利用关联分析发掘水稻制种性状对GA3和BR反应敏感的有利等位变异

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxj198711
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水稻是世界上最重要的粮食作物之一。全球水稻年种植面积1.5亿hm2。我国水稻栽培面积0.3亿hm2,其中50%种植杂交水稻,每年需制种15万hm2左右。杂交水稻在制种过程中,为提高异交结实率,往往需要喷施激素和割叶。大量喷施激素,既增加成本高,又造成环境污染,而且还加重了稻粒黑粉病的发生。割叶既增加劳动力又耗费时间,还对植株造成损伤。因此筛选出对激素高敏感性的种质资源,是解决上述问题的关键,从而为改良制种性状奠定基础,最终实现杂交制种全程机械化。本研究针对上述问题,选取了506个常规水稻品种作为自然群体,于2016年和2017年种植于南京农业大学江浦试验站,在水稻幼穗分化第三期进行激素处理,待植株成熟后分别调查每个品种4个性状(株高、穗抽出长度、剑叶角度、剑叶长度)的外源赤霉素(Gibberellic Acid3,GA3)和油菜素内酯(Brassionsteroids,BR)敏感性;利用262对SSR标记对这些水稻品种的基因组变异进行扫描,分析该自然群体的遗传多样性、群体结构和连锁不平衡水平,并使用TASSEL软件中的混合线性模型检测了SSR标记与上述4个性状对激素敏感性的关联,发掘了4个性状对外源激素高度敏感的优异等位变异。获得的主要结果分述如下。
  1.自然群体中4个性状对外源激素敏感程度存在广泛变异。506个水稻品种经外源GA3和BR处理后,与喷水对照相比,所调查4个性状的群体平均值都增大了。其中剑叶角度变化的幅度最为明显,2016年和2017年剑叶角度对GA3敏感性指标敏感指数分别为119.83%和121.09%,剑叶角度对BR敏感性指标敏感指数分别为61.18%和61.46%。
  2.群体遗传变异丰富,且存在亚群分化。262对SSR引物扩增506个品种,共检测到2711个等位变异,每个SSR位点上平均有10.35个等住变异,变异幅度为2(RM437_Chr5)-25(RM7545_Chr10);平均基因多样性是0.7329,平均多态性信息含量是0.7046。整个群体由7个亚群组成,并命名为SP1-SP7。对7个亚群的LD水平分析后发现,SP1-SP7的LD的衰减距离分别为27.75cM,17.57cM,19.23cM,44.22cM,34.06cM,58.08cM和30.36cM。从中可以看出,7个亚群均存在显著的LD,且不同的亚群间的LD衰减速度存在差异。其中,SP2的LD衰减最快,SP6的LD衰减最慢。
  3.检测到9个SSR分子标记位点与穗抽出长度对GA3敏感性显著关联(P<0.01)。这9个关联标记位点分别是位于第1染色体上的RM259,位于第1染色体上的RM8095,位于第3染色体上的RM489,位于第4染色体上的RM335,位于第6染色体上的RM437,位于第6染色体上的RM528,位于第6染色体上的RM136,,位于第10染色体上的RM258和位于第12染色体上的RM1246。共发掘了32个增效的优异等位变异:RM259-180,RM259-200,RM8095-105,RM8095-115,RM8095-125,RM8095-290,RM489-115,RM489-125,RM489-140,RM489-165,RM489-170,RM489-175,RM489-230,RM335-105,RM335-120,RM335-140,RM335-150,RM437-175,RM528-135,RM528-175,RM136-85,RM136-100,RM136-125,RM136-130,RM136-155,RM136-185,RM136-195,RM258-130,RM258-135,RM1246-145,RM1246-160,RM1246-165;其相应的14个典型材料为:C418,越2,寸谷,小白稻,小白野稻,矮大种,红脚占,农香25,通粳109,越104,东农粳424,一粒芒,晚慢稻,柏树青。预测了5个改良穗抽出长度对GA3敏感性的优异亲本组合:寸谷×越2(7.4cm)、小白稻×越2(7.3cm)、越2×农香25(6.7cm)、越2×越104(6.7cm)和小白稻×农香25(5.0cm)。
  检测到10个SSR分子标记位点与穗抽出长度对BR敏感性显著关联(P<0.01)。这10个关联标记位点分别是位于第1染色体上的RM259,位于第1染色体上的RM3482,位于第5染色体上的RM480,位于第6染色体上的RM437,位于第6染色体上的RM528,位于第6染色体上的RM6811,位于第6染色体上的RM136,位于第7染色体上的RM3589,位于第12染色体上的RM5746和位于第12染色体上的RM1246。共发掘了40个增效的优异等位变异:RM259-150,RM259-155,RM259-165,RM3482-95,RM3482-100,RM3482-105,RM3482-145,RM3482-150,RM480-175,RM480-190,RM480-195,RM480-215,RM480-225,RM437-175,RM528-170,RM528-175,RM6811-140,RM6811-145,RM6811-150,RM6811-155,RM6811-200,RM136-85,RM136-95,RM136-100,RM136-125,RM136-185,RM136-195,RM3589-90,RM3589-115,RM3589-200,RM3589-210,RM5746-160,RM5746-165,RM5746-170,RM5746-180,RM5746-195,RM1246-195,RM1246-120,RM1246-160,RM1246-165,RM1246-170;其相应的12个典型材料为:双城糯,江阴种,越23,红脚占,高粱青,东农粳424,越78,小白稻,小白野稻,越116,小慢稻,宁粳恢338。预测了5个改良穗抽出长度对BR敏感性的优异亲本组合:红脚占×越23(7.6cm)、双城糯×红脚占(7.1cm)、红脚占×越78(6.4cm)、小白野稻×城糯(6.4cm)和小慢稻×双城糯(5.8cm)。
