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

1、水稻是主要的糧食作物，隨著人口的不斷增加，需要不斷提高產量來滿足日益增長的糧食需求。株型是決定水稻群體產量的重要性狀，提高水稻的種植密度是增加水稻產量的有效方法。水稻的分蘗角度和葉夾角作為塑造理想株型的兩個重要農藝性狀，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。利用全基因組關聯(lián)分析以種質群體為研究對象，可以快速有效地挖掘與表型變異緊密相關的位點，有助于全面了解復雜農藝性狀的遺傳機制。華中農業(yè)

2、大學作物遺傳改良國家重點實驗室水稻團隊對529份亞洲栽培稻包含295份秈稻和156份粳稻品種在內的種質群體進行全基因組測序，建立了關聯(lián)分析平臺。本研究在海南和武漢分別調查了該種質群體開花時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群體和秈粳亞群中進行全基因組關聯(lián)分析，主要研究結果如下:
　　1.分蘗角度和劍葉夾角雖然同為影響水稻株型和產量的重要農藝性狀，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.通過全基因組關聯(lián)分析共檢測到30個控制栽培稻分蘗角度自然變異的關聯(lián)位點，其中7個為海南和武漢

4、兩個環(huán)境均檢測到的位點。TAC1位于qTA9c區(qū)間，與qTA8a在總群體和秈稻亞群中均關聯(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關聯(lián)到的位點;其余的10和13個位點分別只在海南和武漢關聯(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量。已報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查分析表明D2為該位點的候選基因。
　　3.TAC1、TAC3和D2的核酸多態(tài)性分析表明3個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.通過全基因組關聯(lián)分析共檢測到62個與劍葉夾角相關的位點，其中8個關聯(lián)位點在海南和武漢兩個環(huán)境均檢測到，4個位點與已知葉夾角相關的基因共定位。q

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

7、的劍葉夾角相關基因分別在秈粳2個亞群中進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)粳稻亞群構建的每個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)秈稻亞群構建的每個基因（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聯(lián)分析檢測到的位點中，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