利用高密度Bin图谱定位水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL

【作者】 赵凌； 魏晓东； 梁文化； 赵春芳； 周丽慧； 姚姝； 王才林； 张亚东；

【机构】 江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心；

【摘要】 【研究背景】水稻是世界上最重要的三大粮食作物之一,其产量主要来自于叶片的光合作用。水稻抽穗期剑叶的叶绿素含量在光合作用中起着积极的作用,改善剑叶的叶绿素含量是提高水稻生物量和籽粒产量的有效途径。近年来报导了苗期、分蘖期、齐穗期等时期以及不同氮素供应、干旱、高温等各种条件下水稻叶绿素含量等相关性状的QTL定位结果,克隆了一些相关基因。但是现有研究结果还不能完全解释水稻叶绿素相关性状的遗传及变异,其分子机理还需要更加深入的研究。基于连续SNP标记的Bin图谱是新一代遗传图谱,通过高通量测序进行,自动化程度高、构建时间短、精确度高,可以直接进行QTL定位后续的候选筛选和分子标记开发,在复杂性状研究中有非常高的应用前景。【材料与方法】利用抽穗期剑叶叶绿素含量存在显著差异的籼稻Kasalath和特大粒粳稻TD70衍生的重组自交系(186个系)为作图群体进行全基因组重测序、SNP分析和Bin map图谱构建。使用叶绿素仪分别两年于抽穗期测量群体及亲本的剑叶叶绿素含量。每份材料随机调查3个植株,每个单株选择位置一致3张剑叶测量不同位置5个点,以3张叶片SPAD值的平均数作为株系的叶绿素含量值。利用QTL IciMapping3.4软件采用完备区间作图法在全基因组范围内进行扫描,以LOD2.5作为阈值检测叶绿素含量QTL的存在。【结果与分析】两年群体的剑叶叶绿素均呈连续性正态分布,表现出数量性状的遗传特点。通过对亲本及RIL群体简化基因组测序,构建了包含12328个Bin标记的高密度遗传图谱。两年共检测到19个控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的QTL位点,其中q CHL2-1和q CHL5-1两年均检测到,表现出较强的稳定性。物理位置比对发现其中10个QTL与前人定位的水稻叶绿素含量相关位点或基因位于相同或邻近区域。第2染色体上的qCHL2-1定位在7.63Mb左右,LOD值为14.08和7.93,来自于Kasalath的等位基因可使剑叶叶绿素含量SPAD值降低1.24-1.81。qCHL5-1位于第5染色体上的23.44Mb左右,两年LOD值分别为4.31和3.76,可解释3.57-4.82%表型变异,来自于TD70的等位基因可使剑叶叶绿素含量的SPAD值升高。详细分析发现在q CHL2-1和q CHL5-1的染色体区间内找到2个与剑叶叶绿素含量相关的注释基因,这2个基因在两亲本间均存在差异,可作为水稻抽穗期剑叶叶色的候选基因进一步研究。【结论】利用Kasalath/TD70的RIL群体构建高密度Bin图谱,两年共检测到19个控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的QTL,其中10个QTL与前人定位的水稻叶绿素含量相关位点/基因位置相同或邻近。两年重复鉴定到的qCHL2-1和qCHL5-1区间内找到2个与剑叶叶绿素含量相关的注释基因,可作为候选基因进一步研究。更多还原