利用高密度Bin遺傳圖譜定位水稻抽穗期QTL

趙 凌 梁文化 趙春芳 魏曉東 周麗慧 姚 姝 王才林 張亞東

利用高密度Bin遺傳圖譜定位水稻抽穗期QTL

趙 凌 梁文化 趙春芳 魏曉東 周麗慧 姚 姝 王才林 張亞東*

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/ 國(guó)家水稻改良中心南京分中心 / 國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心華東中心 / 江蘇省優(yōu)質(zhì)水稻工程技術(shù)研究中心, 江蘇南京 210014

挖掘新的控制水稻抽穗期相關(guān)位點(diǎn)和候選基因, 對(duì)抽穗期的遺傳機(jī)制研究和品種改良具有重要的意義。利用抽穗期存在明顯差異的粳稻TD70和秈稻Kasalath雜交衍生的包含186個(gè)家系的重組自交系群體, 構(gòu)建了基于深度重測(cè)序的高密度Bin遺傳圖譜, 圖譜共包含12,328個(gè)Bin標(biāo)記。RIL群體及親本2018年和2021年正季種植于江蘇省南京市江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。以家系從播種到抽穗所經(jīng)歷的天數(shù)作為抽穗期表型值, 使用IciMapping軟件3.4版的完備區(qū)間作圖法, 對(duì)控制水稻抽穗期的QTL進(jìn)行鑒定。2年共檢測(cè)到15個(gè)抽穗期的QTL, 分布在3號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、10號(hào)和12號(hào)染色體上, LOD值為2.58～10.68, 其中7個(gè)QTL和已知抽穗期QTL的位置存在重疊或者部分重疊。共有4個(gè)QTL在2年均檢測(cè)到, 表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。對(duì)2年重復(fù)鑒定到的4個(gè)QTL區(qū)間進(jìn)行基因功能注釋和親本間序列分析, 共發(fā)現(xiàn)7個(gè)注釋有功能, 且在2個(gè)親本間編碼區(qū)存在非同義突變的基因。根據(jù)候選基因SNP的類型對(duì)RIL群體家系進(jìn)行基因等位型分類和效應(yīng)分析, 發(fā)現(xiàn)4個(gè)基因其不同等位型的RIL家系在抽穗期上存在顯著或者極顯著差異, 推測(cè)可能為候選基因, 可用于后續(xù)水稻抽穗期的分子機(jī)制研究。

水稻; 重組自交系; 高密度Bin圖譜; 抽穗期; QTL

水稻是我國(guó)主要糧食作物, 對(duì)于保障糧食安全具有重要的作用。培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)多抗的水稻品種是保障糧食安全的重要舉措。抽穗期(heading date, HD)指水稻從種子萌發(fā)到抽穗的時(shí)間, 是水稻重要農(nóng)藝性狀之一, 不但影響生育期, 而且與產(chǎn)量、品質(zhì)及抗逆性等緊密相關(guān), 是決定水稻種植地區(qū)及季節(jié)適應(yīng)性的關(guān)鍵性狀[1-2]。解析水稻抽穗期的相關(guān)基因及其分子調(diào)控機(jī)制, 對(duì)于培育和應(yīng)用高產(chǎn)水稻品種、保障國(guó)家糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

水稻抽穗期受基因型與環(huán)境, 如光照和溫度等共同影響, 具體表現(xiàn)為感光性、感溫性和基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)性的相互作用[3]。內(nèi)在遺傳發(fā)育機(jī)制和外在環(huán)境因素的共同作用使得水稻抽穗期的遺傳機(jī)制異常復(fù)雜。作為典型的短日照喜溫型植物, 不僅短日照可以加快水稻生長(zhǎng)發(fā)育速度, 適當(dāng)?shù)母邷匾材艽龠M(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)提早轉(zhuǎn)變, 從而縮短抽穗期[4]。

