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基于NCII遗传交配设计的籼稻抽穗期全基因组关联分析
徐凯, 郑兴飞, 张红燕, 胡中立, 宁子岚, 李兰芝
作物学报    2023, 49 (1): 86-96.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.12079
摘要   (690 HTML28 PDF(pc) (5448KB)(232)  

抽穗期受光温资源和基因网络的共同调控, 影响作物产量和品种的地域适应性, 通过关联分析鉴定与抽穗期性状相关的显著位点和基因, 对解析抽穗期的遗传基础具有重要意义。本研究按照双因素交叉式遗传设计(North Carolina design II, NCII)将115份籼稻品种作为父本, 5份不育系作为母本, 进行测交, 得到了575个F1代的测交群体。对亲本和F1代抽穗期的表型值、亲本品种群体的一般配合力、F1代群体的特殊配合力和超亲优势值进行全基因组关联分析, (1) 共定位到104个关联位点, 分布在12条染色体上。其中, 第4条染色体上检测到的显著位点最多, 为16个。在亲本的抽穗期表型、一般配合力、F1代的抽穗期表型、特殊配合力、超亲优势值5个数据集中分别检测到6、5、15、57和21个。对这5个数据集中的显著关联位点进行表型变异分析, 发现在亲本抽穗期表型、一般配合力、F1代抽穗期表型、特殊配合力和超亲优势值这5个数据集中的显著关联位点对表型变异的总贡献率(phenotypic variation explained, PVE)分别为79.57%、10.51%、33.35%、56.42%和54.86%。其中, 25个位点在多个数据集中被检测到, 可能为抽穗期相关的热点区域。(2) 通过关联分析得到的显著位点与日本晴参考基因组注释信息比对, 共检测到5个已克隆抽穗期基因, 其中3个基因与显著关联位点的基因组距离小于200 kb, 对这3个基因中的单倍型组合与单个基因的优异单倍型进行比较发现, 亲本品种群体中单倍型组合SDG724 (Hap.A)_Hd17 (Hap. E)_Ghd7 (Hap. A)的对应的水稻单株籽粒产量较高, 抽穗期较长, 该组合中各基因的单倍型对应于单个克隆基因的优异单倍型, 表明优异单倍型的聚合的常规稻, 具有更高的产量和更长的抽穗期。测交子代未见此情形, 测交子代群体中SDG724 (Hap. I)_Hd17 (Hap. K)_Ghd7 (Hap. I)的单倍型组合形式的水稻有适中的抽穗期和较高的产量, 说明测交子代的抽穗期遗传机制较父本(常规水稻品种)复杂。全基因组关联分析和单倍型分析相结合, 能利用到多个SNP提供的连锁不平衡信息, 提高了基因检测效率, 对培育高产的水稻品种具有重要的指导意义。



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附图1 亲本种群和测交种群的PCA图
a、b、c为亲本群体的2D-PCA图,d为3D-PCA图;e、f、g为测交群体的2D-PCA图,h为3D-PCA图.
正文中引用本图/表的段落
对抽穗期V和TC数据作表型分析, 从图1中可以看出, 水稻抽穗期在V和TC之间近乎相同, 大都分布在80~100 d之间, 变异幅度为20 d; 我们按照箱线图中异常值的计算方式, 判断出水稻抽穗期的异常值为抽穗期天数小于70 d或大于114 d。对这些异常值结合抽穗期的表型与对应品种的单株籽粒产量进行比对校验及通过一些文献查询核实, 筛选掉异常值后进行后续分析, 以保证结果有较高的可靠性。
从图2-b中可看出, 亲本群体交叉验证误差在K = 5时最低, 而从图2-d中看到, 测交群体交叉验证误差值随着K值的上升一直在下降, K值的取值范围在2~10内无法确定最佳分群数, 但由于K = 4之后交叉验证误差值下降到了0.3, 误差影响已经不大。由亲本与子代的主成分分析(principal components analysis, PCA)图(附图1)可知, 亲本的群体和测交群体中存在群体结构, 如测交群体明显分为3个部分, 因此在对测交群体进行GWAS分析时, 也应该注意群体结构的影响。
附表和附图 请见网络版: 1) 本刊网站 http://zwxb.chinacrops.org/; 2) 中国知网 http://www.cnki.net/; 3) 万方数据 http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical-zuowxb.aspx
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