基于全基因組關(guān)聯(lián)分析的水稻分蘗角度和劍葉夾角的遺傳基礎(chǔ)解析.pdf

1、水稻是主要的糧食作物，隨著人口的不斷增加，需要不斷提高產(chǎn)量來滿足日益增長的糧食需求。株型是決定水稻群體產(chǎn)量的重要性狀，提高水稻的種植密度是增加水稻產(chǎn)量的有效方法。水稻的分蘗角度和葉夾角作為塑造理想株型的兩個(gè)重要農(nóng)藝性狀，在栽培稻群體中存在豐富的自然變異，了解其分子機(jī)制和挖掘優(yōu)良的等位基因有助于培育優(yōu)良品種。利用全基因組關(guān)聯(lián)分析以種質(zhì)群體為研究對象，可以快速有效地挖掘與表型變異緊密相關(guān)的位點(diǎn)，有助于全面了解復(fù)雜農(nóng)藝性狀的遺傳機(jī)制。華中農(nóng)業(yè)

2、大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水稻團(tuán)隊(duì)對529份亞洲栽培稻包含295份秈稻和156份粳稻品種在內(nèi)的種質(zhì)群體進(jìn)行全基因組測序，建立了關(guān)聯(lián)分析平臺。本研究在海南和武漢分別調(diào)查了該種質(zhì)群體開花時(shí)期的分蘗角度和劍葉夾角，利用線性回歸和線性混合模型方法在總?cè)后w和秈粳亞群中進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，主要研究結(jié)果如下:
　　1.分蘗角度和劍葉夾角雖然同為影響水稻株型和產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀，而基于529份亞洲栽培稻的表型數(shù)據(jù)表明兩者間并不存在顯著相關(guān)性

3、。水稻分蘗角度盡管受到環(huán)境影響，但主要還是由遺傳因素決定，基因與環(huán)境互作效應(yīng)在粳稻亞群中相對較大。秈稻亞群的分蘗角度比粳稻亞群有更大的表型變異，其平均值也較大。水稻劍葉夾角同樣主要由遺傳因素決定，但基因與環(huán)境互作效應(yīng)在秈稻亞群中相對較大。栽培稻的劍葉夾角相對分蘗角度具有更大的表型變異，粳稻亞群的劍葉夾角變異及平均值均大于秈稻亞群。
　　2.通過全基因組關(guān)聯(lián)分析共檢測到30個(gè)控制栽培稻分蘗角度自然變異的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)，其中7個(gè)為海南和武漢

4、兩個(gè)環(huán)境均檢測到的位點(diǎn)。TAC1位于qTA9c區(qū)間，與qTA8a在總?cè)后w和秈稻亞群中均關(guān)聯(lián)到，且不受海南和武漢的環(huán)境影響，而在粳稻亞群中未檢測到海南和武漢同時(shí)關(guān)聯(lián)到的位點(diǎn);其余的10和13個(gè)位點(diǎn)分別只在海南和武漢關(guān)聯(lián)到。通過突變體表型與基因型的共分離鑒定，分離到了位于水稻第3染色體上qTA3的候選基因TAC3，該基因編碼保守的假定蛋白，并在水稻的分蘗基部具有較高的表達(dá)量。已報(bào)道的控制水稻葉夾角和株高的D2/CYP90D2位于qTA1b區(qū)

5、間，通過對該突變體的分蘗角度調(diào)查分析表明D2為該位點(diǎn)的候選基因。
　　3.TAC1、TAC3和D2的核酸多態(tài)性分析表明3個(gè)基因在粳稻的馴化和遺傳改良過程中均受到了選擇，它們在多數(shù)粳稻品種中具有固定的基因型，而在秈稻亞群中存在不同的基因型，且不同基因型間分蘗角度存在顯著性差異。
　　4.通過全基因組關(guān)聯(lián)分析共檢測到62個(gè)與劍葉夾角相關(guān)的位點(diǎn)，其中8個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn)在海南和武漢兩個(gè)環(huán)境均檢測到，4個(gè)位點(diǎn)與已知葉夾角相關(guān)的基因共定位。q

6、FLA2f、qFLA3b和qFLA10c區(qū)間內(nèi)均含有bHLH轉(zhuǎn)錄因子第16亞家族的HLHs，隨后通過超量表達(dá)水稻該亞家族功能未知的基因證明Os153、Os173和Os174與前人報(bào)道的其它同源基因一樣均具有調(diào)控葉夾角的功能。在水稻中超量表達(dá)同屬于該亞家族的控制野生番茄柱頭外露的Style2.1，轉(zhuǎn)基因植株同樣表現(xiàn)出葉片下垂的表型。結(jié)合前人研究，我們認(rèn)為bHLH第16亞家族對于調(diào)控水稻葉夾角具有保守的功能。
　　5.對本研究中檢測到

7、的劍葉夾角相關(guān)基因分別在秈粳2個(gè)亞群中進(jìn)行單倍型分析并比較單倍型間的劍葉夾角，發(fā)現(xiàn)根據(jù)粳稻亞群構(gòu)建的每個(gè)基因的單倍型間的劍葉夾角均存在顯著性的差異，而根據(jù)秈稻亞群構(gòu)建的每個(gè)基因（OsBRI1除外）的單倍型間的劍葉夾角都不存在顯著性差異。
　　6.在分蘗角和劍葉夾角所有全基因組關(guān)聯(lián)分析檢測到的位點(diǎn)中，只有劍葉夾角QTLqFLA8f置信區(qū)間與分蘗角度QTL qTA8a和qTA8b的置信區(qū)間部分重疊。
　　因此，分蘗角度和葉夾角的