目前研究表明抽穗期是由主效基因和微效基因共同控制的數(shù)量性狀, 現(xiàn)已報(bào)道的水稻抽穗期相關(guān)數(shù)量性狀位點(diǎn)有618個(gè), 在12條染色體上均有分布。已有、、、、、和等50多個(gè)抽穗期相關(guān)基因被成功克隆[5-9]。按照功能和作用機(jī)制, 抽穗期基因主要分為成花素類基因、光敏色素類基因、開花集成基因、促進(jìn)開花基因和抑制開花基因等[3]。這些基因共同組成了1個(gè)至少包括光周期和生物鐘、染色質(zhì)相關(guān)、激素等3個(gè)通徑的復(fù)雜分子網(wǎng)絡(luò)[7,10]。最早通過圖位克隆方法鑒定的抽穗期基因參與保守的光周期遺傳調(diào)控通路, 是水稻抽穗期的重要調(diào)控基因[11-13]。10號(hào)染色體上基因源自非洲栽培稻, 編碼的Ｂ型反應(yīng)調(diào)節(jié)子促進(jìn)水稻短日照下提早抽穗, 是水稻成花素的重要調(diào)控基因[12]。目前對(duì)通路和通路等調(diào)控水稻抽穗期均有較深入的研究[3,14-16]。

水稻抽穗期調(diào)控機(jī)制一直是分子生物學(xué)家和育種家關(guān)注和研究的熱點(diǎn), 雖然目前定位到的抽穗期QTL很多, 但大多數(shù)QTL受環(huán)境影響較大, 且很多QTL定位區(qū)間比較大, 功能得到驗(yàn)證和克隆的QTL有限, 在水稻育種中成功應(yīng)用的也很少, 對(duì)各通路調(diào)控抽穗期的機(jī)制研究也亟待深入。通過抽穗期QTL定位和基因鑒定及功能研究揭示調(diào)控機(jī)制, 對(duì)于實(shí)現(xiàn)水稻抽穗期的分子育種, 保證水稻穩(wěn)產(chǎn)與高產(chǎn)具有重要的意義。

Bin圖譜是基于SSR/RFLP標(biāo)記的傳統(tǒng)遺傳圖譜后的新一代遺傳圖譜, 以連續(xù)SNP標(biāo)記作為染色體重組事件的最小單位(recombination bin), 判斷子代每個(gè)bin的來源, 從而構(gòu)建出Bin遺傳圖譜[17-18]。Bin圖譜基于高通量測(cè)序構(gòu)建, SNP標(biāo)記分布廣泛、多樣性高、數(shù)量大, 而且構(gòu)建時(shí)間短、精確度高, 在水稻復(fù)雜數(shù)量性狀研究中具有廣泛的應(yīng)用前景[19]。

水稻品種間抽穗期存在著巨大的差異[20], 已經(jīng)定位和克隆的相關(guān)QTL和基因并不能完全解釋抽穗期的遺傳及變異, 其分子機(jī)制還需要更加深入地研究。本研究以抽穗期存在顯著差異的粳稻TD70和秈稻Kasalath衍生的重組自交系群體(RIL)為作圖群體, 利用構(gòu)建的包括12,328個(gè)Bin標(biāo)記的高密度連鎖圖譜, 定位和分析抽穗期QTL, 尋找一些新的位點(diǎn), 以期為水稻抽穗期相關(guān)基因的鑒定提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以一個(gè)雜交系譜為天鵝谷///9520//(72-496/蘇御糯)的粳稻品系TD70和秈稻品種Kasalath為親本配制組合。2005年夏從F1單株收取自交種子, 以單粒傳方法構(gòu)建成由186個(gè)家系組成的RIL群體[21]?；蛐驼{(diào)查為F10世代, 表型調(diào)查為F9和F12世代。

1.2 田間試驗(yàn)及抽穗期記載

于2018年和2021年, 在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所試驗(yàn)田種植RIL群體的186個(gè)家系及2個(gè)親本, 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每年均于5月10日播種, 6月10日移栽, 每個(gè)家系種植4行, 每行7株, 單本栽插, 行株距為25.0 cm × 16.7 cm。移栽后至收獲不施肥, 擱田后田間保持干干濕濕至收獲, 其他田間管理按常規(guī)栽培管理方法。以每家系小區(qū)內(nèi)50%單株始穗日期為該家系的抽穗日期。以家系從播種到抽穗所經(jīng)歷天數(shù)的均值作為該家系的抽穗期表型值。

