利用水稻MAGIC群体和种质资源关联分析定位抽穗期和株高QTL

摘要

抽穗期和株高是水稻重要的农艺性状，抽穗期的长短决定水稻在不同生态区域的地区适应性和季节适应性。在不降低抗倒伏能力的情况下，适当增加株高可以有效增加生物量，从而进一步提高水稻产量。本研究利用多亲本高代互交系(multi-parents advanced generation inter-cross，MAGIC)群体（2个4亲本群体DC1、DC2和1个8亲本群体8way）及其复合群体DC12(DC1+DC2)和RMPRIL(DC1+DC2+8way)作为遗传定位群体，结合55K高通量SNP基因型数据进行关联分析定位影响水稻抽穗期和株高的QTL。同时从源于全球89个国家和地区遗传变异丰富的3000份水稻种质资源中选取2412份种质材料（包括1386份籼稻和674份粳稻），结合40万SNP标记进行关联分析，并对MAGIC群体的定位结果进行验证。主要研究结果如下：
　　1.2015年和2016年分别在江西萍乡和广东深圳采集3个MAGIC群体的抽穗期和株高数据，结合Rice55K SNP芯片进行基因分型，利用关联分析方法检测到3个影响抽穗期的主效QTL（qHD3、qHD6和qHD8，分别位于第3、6和8号染色体上，且分别与已知抽穗期基因DTH3、Hd3a和Ghd8位于同一区域。检测到5个影响株高的QTL(qPH1.1、qPH1.2、qPH1.3、qPH4和qPH6)，其中qPH1.1和qPH.2位于已知基因Psd1和sd1附近，其余3个QTL为影响株高的新位点，但仅在1个群体和1个环境下检测到，株高QTL表达受遗传背景和环境影响大。不同MAGIC群体定位抽穗期和株高的效果不同，8亲本MAGIC群体8way及复合群体DC12和RMPRIL分别检测到5、5和6个抽穗期和株高QTL，明显多于4亲本群体DC1的2个和DC2的4个，而且作图的精度比2个4亲本群体更高，表现在定位到的QTL显著水平更高，定位的QTL与已知基因更接近，尤其是复合群体的联合分析(如DC12和RMPRIL)的作图优势更明显。因此，对定位到的QTL进一步克隆和将其应用到标记辅助育种，应选择更多个亲本构建的MAGIC群体。
　　2.2015年和2016年分别在海南三亚和广东深圳采集2412份种质资源材料抽穗期和株高数据，结合40万SNP基因型数据进行全基因组关联分析，共定位到13个抽穗期相关QTL，12个株高相关QTL，显著多于在1386份籼型和687份粳型亚群中的QTL数量;造成定位结果的差异一方面可能与不同亚群间抽穗期和株高基因调控途径不同有关，另一方面种质资源的样本数量发生变化以及群体结构的差异均可能影响定位结果。
　　3.在水稻MAGIC群体和种质资源中同时检测到3个影响抽穗期的主效QTL qHD3、qHD6和qHD8，分别位于第3、6和8号染色体上，与已知抽穗期基因DTH3、Hd3a和Ghd8分布在同一区域。位于第1号染色体影响株高的2个QTL qPH1.1和qPH1.2在不同群体中同时被检测到，分别与已知基因Psd1和sd1相邻，属不依赖遗传背景和环境独立表达的主效QTL。上述在不同群体和环境下稳定表达的位点是影响水稻抽穗期和株高的重要位点。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1．2 水稻抽穗期的遗传

1．1．3 水稻抽穗期基因定位与克隆

1．2 水稻株高的研究进展

1．2．1 水稻株高的遗传

1．2．2 水稻株高基因的定位

1．2．3 水稻株高基因的克隆

1．3 关联分析

1．3．1 关联分析的原理和优势

1．3．2 关联分析研究进展

1．3．3 关联分析存在的问题和展望

1．4 MAGIC群体研究进展

1．4．1 MAGIC群体起源和优势

1．4．2 MAGIC群体构建路线

1．4．3 MAGIC群体在植物中的研究和应用现状

1．5 本研究的目的与意义

第二章 水稻MAGIC群体抽穗期和株高关联分析

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 表型鉴定

2．1．3 SNP基因型分型

2．1．6 关联分析

2．2 结果与分析

2．2．1 亲本和MAGIC群体抽穗期和株高表现

2．2．2 抽穗期QTL的关联分析

2．2．3 株高QTL的关联分析

2．2．4 抽穗期和株高QTL定位的遗传背景效应

2．3 讨论

2．3．1 定位到QTL与前人结果的比较

2．3．2 不同亲本数衍生的MAGIC群体的定位效率

2．3．3 不依赖于遗传背景和环境稳定表达的主效QTL

2．4 小结

第三章 水稻种质资源抽穗期和株高的关联分析

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 表型鉴定

3．1．3 SNP基因型分型

3．1．4 数据分析

3．1．5 关联分析

3．2 结果与分析

3．2．1 种质资源抽穗期和株高表型性状分析

3．2．2 抽穗期QTL的关联分析

3．2．3 株高QTL的关联分析

3．3 讨论

3．3．1 定位到的QTL与前人结果的比较

3．3．2 不同亚群定位结果的比较

3．4 小结

第四章 全文总结

参考文献

致谢

作者简历