基于MAGIC群体的水稻农艺和品质若干性状全基因组关联分析

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水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,养育着全世界半数以上的人口。水稻的许多重要农艺性状和品质性状如:抽穗期、产量、粒形和垩白等是由多基因控制的复杂数量性状,受环境的影响。发掘这些农艺性状和稻米外观性状的QTL位点及其关联标记,筛选携带大量优异等位基因的重要种质,通过分子标记辅助选择(Marker-assisted selective,MAS)的方法选育高产、优质品种,是提升水稻产量和品质最为经济、有效的方法。
  本研究以八亲本高代互交系(Multi-parent Advanced Generation Inter-Crosses population,MAGIC)群体和8个亲本为材料,分别于2017和2018年连续两年种植于湖南长沙,开展播抽历期、产量性状和稻米外观品质的表型调查,基于基因分型技术(genotyping by sequencing , GBS )进行全基因组关联分析(Genome-wide association analysis,GWAS)发掘影响水稻播抽历期、产量性状(单株有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量)和稻米外观品质(粒长、粒宽、长宽比、垩白粒率和垩白度)等性状QTL(Quantitative trait loci,QTL)。主要研究结果如下:
  1.本研究两年共计检测到6个控制播抽历期的QTL,分别位于第2、3、6、7、8和12号染色体上,两年均定位到四个QTL(qHD3、qHD6、qHD7、qHD8)分别覆盖已克隆基因OscpSRP43、HGW、GHD7.1、DTH8,另外两个与水稻播抽历期显著关联的QTL(qHD2、qHD12)可能为新位点。两年共计检测到控制产量性状的QTL20个,控制单株有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量的位点分别为3、4、3、5、5个。其中11个QTL附近已克隆控制产量性状相关基因,另外9个QTL(qNTP7、qNTP9、qGNP1.2、qSR9、qGW7、qYD1.2、qYD7、qYD11、qYD12)可能为新位点。与单穗粒数显著关联的位点qNTP9,位于9号染色体的12M-14Mb区域,在两年均被检测到,说明该位点受环境影响较小,可用于进一步的精细定位和基因克隆。
  2.两年共计检测到16个与稻米外观品质相关的QTL,控制粒长、粒宽、长宽比、垩白度和垩白粒率的位点分别为3、3、2、4和4个。其中8个QTL附近已有控制稻米外观品质相关性状的基因,另外8个QTL(qGL3.2、qDEC1、qDEC2、qDEC4、qDEC7、qPGWC1、qPGWC2和qPGWC7)可能为新位点。与粒长显著关联的位点qGL3.2,与垩白度显著关联的位点qDEC1、qDEC2在两年均被检测到,说明这些位点受环境影响较小,可用于进一步的精细定位和基因克隆。
  3.根据本试验关联分析结果,结合试验表型数据和SNP基因型筛选到5个播抽历期和产量性状双基因聚合株系,分别是GID4170482、GID4172993、GID4173982、GID4173992和GID4171060;3个稻米品质优良株系,分别是GID4171776、GID4172677和GID4172985;3个高产且垩白度低的优良株系,分别是GID4173717、GID4170433和GID4172349,这些优良株系可用于将来的水稻高产和品质育种。
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