1.3 連鎖圖譜構(gòu)建與QTL定位

對(duì)粳稻TD70與秈稻Kasalath雜交衍生RILs群體的186個(gè)家系及親本進(jìn)行全基因組重測(cè)序和基于SNP的Binmap連鎖圖譜構(gòu)建, 構(gòu)建的高密度遺傳圖譜含有12,328個(gè)Bin標(biāo)記, 各染色體Bin標(biāo)記數(shù)在763～1367個(gè), 標(biāo)記間平均物理距離為30.26 kb[21]。利用QTL IciMapping軟件3.4版, 采用完備區(qū)間作圖法(inclusive composite interval mapping, ICIM)在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行掃描[22-23], 掃描步長(zhǎng)為1.0 cM, 以LOD 2.5作為閾值檢測(cè)控制抽穗期QTL的存在, QTL的命名方法參照McCouch等[24]規(guī)則。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

在Microsoft Excel 2016中處理表型數(shù)據(jù)和作圖、繪制頻次分布圖以及方差分析。應(yīng)用Prism (Version 8.0.1)軟件繪制箱式圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 RIL群體及其親本的抽穗時(shí)間表型特征

2018年和2021年RIL群體及其雙親抽穗期的表型變異見圖1。親本TD70抽穗期分別為106 d和99 d, 而Kasalath的抽穗期為84 d和89 d, 2年不同環(huán)境下TD70的抽穗期均極顯著長(zhǎng)于Kasalath (<0.01)。

2018年RIL群體的抽穗期均值為98.6 d, 抽穗期最長(zhǎng)的家系達(dá)到117 d, 最短的家系為85 d (圖1)。2021年RIL群體的抽穗期均值為96.5 d, 抽穗期最長(zhǎng)的家系為111 d, 最短的家系為84 d (表1), 群體中抽穗期長(zhǎng)度存在明顯的超親現(xiàn)象。2年RIL群體的抽穗期分布的峰度和偏度絕對(duì)值都小于1, 表明群體的抽穗期呈連續(xù)性正態(tài)分布, 表現(xiàn)出數(shù)量性狀的遺傳特點(diǎn)(圖1), 可以對(duì)其進(jìn)行QTL定位分析。

表1 親本與重組自交系群體的抽穗天數(shù)

圖1 重測(cè)序RIL群體抽穗期分布

K: Kasalath; T: TD70.

2.2 抽穗期QTL檢測(cè)

對(duì)RIL群體進(jìn)行抽穗期QTL檢測(cè), 2年共檢測(cè)到15個(gè)QTL, 分布在3號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、10號(hào)和12號(hào)染色體上(表2和圖2)。其中, 2018年檢測(cè)到8個(gè)QTL, LOD值介于2.58～10.68, 貢獻(xiàn)率介于3.29%～14.73%。2021年檢測(cè)到7個(gè)QTL, 分別位于7號(hào)、8號(hào)、10號(hào)和12號(hào)染色體, LOD值介于3.06～8.21, 貢獻(xiàn)率3.92%～12.58%。7號(hào)染色體的、8號(hào)染色體的、10號(hào)染色體的和都在2年被檢測(cè)到。

位于7號(hào)染色體上14.50～14.54 Mb, 2年的LOD均大于6, 表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在2018年可解釋11.77%的表型變異, 來自于TD70的等位基因可使抽穗期延長(zhǎng)2.66 d。在2021年檢測(cè)到LOD值為8.21, 可解釋12.58%的表型變異。來自于TD70的等位基因可使抽穗期延長(zhǎng)1.81 d。

2年都檢測(cè)到的位點(diǎn)位于8號(hào)染色體上1.73～1.82 Mb, 在2018年可解釋3.97%的表型變異, 在2021年可解釋3.92%的表型變異, 來自于TD70的等位基因可使抽穗期分別延長(zhǎng)1.56 d和1.01 d。和也是2年均檢測(cè)到位點(diǎn), 位于10號(hào)染色體的3～4 Mb之間, 2年LOD值都在4～6之間, 來自于TD70的等位基因可使抽穗期延長(zhǎng)。

表2 檢測(cè)到控制抽穗期的QTL

加性效應(yīng)值為正值, 表明增效等位基因來源于TD70。*: 在2年間重復(fù)檢測(cè)到的QTL。

Positive additive effect showed that source of favorable allele came from TD70.*: the QTL was detected in both two years.

