基于高密度遗传图谱对水稻抗性淀粉QTL定位及分析

【作者】 王蕊； 张风琴； 于雪然； 李玲； 李培富； 马天利；

【机构】 宁夏大学农学院/宁夏优势特色作物现代分子育种重点实验室；

【摘要】 【研究背景】当前,肥胖、超重和营养不均衡导致的慢性病和糖尿病人数逐年增长。根据国际糖尿病联盟最新报告,2021年全球约5.37亿成年人(20～79岁)患糖尿病且人数在不断增加。中国患有糖尿病的人数已经达到约1.4亿,排名世界第一。开展功能型农产品的遗传育种工作,开发适合慢性病人的食物,越来越受到重视。抗性淀粉又称为抗消化淀粉,能够有效降低餐后的血糖浓度,同时增加饱腹感。因此,高抗性淀粉的稻米有益于改善人类健康并降低与饮食相关的慢性疾病风险。挖掘新的水稻籽粒抗性淀粉相关基因,对揭示水稻籽粒抗性淀粉合成的遗传机理有重要意义,同时可为选育高抗性淀粉水稻新品种提供新的基因资源。【材料与方法】本研究以宁夏本地高产粳稻品种宁粳28号和外引粳稻品种JTD,以及构建的126个F7重组自交系(RILs,recombination inbred lines)群体为研究材料,通过全基因组重测序技术构建了一张含有1,856个Bin标记的遗传连锁图谱。该图谱全长1973.86 cM,标记间平均遗传距离为1.06 cM。采用CIM区间作图法对水稻群体的抗性淀粉性状进行QTL定位,检测到1个控制抗性淀粉的QTL,位于第7号染色体上,LOD值为4.2,贡献率为9.7%。深入分析获得候选基因Os07g0444000(预测为水稻葡萄糖神经酰胺酶)和Os07g0443500(含有MYB结构域的DNA结合蛋白)。【结果与分析】经检测,双亲(宁粳28号和JTD)在抗性淀粉含量上存在显著差异。母本宁粳28号抗性淀粉含量较低,仅为0.5%,父本JTD抗性淀粉含量较高,为1.75%。基于双亲和126个RIL群体的双端测序结果,最终以1,856个Bin标记构建遗传图谱,总图距为1973.86 cM,整个染色体组的标记平均间距为1.06 cM。以构建的水稻高密度遗传连锁图谱为基础,通过CIM区间作图法对水稻F7群体的抗性淀粉性状进行QTL定位。结果显示,当LOD阈值为4.2时,在水稻第7号染色体上检测到一个间距0.397 cM的水稻抗性淀粉性状相关QTL位点,命名为q RS-7,遗传位置为52.99～53.38 cM,贡献率9.7%,呈现加性效应,对候选区域进行基因功能注释,获得两个候选基因Os07g0444000和Os07g0443500。基因功能富集分析结果表明,Os07g0444000富集在葡萄糖神经酰胺代谢通路上,该基因定位在细胞膜上,预测可能参与水稻葡萄糖神经酰胺分解相关途径。利用实时荧光定量qPCR检测了候选基因在双亲灌浆中期两个时间点(10 d和16 d)的m RNA表达情况。结果表明在灌浆16 d时,Os07g0443500在父本JTD中的表达量显著高于母本宁粳28号。由此推测这两个候选基因可能参与水稻籽粒灌浆过程中抗性淀粉的形成。【结论】这些结果表明,这两个候选基因都可能都参与了水稻灌浆过程中高抗性淀粉的形成。通过对农艺性状的综合分析,从RILs群体中获得了3个高抗性淀粉含量较高、其他农艺性状性能更好的科系(201941、201950和201956)。因此,本研究通过挖掘水稻籽粒抗性淀粉QTL位点和相关基因为选育高抗性淀粉水稻新品种提供新的基因资源。更多还原