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
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。
数据集
Dataset | 单倍型
Haplotype | 抽穗期
hd (mean±sd, d) | 产量
yield (mean±sd, g) | 数量
Count | | V | Hap.A | 93.07±7.06 | 29.67±11.01 | 48 | | Hap.B | 80.5±NA | 47.21±NA | 1 | | Hap.C | 98±9.19 | 29.51±11.45 | 2 | | Hap.D | 89.26±8.49 | 27.93±8.99 | 37 | | Hap.E | 92.5±NA | 18.36±NA | 1 | | Hap.F | 93.62±5.12 | 28.59±10.24 | 17 | | Hap.G | 85.25±15.91 | 37.25±20 | 2 | | Hap.H | 89.12±4.46 | 37.07±20.21 | 4 | | TC | Hap.I | 92.81±6.98 | 42.72±14.07 | 224 | | Hap.J | 87.7±10.37 | 33.4±4.38 | 5 | | Hap.K | 88.15±16.29 | 36.11±10.99 | 10 | | Hap.L | 91.76±9.51 | 41.83±12.97 | 158 | | Hap.M | 95.9±4.16 | 56.53±17.87 | 5 | | Hap.N | 90.38±10.54 | 39.53±13.1 | 74 | | Hap.O | 94.31±5.5 | 58.29±21.91 | 8 | | Hap.P | 86.94±9.7 | 33.4±14.23 | 17 | | Hap.Q | 98.5±3.67 | 43.86±17.47 | 5 |
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附表5
抽穗期基因SDG724的单倍型对应的抽穗期和产量表型
正文中引用本图/表的段落
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。
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、Ghd7和Hd17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。
本文的其它图/表
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