除了2年均檢測(cè)到的4個(gè)QTL外, 2018年在3號(hào)染色體21.75～21.81 Mb區(qū)間檢測(cè)到, 2021年在12號(hào)染色體26.21～26.27 Mb區(qū)間檢測(cè)到,均為來自于TD70的等位基因可使抽穗期延長(zhǎng)。

2018年在6號(hào)染色體檢測(cè)到2個(gè)影響抽穗期的QTL, 分別位于1.8 Mb和11 Mb左右, 其中的LOD值達(dá)到10.68, 是所有檢測(cè)到QTL中LOD值最大的位點(diǎn), 解釋14.73%的表型變異, 增效基因來自于TD70。的LOD值3.15, 解釋4.65%的表型變異, 增效等位基因來自于Kasalath。

7號(hào)染色體上除2年均檢測(cè)到的外, 2018年檢測(cè)到, 2021年檢測(cè)到和。的LOD值3.73,和的LOD值為7左右。和的增效等位基因來自于Kasalath,的增效等位基因來自于TD70。

圖2 檢測(cè)到抽穗期QTL的染色體分布圖

2.3 候選基因的篩選

利用水稻注釋數(shù)據(jù)庫(kù)(Rice Annotation Project Database, https://rapdb.dna.affrc.go.jp)對(duì)2年重復(fù)檢測(cè)到的影響抽穗期的4個(gè)QTL,、和區(qū)間內(nèi)的基因進(jìn)行功能注釋(表3)。位于7號(hào)染色體上14.50～14.54區(qū)域內(nèi), 經(jīng)過查詢水稻注釋數(shù)據(jù)庫(kù), 該區(qū)間內(nèi)共有5個(gè)注釋基因。序列分析發(fā)現(xiàn)除外, 其他4個(gè)基因的編碼區(qū)在2個(gè)親本間不存在非同義突變。全長(zhǎng)4358 bp編碼的蛋白注釋為甲硫氨酸氨基肽酶家族成員。TD70和Kasalath的編碼區(qū)存在5處錯(cuò)義突變: CDS+372 bp (T/C)、CDS+1849 bp (G/A)、CDS+1850 bp (A/C)、CDS+2205 bp (G/A)和CDS+2459 bp (C/T), 編碼的氨基酸發(fā)生了變化(Gln/Arg、Ala/Val、Leu/Trp、Arg/Trp和Ser/Asn) (圖3-A)。位于8號(hào)染色體上1.8 Mb, 在水稻注釋數(shù)據(jù)庫(kù)查詢發(fā)現(xiàn)該區(qū)間內(nèi)共有8個(gè)注釋基因, 除不轉(zhuǎn)錄蛋白、假定蛋白等基因外, 還有5個(gè)注釋有功能的基因, 分別編碼半乳糖基轉(zhuǎn)移酶家族、五肽、細(xì)胞色素P450羥化酶、LTP家族蛋白前體和3-磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶。其中基因和的編碼區(qū)在親本間存在非同義突變。編碼區(qū)存在1個(gè)移碼突變和5個(gè)錯(cuò)義突變,編碼區(qū)存在3個(gè)錯(cuò)義突變,編碼區(qū)存在7個(gè)錯(cuò)義突變、3個(gè)移碼突變和2個(gè)堿基缺失(圖3- B～D)。

區(qū)間內(nèi)共有3個(gè)注釋基因, 除去不轉(zhuǎn)錄蛋白、假定蛋白外, 還有1個(gè)注釋有功能的基因, 編碼OsWAK受體類似蛋白激酶。編碼區(qū)在親本間存在4個(gè)錯(cuò)義突變, 分別為CDS+405 bp (A/C)、CDS+4665 bp (T/A)、CDS+4816 bp (A/C)、CDS+4970 bp (T/C), 導(dǎo)致編碼的氨基酸發(fā)生了變化(Tyr/Asp、Thr/Ser、Asp/Glu和Asn/Ser) (圖3-E)。

