华南普通野生稻遗传多样性研究及NBS-LRR抗性基因发掘

发布时间：2017-12-18 17:22

本文关键词：华南普通野生稻遗传多样性研究及NBS-LRR抗性基因发掘

【摘要】：普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)是亚洲栽培稻(O.sativa L.)育种的重要基因库源,其丰富的遗传多样性蕴藏着大量的抗性变异基因。由于普通野生稻原生境的破坏,其野生居群的数量和面积正在不断减少,如何通过遗传多样性评估和核心种质构建来保护这一重要的种质资源,以及发掘该种质的抗性基因,对于降低研究周期、成本和扩大水稻基因资源库具有极其重要的稻属育种意义。本研究利用野生稻表型特征和SSR标记(Simple sequence repeats),分析了普通野生稻8个居群(东乡、佛冈、博罗、增城、惠来、高州、遂溪和琼海)的种质资源遗传多样性,并构建了其核心种质,从核心种质中选取2份具有优异性状的材料进行全基因组测序,通过全基因组重测序的方法发掘NBS-LRR类变异基因,研究结果表明:通过野生稻13个表型质量性状和数量性状的分析,结果显示,数量性状的平均变异系数(coefficient of variation)为0.56,其中二次枝梗数的变异系数平均为2.46,是表型变异的主要来源;居群间表型变异最大的是博罗居群,最小的是佛冈居群,3个质量性状和原种地纬度具有一定的相关性。通过分布在栽培稻12条染色体上的36对SSR引物,进行居群间的遗传多样性分析,居群的有效位点数(Effective number of alleles,ne)、Nei's基因多样性(Nei's gene diversity,h)、香农指数(Shannon's information index,I)和多态性信息量(Polymorphism information content,PIC)平均值分别为1.403、0.239、0.365、0.640,说明普通野生稻具有较高的遗传多样性。8个居群中增城、高州和遂溪3个居群的SSR遗传多样性较高,东乡、琼海和佛冈的次之,惠来和博罗的最低。经过遗传分化和基因流评估显示,8个野生稻居群之间基因交流较少,增城居群与其它居群差异最大。本研究根据表型和SSR标记遗传距离构建了130份核心种质,核心种质在不同居群中占总种质的12.1~20%。经过核心种质表型检验,发现核心种质与总种质间的数量性状差异不显著,质量性状能代表总种质的100%。基因型重复性检验显示全部核心种质不存在基因型重复,构建的核心种质能有效覆盖到表型和分子树状图的每一个亚群,且能够均匀分布于主成分(Principal component analysis)分布图中。核心种质基因保留率在94.20%~98.82%之间,多样性参数经过T测验显示,核心种质和原始种质遗传多样性差异不显著。说明通过本研究表型和分子数据构建的普通野生稻核心种质具有较好的遗传代表性和保留了较高的遗传多样性。利用Illumina HiSeq 2000 100PE高通量测序平台,以日本晴(O.sativa L.,Japonica)和93-11(O.indica,Indica)为参考基因组,从核心种质中构建两份普通野生稻纯合自交系材料,并进行全基因组重测序研究。通过测序,样品的碱基覆盖深度(=1x)在89.59%以上,平均覆盖深度大于32.48x。从SNP、InDel的总差异性来看,DXW102的SNP和InDel偏向于日本晴,DXW103偏向于93-11,SNP和InDels变异基因注释表明,DXW103在日本晴参考基因组注释的SNP、InDel变异最高,DXW102在日本晴参考基因组的注释变异最低。两份材料在93-11和日本晴参考基因组序列注释的基因分别有53.1%和55.1%相同,说明在两个参考基因组注释后,变异基因差异较大。基于基因注释结果,本研究筛选出大量的NBS-LRR类候选变异基因。通过PCR验证发掘的NBS类基因,发现研究发掘的NBS基因准确性达到了100%。经过NBS-LRR类基因家族变异基因的结构分类、染色体定位和同源性分析,表明NBS结构域序列比LRR更为保守稳定,两份材料均显示11号染色体分布了最多的NBS-LRR类基因;NBS序列多样性分析显示,NBS序列间差异范围为2.565-6.701,且DXW102的NBS序列多样性高于DXW103。另外,NBS类基因的蛋白互作分析显示,NBS基因主要与细胞色素C(Cytochrome C)基因之间蛋白互作。该结果说明,野生稻存在大量的NBS-LRR变异基因,以两个参考基因组注释基因的方法具有发掘更多的NBS变异基因优势。本研究通过普通野生稻遗传多样性分析及其核心种质的构建,从核心种质中构建了两份纯合自交系材料进行全基因组重测序,发掘了一批NBS-LRR变异新基因,并对NBS基因进行结构和功能分析,为水稻育种提供了大量的育种资源,也为水稻抗性育种提供了一批重要的基因来源。
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511.9

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