栽培稻芽期耐低温全基因组关联分析

摘要：

[目的]水稻是重要的粮食作物,芽期是水稻生长发育过程中最脆弱的时期,直播稻遭遇冷害时发芽率大幅降低,减产严重.深入了解耐冷性的遗传机制,为培育芽期强耐受性水稻品种奠定基础.[方法]以世界范围内14个国家代表性的238份水稻种质资源为试验材料,于2021和2022年在沈阳开展表型鉴定试验,统计不同水稻品种在人工气候培养箱15℃低温条件下第1—10天的发芽率和相对发芽率,利用R语言绘制5—10 d的频率直方图,通过表型丰富度Hill值选择宜作关联分析的天数,将发芽率和相对发芽率表型数据与重测序数据相结合,进行基于混合线性模型MLM(QK)的全基因组关联分析,并对所获得的SNP位点进行耐冷候选基因的预测.[结果]发芽率频数分布直方图和表型丰富度计算结果显示第8天发芽率多态性最好,其Hill值为0.84,高于其他几天发芽率(0.48—0.83),可用于全基因组关联分析;主成分分析结果显示,这些水稻品种可以分为indica、aus、temperate japonica、tropical japonica和aromatic 5个亚群;2个指标进行的GWAS分析检测到3个相同的显著性SNP位点,均位于第4染色体,解释表型的11.9％—25.4％;在上下游各50 kb进行基因搜索,共发现24个相关候选基因,进一步开展LD和单倍型分析,发现LOC_Os04g24840和LOC_Os04g25140的不同单倍型耐冷性之间存在极显著差异.LOC_Os04g24840被编码区SNP分为5个单倍型,且Hap_3的耐冷性显著强于Hap_1;LOC_Os04g25140被编码区SNP分为18个单倍型,且77 bp处的氨基酸变异(S>L)存在籼粳差异.结果表明,编码糖基转移酶的基因LOC_Os04g24840和编码F-box蛋白基因LOC_Os04g25140可能与水稻芽期耐冷性密切相关.[结论]在238份水稻种质资源中共检测到3个与芽期耐冷性显著关联的SNP位点,筛选出2个与水稻芽期耐冷性相关的候选基因.

关键词：水稻、芽期、耐冷性、发芽率、全基因组关联分析

所属期刊栏目：55

分类号：S511;Q943;S642.2

资助基金：国家自然科学基金;辽宁省自然科学基金面上项目;沈阳市中青年科技创新人才计划;沈阳师范大学百人计划拔尖人才项目;沈阳师范大学重大项目

在线出版日期：2023-01-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：4091-4103,中插1-中插7