位于10號(hào)染色體上3.61～3.71區(qū)域內(nèi), 在水稻注釋數(shù)據(jù)庫(kù)查詢發(fā)現(xiàn)該區(qū)間共有6個(gè)注釋基因, 其中3個(gè)基因和注釋有功能, 分別編碼絲裂原活化蛋白激酶、鈣依賴性蛋白激酶和查爾酮合酶。編碼區(qū)的核苷酸序列在2個(gè)親本間不存在非同義突變。編碼區(qū)在親本間存在1個(gè)錯(cuò)義突變CDS+414 bp (A/T), 編碼的氨基酸發(fā)生了Phe/Tyr變化。編碼區(qū)在親本間存在1個(gè)錯(cuò)義突變和1個(gè)移碼錯(cuò)義突變, 分別發(fā)生在CDS+109 bp (A/G)、CDS+1174 bp (T/GC) (圖3-F～G)。

表3 重復(fù)檢測(cè)到QTL區(qū)間內(nèi)基因的注釋

*: 基因編碼區(qū)在親本間存在非同義突變。

*: there are non-synonymous mutations in the coding regions of genes between the parents.

在2年重復(fù)檢測(cè)到的4個(gè)QTL區(qū)間內(nèi), 經(jīng)過基因注釋查詢和序列分析, 確定了7個(gè)注釋有功能、且編碼區(qū)在2個(gè)親本間存在非同義突變的基因, 非常有可能為抽穗期候選基因。根據(jù)這些基因SNP的類型對(duì)RIL群體的家系進(jìn)行等位型分類, SNP位點(diǎn)核苷酸為親本TD70型的命名為HapA, 為Kasalath型命名為HapB。通過方差分析檢測(cè)HapA和HapB等位型對(duì)群體家系抽穗期的效應(yīng), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中4個(gè)基因:、、和00, 其不同等位型RIL家系間抽穗期存在顯著或者極顯著差異, 推測(cè)其為最有可能的候選基因(圖4)。的候選基因編碼甲硫氨酸氨基肽酶,的候選基因和編碼半乳糖基轉(zhuǎn)移酶及細(xì)胞色素P450羥化酶。的候選基因編碼鈣依賴性蛋白激酶, 具體的生物學(xué)功能有待進(jìn)一步研究。

圖3 TD70與Kasalath之間候選基因的結(jié)構(gòu)和非同義突變

黑色框: 外顯子; 灰色部分: 編碼序列; 紅色箭頭: 錯(cuò)義突變; 藍(lán)色箭頭: 移碼突變; 黑色箭頭: 缺失。

A:; B:; C:; D:; E:; F:00; G:. Frames with black lines: exon; Grey boxes: protein coding sequence; Red arrow: missense mutation; Blue arrow: frameshift variant: Black arrow: indel.

圖4 候選基因不同等位型對(duì)RIL群體抽穗期的影響

SNP位點(diǎn)核苷酸為TD70型的命名為HapA, 為Kasalath型命名為HapB。

HapA: the SNP of candidate genes are the same as TD70; HapB: the SNP of candidate genes are the same as Kasalath.

3 討論

3.1 Bin遺傳圖譜定位水稻復(fù)雜性狀QTL的優(yōu)勢(shì)

Bin圖譜是基于高通量測(cè)序技術(shù)構(gòu)建的新一代遺傳圖譜, 與傳統(tǒng)遺傳圖譜相比, 不僅耗時(shí)短, 可準(zhǔn)確提供物理位置, 而且標(biāo)記密度高, 遺傳分析和QTL定位更加準(zhǔn)確, 可用于QTL的精細(xì)定位。近年來研究者利用高密度Bin圖譜, 成功定位了抽穗期、產(chǎn)量等多個(gè)復(fù)雜性狀[9,25-28]。本研究定位使用的Bin遺傳圖譜包含12,328個(gè)Bin標(biāo)記, 標(biāo)記間平均物理距離30.26 kb, 標(biāo)記整體分布達(dá)到精細(xì)作圖的要求, 可直接從定位區(qū)間篩選候選基因。應(yīng)用本群體已經(jīng)成功定位了粒型、抽穗期劍葉葉綠素含量等性狀的QTL, 并鑒定到了候選基因[21]。在利用傳統(tǒng)遺傳圖譜進(jìn)行QTL定位時(shí), 當(dāng)LOD值超過閾值的一段區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)峰值時(shí), 多個(gè)峰值間很難區(qū)分開, 往往導(dǎo)致微效位點(diǎn)被遮蓋[10]。本研究在位置相鄰的區(qū)域定位到了控制抽穗期的QTL, 如和分別位于10號(hào)染色體3.15～3.20 Mb和3.61～3.71 Mb。董驥馳等利用02428和玉針香的高密度Bin圖譜進(jìn)行水稻抽穗期QTL定位, 也發(fā)現(xiàn)定位的抽穗期QTL之間存在這種位置相鄰的現(xiàn)象[25]。利用Bin圖譜進(jìn)行QTL檢測(cè)可將位置臨近的QTL有效分離, 測(cè)序得到的SNP標(biāo)記還可以應(yīng)用于分子育種, 在水稻復(fù)雜性狀的定位、候選基因鑒定和標(biāo)記輔助選擇方面具有非常大的應(yīng)用前景。

