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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。


SNP 亲本抽穗期表型V 子代抽穗期表型TC
Hap.A Hap.B Hap.C Hap.D Hap.E Hap.F Hap.G Hap.H Hap.I Hap.J Hap.K Hap.L Hap.M Hap.N Hap.O Hap.P Hap.Q
chr09_8039256 CC CC TT TT TT TT TT TT CC CC CT CT CT CT CT CT CT
chr09_8039344 GG GG AA AA GG GG GG GG GG GG AG AG GG GG GG GG GG
chr09_8039349 CC CC AA AA AA AA AA AA CC CC AC AC AC AC AC AC CC
chr09_8039459 CC CC CC CC AA AA AA CC CC CC CC CC AC AC AC CC CC
chr09_8039498 AA AA TT TT TT TT TT TT AA AA AT AT AT AT AT AT AA
chr09_8039637 CC CC GG GG GG GG GG GG CC CC CG CG CG CG CG CG CG
chr09_8040762 AA AA GG GG GG GG GG GG AA AA AG AG AG AG AG AG AG
chr09_8040844 CC CC GG GG GG GG GG GG CC CC CG CG CG CG CG CG CC
chr09_8041219 CC CC GG GG GG GG GG GG CC CC CG CG CG CG CG CG CC
chr09_8041764 TT TT AA AA AA AA AA AA TT TT AT AT AT AT AT AT TT
chr09_8042022 CC CC TT TT CC CC CC CC CC CC CT CT CC CC CC CC CC
chr09_8042255 AA AA AA GG GG GG GG GG AA AA AA AG AG AG AG AG AA
chr09_8042778 AA AA GG GG GG GG GG GG AA AA AG AG AG AG AG AG AA
chr09_8042789 TT TT CC CC TT TT TT TT TT TT CT CT TT TT TT TT TT
chr09_8043742 TT TT GG GG GG GG GG GG TT TT GT GT GT GT GT GT TT
chr09_8043997 GG GG GG GG AA AA GG GG GG GG GG GG AG AG GG GG GG
chr09_8044399 GG GG CC CC CC CC CC CC GG GG CG CG CG CG CG CG GG
chr09_8044407 TT TT CC CC CC CC CC CC TT TT CT CT CT CT CT CT TT
chr09_8044747 AA AA GG GG GG GG GG GG AA AA AG AG AG AG AG AG AA
chr09_8044939 CC CC TT TT CC CC CC TT CC CC CT CT CC CC CC CT CC
chr09_8044997 TT TT CC CC TT TT TT TT TT TT CT CT TT TT TT TT TT
chr09_8045096 CC CC TT TT CC TT TT TT CC CC CT CT CC CT CT CT CC
chr09_8045337 AA AA CC CC CC CC CC CC AA AA AC AC AC AC AC AC AA
chr09_8045404 TT TT CC CC CC CC CC CC TT TT CT CT CT CT CT CT TT
chr09_8045607 TT TT CC CC CC CC CC CC TT TT CT CT CT CT CT CT CT
chr09_8045608 GG GG AA AA AA AA AA AA GG GG AG AG AG AG AG AG GG
chr09_8045752 TT TT TT TT GG GG GG TT TT TT TT TT GT GT GT TT TT
chr09_8045837 GG GG AA AA AA AA AA AA GG GG AG AG AG AG AG AG GG
chr09_8045891 CC CC CC CC TT TT TT CC CC CC CC CC CT CT CT CC CC
chr09_8046082 AA AA GG GG GG GG GG GG AA AA AG AG AG AG AG AG AG
chr09_8046222 GG GG AA AA AA AA AA AA GG GG AG AG AG AG AG AG GG
chr09_8046390 TT TT AA AA TT TT TT TT TT TT AT AT TT TT TT TT TT
chr09_8046463 AA AA AA AA GG GG GG AA AA AA AA AA AG AG AG AA AA
chr09_8046722 AA GG GG GG GG GG GG GG AA AG AG AG AG AG AG AG AA
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附表4 抽穗期基因SDG724的单倍型分析
正文中引用本图/表的段落
根据基因SDG724编码区序列中的SNP位点, 构建单倍型。在V和TC中分别找到了8种和9种单倍型(表1、附表4和附表5)。抽穗期为Ghd7基因编码区序列中的SNP位点构建单倍型, 分别在V和TC中检测到3种、6种单倍型(表1和附表6)。Hd17编码区序列中的SNP位点构建单倍型, 在V和TC中分别找到了6种和11种单倍型(表1和附表7)。亲本中, 这3个基因对应单倍型株系大于5的最优单倍型, 产量均值约为30 g, 抽穗期约为93 d。我们发现, SDG724、Ghd7Hd17基因亲本单倍型对应的测交子代抽穗期与母本差异小(均值差异小于1 d), 但产量显著高于父本。
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