的目的和意义
2 材料和方法
    2.1 水稻材料
    2.2 田间试验及性状考察
    2.3 实验方法
        2.3.1 DNA标记检测
        2.3.2 数据分析
        2.3.3 注释基因序列分析
        2.3.4 基因表达差异分析
        2.3.5 转录组测序分析
        2.3.6 基因敲除载体构建
        2.3.7 基因过表达载体构建
        2.3.8 大肠杆菌转化
3 结果和分析
    3.1 RIL群体的千粒重QTL定位结果
    3.2 qTGW10.1和qTGW10.2 的验证和分解
    3.3 qTGW10.2a的精细定位
    3.4 qTGW10-20.8 区间注释基因分析
    3.5 基因表达差异分析
    3.6 转录组测序结果
    3.7 获得转基因T0植株
4 讨论
    4.1 应用生态适应性相近品种构建分离群体增加QTL检测功效
    4.2 第10 染色体长臂3 个粒重和粒型QTL的鉴定
    4.3 第1、9和11 染色体上鉴定到的6 个粒重和粒型QTL
    4.4 控制同一性状的QTL成簇分布
    4.5 剩余杂合体策略构建近等基因系群体的优势
    4.6 OsMADS56 最有可能是qTGW10-20.8 的候选基因
    4.7 qTGW10-20.8 对其它相关基因转录水平的影响
    4.8 qTGW10-20.8 可能参与植物激素信号转导通路影响籽粒发育
    4.9 应用CRISPR/Cas9 技术创制候选基因的突变体
    4.10 后续研究计划
参考文献
附录
    附录 Ⅰ附表
    附录 Ⅱ作者简介
致谢

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙宗修;鄂志国;王磊;朱德峰;张玉屏;胡国成;刘文真;付亚萍;;对中国水稻骨干亲本评定方法的探索[J];作物学报;2014年06期

2 汤圣祥;王秀东;刘旭;;中国常规水稻品种的更替趋势和核心骨干亲本研究[J];中国农业科学;2012年08期

本文编号：2857616