此外, 比較本研究2年定位結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在表型貢獻(xiàn)率值相近的情況下, QTL的加性效應(yīng)2018年大于2021年, 推測(cè)是不同環(huán)境對(duì)QTL效應(yīng)的影響。同時(shí)還存在QTL貢獻(xiàn)率較小, 而加性效應(yīng)稍大的現(xiàn)象, 可能是由于位點(diǎn)附近的基因型存在奇異分離, 導(dǎo)致計(jì)算加性效應(yīng)時(shí)出現(xiàn)了偏差。

3.2 本研究與已知抽穗期位點(diǎn)/基因的比較

作為重要的農(nóng)藝性狀, 抽穗期一直是水稻遺傳和分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)Gramene (http://en- sembl.gramene.org/Oryza_sativa/Info/Index)網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù), 現(xiàn)已報(bào)道的水稻抽穗期相關(guān)基因與數(shù)量性狀位點(diǎn)已有618個(gè), 這和水稻抽穗期復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制有密切的關(guān)系[5,16]。

本研究應(yīng)用秈粳交RIL群體構(gòu)建高密度Bin遺傳圖譜, 2年共所檢測(cè)到15個(gè)控制抽穗期的QTL, 通過遺傳圖譜和物理圖譜的對(duì)比(http:/www.gramene. org), 發(fā)現(xiàn)一些位點(diǎn)和已知抽穗期位點(diǎn)間有著區(qū)間的重疊(表4)。如本研究檢測(cè)到的位于3號(hào)染色體21.75～21.81 Mb, 在該區(qū)域Moncada等[29]利用Caiapo/野生稻的BC2F2群體在19.41～22.34 Mb檢測(cè)到抽穗期QTL, LOD值3.91。Lin等[30]利用Nipponbare/Kasalath的BC3F2NIL群體, 在6號(hào)染色體檢測(cè)到控制抽穗期的2個(gè)位點(diǎn)分別位于1.64～3.08 Mb和6.82～11.68 Mb, 均覆蓋了我們檢測(cè)到的和。

在2年均能檢測(cè)到的位點(diǎn)附近, Yu等[32]利用Zhenshan 97/Ming 63的F2:3家系也發(fā)現(xiàn)了抽穗期QTL, 位于7號(hào)染色體7.23～16.87 Mb, 區(qū)間較大, 表型貢獻(xiàn)率為19.2%, LOD值為8.1, 覆蓋了我們的位點(diǎn)。此外, 利用IR64/Azucena的DH群體、Sasanishiki/Habataki的BCIL群體, 分別在7號(hào)染色體4.5 Mb左右區(qū)間定位到了抽穗期QTL, 和本研究定位到的位置重合。

