论文部分内容阅读
水稻粒形是重要的产量性状和品质性状,其评价指标主要包括粒长、粒宽、粒重和长宽比等。利用全基因组关联分析（Genome-wide association study,GWAS）的方法,挖掘水稻粒形性状优异基因资源并进行功能研究,有助于更好的了解调控水稻粒形的分子机制,进一步改良、利用优异水稻品种资源。本研究选择161份水稻籼稻品种构成的自然群体为试验材料。材料的粒长、粒宽、粒重及长宽比四个粒形性状表型统计及相关性分析显示,该群体存在丰富的遗传变异,粒形性状是受多基因控制的典型的数量性状,能够采用GWAS方法对该水稻自然群体进行基因定位分析。结合测序结果在全基因组范围内共筛选了16352个高质量SNP位点,所有SNP位点在水稻12条染色体上的分布数量不同。多态性信息含量值（Polymorphic information content,PIC）表明筛选的SNP标记多态性较为丰富,能够进行覆盖水稻全基因组的GWAS分析。对161份材料的SNP数据计算得到遗传距离并进行群体结构和亲缘关系分析,按照遗传距离远近可以将161份材料分为A、B两大类,B类材料可划分成I、II亚类;亲缘关系值及亲缘关系的频次分布结果显示群体材料间亲缘关系较远,适合进行GWAS分析。利用TASSEL软件对四个粒形性状进行关联分析,以-log10（p）>4为筛选阈值,确定了38个显著关联的位点。以显著性位点上下游各100 kb范围为候选区间,筛选到多个与粒形相关的候选基因/QTLs。部分标记位点对不同的粒形性状表现出的不同的相关性,这可能是由基因的紧密连锁或是一因多效性引起的。在显著性位点的候选区间共关联到的92个已知基因/QTLs,其中有6个与粒形调控相关包括:qKw5、qGL9、GS3、GL3.1、TGW6和GW6a。在第1染色体的chr0112869918位点的候选区间内鉴定到候选基因LOCOs01g22920,被认为是与赤霉素调控相关。同时,对161份籼稻品种的SNP位点进行全基因组核苷酸多样性分析,在第3染色体窗口内的基因LOCOs03g30420受到驯化选择,该基因参与合成细胞色素P450,可能与水稻籽粒长度调控相关。后续实验可以对两个基因重点关注并进行进一步的功能挖掘。根据关联分析结果以及前人的研究报道,结合3K资源库及Halpoview软件对候选基因中关联程度较高的GS3和TGW6进行单倍型分析,并根据差异筛选优势单倍型GH4和TH1。同时,分别构建用于转基因功能验证的过表达载体和敲除载体验证基因功能。以上结果得出结论,本实验的水稻籼稻自然群体材料适合进行GWAS分析,利用GWAS的方法可以快速挖掘与粒形性状相关的候选基因,基于关联分析的结果有利于进一步挖掘、鉴定优异水稻粒形基因资源。