粳稻分蘖数全基因组关联分析及候选基因的挖掘

作     者：张继峰 刘华东 王敬国 刘化龙 孙健 杨洛淼 贾琰 吴文申 郑洪亮 邹德堂 ZHANG JiFeng;LIU HuaDong;WANG JingGuo;LIU HuaLong;SUN Jian;YANG LuoMiao;JIA Yan;WU WenShen;ZHENG HongLiang;ZOU DeTang

作者机构：东北农业大学寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室 

出 版 物：《中国农业科学》 (Scientia Agricultura Sinica)

年 卷 期：2020年第53卷第16期

页      面：3205-3213页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFD0100503) 黑龙江省科学基金(C2016018) “东农”学者计划青年才俊项目(17QC02) 黑龙江自然科学基金联合引导项目(LH2019C035) 

主　　题：粳稻 分蘖数 全基因组关联分析 单倍型分析 候选基因 

摘      要：【目的】利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)检测与粳稻分蘖数显著相关的SNP位点,筛选影响分蘖数的候选基因,为分子辅助育种提高产量提供理论基础。【方法】利用295份来自世界各地的粳稻品种,于2018和2019年分蘖盛期调查水稻分蘖数,结合高通量重测序获得的788 396个高质量多态性SNP,利用TASSEL 5.0软件的MLM模型进行全基因组关联分析,对GEC软件计算的有效独立SNP数目进行阈值确定,判定SNP标记与目标性状关联的显著性。根据2年检测到的峰值SNP和水稻每条染色体LD衰减距离,确定2年共定位分蘖数主效QTL,并进一步提取QTL区间内所有基因外显子区非同义突变SNP和启动子区SNP进行单倍型分析,结合基因注释筛选影响粳稻分蘖数候选基因。【结果】295份粳稻品种的分蘖数在2018和2019年总趋势基本一致,并且均具有较大的表型分布。通过全基因组关联分析,在P5.46×10-6阈值条件下,从第8、9和10染色体上共鉴定3个与粳稻分蘖数相关的QTL(qTiller8、qTiller9和qTiller10),其中,在2年中均检测到qTiller9,在2018和2019年的表型贡献率分别为11.86%和10.61%,而qTiller8和qTiller10仅在2018年被检测到,表型贡献率分别为9.36%和9.10%。对qTiller9区间内的全部15个基因进行单倍型分析,结果表明,在qTiller9区间内共有6个基因(LOCs09g25090、LOCs09g25100、LOCs09g25150、LOCs09g25190、LOCs09g25200和LOCs09g25220)的不同单倍型分蘖数之间存在极显著差异,LOCs09g25090被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2(TAA)分蘖数极显著大于hap1(AGG);LOCs09g25100被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(GAGA)分蘖数极显著大于hap1(AGCC);LOCs09g25150被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(ATG)分蘖数极显著大于hap1(GCC);LOCs09g25190被启动子区SNP分为2种单倍型,hap2(GCATCGCATCGACGCCGA)分蘖数极显著大于hap1(ATGCTGATGAAGTCATCC);LOCs09g25200被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap2(TAG)分蘖数极显著大于hap1(AGA);LOCs09g25220被非同义突变SNP分为2种单倍型,hap1(GG)分蘖数极其显著大于hap2(AA)。结合基因注释发现,LOCs09g25090和LOCs09g25100均预测编码钙调蛋白依赖性蛋白激酶,是脱落酸(ABA)表达所必需Ca2+的传感器,推测LOCs09g25090和LOCs09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。【结论】筛选出LOCs09g25090和LOCs09g25100为影响粳稻分蘖数的候选基因。