表4 本研究定位的QTL和已知抽穗期相關(guān)位點(diǎn)和基因的位置比較

在所在區(qū)域, 除了Li等利用IR64/ Azucena的DH群體定位到抽穗期QTL外, Zhou等[35]利用Gui 630/Taiwanjing的DH群體也定位到了, 加性效應(yīng)值為4.53。在所在區(qū)域, 除了Li等利用IR64/Azucena的DH群體定位到了相應(yīng)的抽穗期QTL, Mei等[37-38]利用Lemont/Teqing的DH群體定位到了一個(gè)抽穗期QTL, 加性效應(yīng)值為-2.4, LOD值為4.14。Sheng等[36]分離的調(diào)控抽穗期基因位于7號(hào)染色體28.18 Mb, 臨近編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子, 通過抑制的表達(dá)抑制成花基因和在長(zhǎng)日照和短日照條件下均負(fù)調(diào)控水稻開花。從本研究定位結(jié)果與已知抽穗期QTL的比較可以發(fā)現(xiàn), 存在染色體區(qū)域重疊的位點(diǎn)來自于Caiapo/野生稻的BC2F2群體、IR64/Azucena的DH群體、Nipponbare/Kasalath的BC3F2NIL群體、Zhenshan 97/Ming 63的F2:3家系、V20A/IRGC 105491的BC2群體、Sasanishiki/ Habataki BCIL群體、Gui630/Taiwanjing的DH群體和Lemont/Teqing的RIL群體。分析這些群體的親本可以發(fā)現(xiàn), Caiapo/野生稻的BC2F2群體、V20A /IRGC 105491 BC2群體中的父本IRGC 105491為野生稻, Azucena是陸稻品種[39]。明恢63由IR30和圭630 (Gui630)雜交育成, IR30是國(guó)際水稻研究所選育的秈型常規(guī)水稻, 也具有野生稻血統(tǒng)[40]。Lemont是來源于美國(guó)的熱帶常規(guī)粳稻。本研究所用的親本之一Kasalath是起源于印度的秈型常規(guī)水稻, 亞種類型為AUS。親本類型都較為古老可能是本研究和其他已知抽穗期QTL存在位置重疊的原因。

4 結(jié)論

本研究檢測(cè)到15個(gè)控制水稻抽穗期的QTL。對(duì)其中4個(gè)2年重復(fù)檢測(cè)到的QTL區(qū)間內(nèi)基因功能注釋查詢、序列比較和不同等位型效應(yīng)分析, 進(jìn)一步明確了4個(gè)可能的抽穗期候選基因,、、和, 分別編碼水稻甲硫氨酸氨基肽酶、半乳糖基轉(zhuǎn)移酶、細(xì)胞色素P450羥化酶和依賴鈣的蛋白激酶。候選基因的具體生物學(xué)功能有待于進(jìn)一步研究。

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Mapping of QTLs for heading date of rice with high-density bin genetic map

ZHAO Ling, LIANG Wen-Hua, ZHAO Chun-Fang, WEI Xiao-Dong, ZHOU Li-Hui, YAO Shu, WANG Cai-Lin, and ZHANG Ya-Dong*

Institute of Food Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences / Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement / East China Branch of National Center of Technology Innovation for Saline-Alkali Tolerant Rice / Jiangsu High Quality Rice Research & Development Center, Nanjing 210014, Jiangsu, China

Identification of new loci and genes related to heading date is very important for the genetic mechanism research and molecular improvement in rice.A recombinant inbred lines (RILs) was developed by crossing therice TD70 and therice Kasalath with obvious difference in heading date. A high-density genetic linkage map with 12,328 recombination Bin markers was constructed based on the re-sequencing data of parents and RILs. The RILs and two parents were planted at the Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, in Nanjing in 2018 and 2021. QTLs that controlled the heading date were analyzed by IciMappingv3.4 software with inclusive compound interval mapping method. 15 QTLs related to heading date of rice were detected, distributed on chromosome 3, 6, 7, 8, 10, and 12 in two years. The phenotype variation explained (PVE) and LOD value of single QTL ranged from 3.29%–14.73% and 2.58–10.68, respectively. Among them, seven QTLs were found to locate in the same interval or adjacent to previously QTLs, and four QTLswere detectedin twoyears indicating their genetic stabilityAccording to the annotation and sequences analysis of genes located in the region of repeatable QTLswe found thatseven annotated genes had non-synonymous mutations in the coding regions between TD70 and Kasalath. Based on the mutations in the coding regions, the haplotypes of seven genes were identified in RIL population. The heading date of RILs had significant difference between the RILs with different haplotype of four genes, indicating that they might be the candidate genes for heading date. These results could be useful for subsequent functional studies and molecular marker assisted breeding of heading date.

rice (L.); recombinant inbred lines; high-density bin map; heading date; QTLs

10.3724/SP.J.1006.2023.12089

本研究由江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2019375)資助。

This study was supported by the Jiangsu Science and Technology Development Program (BE2019375).

通信作者(Corresponding author):張亞東, E-mail: zhangyd@jaas.ac.cn

E-mail: zhaoling@jaas.ac.cn

2021-12-28;

2022-05-05;

2022-05-13.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220512.1444.004.html

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