基于種質(zhì)資源群體與MAGIC群體的水稻抽穗期遺傳分析.pdf

1、水稻（Oryza Sativa）是短日照植物，短日照促進(jìn)水稻開(kāi)花，長(zhǎng)日照抑制水稻開(kāi)花。之前大多數(shù)水稻開(kāi)花的研究是在大田生產(chǎn)條件下收集水稻的抽穗期數(shù)據(jù)，部分水稻在生殖轉(zhuǎn)換之前經(jīng)歷了包含短日照和長(zhǎng)日照的混合日照長(zhǎng)度。在此研究中，我們調(diào)查了從世界范圍收集的529份水稻品種在完全自然短日照和長(zhǎng)日照下的抽穗期，分別在秈稻和粳稻亞群中進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析。同時(shí)利用由4個(gè)親本構(gòu)建的多親本高級(jí)世代互交系(MAGIC)群體，我們解析了自然長(zhǎng)日照條件的抽

2、穗期的遺傳基礎(chǔ)，比較了MAGIC群體中SNP水平的關(guān)聯(lián)分析和bin水平的關(guān)聯(lián)分析的QTL定位能力和分辨率。
　　長(zhǎng)日照條件下，我們?cè)诙i稻和粳稻亞群中分別檢測(cè)到3個(gè)和4個(gè)QTL，其中2個(gè)QTL的LD（連鎖不平衡）區(qū)間分別包含已知開(kāi)花基因Hd17和Ghd7，但是在兩個(gè)亞群中沒(méi)有共同檢測(cè)到的QTL。短日照條件下在秈稻中檢測(cè)到6個(gè)QTL，其中3個(gè)QTL的LD區(qū)間分別包含已知基因Ghd7、Ehd1和RCN1;而在粳稻中沒(méi)有檢測(cè)到QTL。短日

3、照條件下檢測(cè)到的qHd3和長(zhǎng)日照下檢測(cè)到的qHd4是兩個(gè)新的QTL，它們值得克隆并且進(jìn)行深入研究。
　　為了檢測(cè)單倍型水平的關(guān)聯(lián)分析的檢測(cè)能力，我們對(duì)11個(gè)已知的抽穗期基因Hd17、Ghd7、Ehd1、RCN1、Hd1、Ghd8、Ghd7.1、DTH2、Hd3a、OsMADS50和OsMADS56進(jìn)行了單倍型分析。單倍型水平的關(guān)聯(lián)分析以更高的顯著水平檢測(cè)到了Hd17、Ghd7、Ehd1和RCN1，同時(shí)還檢測(cè)到3個(gè)額外的基因Hd3a

4、，OsMADS56和Ghd7.1。在這7個(gè)基因當(dāng)中，只有qHd17是在秈粳兩個(gè)亞群都檢測(cè)到的。秈稻亞群中，長(zhǎng)日照和短日照兩個(gè)條件共同檢測(cè)到了Ghd7和Ghd7.1。本研究進(jìn)一步比較了各單倍型間的效應(yīng)，鑒定了Ghd7和OsMADS56在育種上有應(yīng)用價(jià)值的單倍型。
　　由于自然群體中的歷史重組事件難以追溯，所以很難對(duì)種質(zhì)資源群體在全基因組水平進(jìn)行單倍型水平的關(guān)聯(lián)分析。而MAGIC群體由于存在系譜關(guān)系，可以確定任何一個(gè)基因組片段的親本來(lái)

5、源，即bin的基因型可以確定。因此可以構(gòu)建bin圖并且比較SNP水平和bin水平的關(guān)聯(lián)分析的QTL檢測(cè)能力。
　　我們首先將4個(gè)親本分為兩組并在每組內(nèi)進(jìn)行成對(duì)雜交，再進(jìn)行兩個(gè)二元F1之間的雜交，獲得包含4個(gè)親本片段的四元F1植株，最后通過(guò)連續(xù)多代自交的方式獲得F7世代MAGIC群體。我們對(duì)親本和群體進(jìn)行了重測(cè)序并且鑒定基因型，共得到1，231，431個(gè)高質(zhì)量的SNP標(biāo)記。我們使用基因組上的相互獨(dú)立SNP進(jìn)行了進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建和主成分分

6、析，結(jié)果顯示我們構(gòu)建的MAGIC群體的群體結(jié)構(gòu)水平較低。我們通過(guò)滑動(dòng)窗口結(jié)合IBD和IBS的方法構(gòu)建了bin圖。四親本MAGIC群體總共有4，872個(gè)bin，平均每個(gè)bin覆蓋基因組88.9kb的區(qū)域。通過(guò)bin圖我們發(fā)現(xiàn)在水稻12條染色體的著絲粒區(qū)域均有明顯的重組抑制發(fā)生，在第2、7、12染色體的末端有較強(qiáng)的重組熱點(diǎn)。
　　我們分別采用SNP水平和bin水平的關(guān)聯(lián)分析對(duì)MAGIC群體在兩年中的3組抽穗期數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL檢測(cè)。使用這

7、兩種方法分別檢測(cè)到了7個(gè)和12個(gè)QTL，其中已知基因DTH3和Ghd8在3組數(shù)據(jù)中被兩種方法都檢測(cè)到。Bin水平的關(guān)聯(lián)分析將DTH3和Ghd8分別限定在120kb和330kb的bin內(nèi)。SNP水平的關(guān)聯(lián)分析單獨(dú)檢測(cè)到了Ghd7.1和Ehd1。Bin水平的關(guān)聯(lián)分析單獨(dú)檢測(cè)到了Hd3a。此外，B11_324與抽穗期的關(guān)聯(lián)在3組數(shù)據(jù)中重復(fù)地在bin水平的關(guān)聯(lián)分析中檢測(cè)到，因?yàn)闆](méi)有已知的抽穗期基因在B11_324附近報(bào)道，所以它是一個(gè)新的抽穗期

8、QTL。我們對(duì)DTH3、Hd3a和Ghd8位點(diǎn)的bin和B11_324做了多重比較分析。四個(gè)親本的基因型對(duì)這4個(gè)位點(diǎn)都有貢獻(xiàn)，而且等位基因都以較高的頻率出現(xiàn)。其中，親本Cypress的DTH3等位基因表現(xiàn)為提前抽穗，而它的Ghd8等位基因表現(xiàn)為延遲抽穗。
　　結(jié)論:秈稻和粳稻亞群中長(zhǎng)日照和短日照下的抽穗期的遺傳基礎(chǔ)不同。在自然群體中，單倍型水平的關(guān)聯(lián)分析比SNP水平的關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)基因能力更強(qiáng)。我們構(gòu)建的四親本MAGIC群體有著遺傳