  检测到6个SSR分子标记位点与剑叶角度对GA3敏感性显著关联(P<0.01)。这6个关联标记位点分别是位于第2染色体上的RM106,位于第7染色体上的RM1306,位于第10染色体上的RM311,位于第11染色体上的RM286,位于第11染色体上的RM6327和位于第12染色体上的RM20。共发掘了26个增效的优异等位变异:RM106-260,RM106-280,RM106-285,RM1306-80,RM1306-85,RM1306-110,RM1306-120,RM1306-130,RM1306-210,RM311-120,RM311-145,RM311-155,RM311-175,RM311-180,RM286-100,RM286-115,RM286-120,RM286-160,RM6327-120,RM6327-185,RM6327-200,RM6327-230,RM20-110,RM20-165,RM20-180,RM20-200;其相应的13个典型材料为:垦粘2号,龙粳15,彩,帽子头,农香21,越43,越73,中花3号,江丰4号,中粳212,越19,粗营晚洋稻,垦稻18。预测了5个改良穗剑叶角度对GA3敏感性的优异亲本组合:帽子头×农香21(91.6°)、龙粳15农香21(81.4°)、越19×农香21(75.3°)、粗营晚洋稻×帽子头(68.6°)和粗营晚洋稻×中花3号(66.7°)。
  检测到5个SSR分子标记位点与剑叶角度对BR敏感性显著关联(P<0.01)。这5个关联标记位点分别是位于第2染色体上的RM300,位于第3染色体上的RM5639,位于第9染色体上的RM8206,位于第11染色体上的RM21和位于第11染色体上的RM206。共发掘了16个增效的优异等位变异:RM300-110,RM300-135,RM5639-105,RM5639-125,RM5639-125,RM8206-300,RM8206-310,RM21-135,RM21-145,RM21-150,RM21-160,RM206-165,RM206-185,RM206-200,RM206-225,RM206-245;其相应的10个典型材料为:香粳9407,陈家种,掼刹糯,小白野稻,野凤凰,果子糯,盛塘青,越78,垦稻20,科加6号。预测了5个改良剑叶角度对BR敏感性的优异亲本组合:果子糯×盛塘青(61.5°)、小白野稻×盛塘青(60.8°)、小白野稻×香粳9407(52°),盛塘青×香粳9407(49.9°)和果子糯×香粳9407(43.9°)。
  检测到8个SSR分子标记住点与剑叶长度对GA3敏感性显著关联(P<0.01)。这8个关联标记位点分别是位于第1染色体上的RM3482,位于第3染色体上的RM197,位于第4染色体上的RM4835,位于第4染色体上的RM348,位于第5染色体上的RM3170,位于第10染色体上的RM258,位于第11染色体上的RM457和位于第12染色体上的RM12。共发掘了18个减效的优异等位变异:RM3482-90,RM3482-95,RM3482-100,RM3482-105,RM7197-160,RM7197-170,RM4835-120,RM348-145,RM3170-155,RM3170-165,RM3170-170,RM3170-180,RM258-135,RM258-140,RM457-135,RM457-185,RM457-285,RM12-155;其相应的13个典型材料为三百粒头,科加6号,苏御糯,毫补卡,中粳438,扬稻6号,晏红稻,牡丹江27,补血糯,泗好4364,加农糯2号,神乐糯,小青芒。预测了5个改良剑叶长度对GA3敏感性的优异亲本组合:三百粒头×扬稻6号(-15.1cm)、三百粒头×中粳438(-14.5cm)、扬稻6号×加农糯2号(-13.7cm)、中粳438×扬稻6号(-10.6cm)和三百粒头×加农糯2号(-9.8cm)。
  检测到9个SSR分子标记位点与剑叶长度对BR敏感性显著关联(P<0.01)。这9个关联标记位点分别是位于第2染色体上的RM301,位于第2染色体上的RM262,位于第4染色体上的RM3471,位于第4染色体上的RM317,位于第5染色体上的RM188,位于第5染色体上的RM3170,位于第7染色体上的RM2530,位于第11染色体上的RM21和位于第11染色体上的RM7391。共发掘了34个减效的优异等住变异:RM301-140,RM301-145,RM301-170,RM262-135,RM3471-105,RM3471-130,RM3471-140,RM3471-150,RM3471-160,RM3471-185,RM317-150,RM317-155,RM188-210,RM188-215,RM188-220,RM188-220,RM188-235,RM3170-140,RM3170-165,RM3170-170,RM3170-175,RM2530-150,RM2530-155,RM2530-170,RM2530-175,RM2530-190,RM7391-190,RM7391-200,RM7391-295,RM7391-305,RM7391-365,RM21-135,RM21-140,RM21-150;其相应的20个典型材料为:再进粳,武育粳3号,盐粳8号,越68,聚子光,宁恢粳293,蟹皮黄,盛塘青,苏梗4号,南粳42,黑种,泗好4364,抱芯太湖青,泗好4161,处暑黄,湘晚籼17,早糯稻,早黑头红,阳光200,淮稻11号。预测了5个改良剑叶长度对BR敏感性的优异亲本组合:盐粳8号×盛塘青(-19.5cm)、淮稻11号×盛塘青(-19.5cm)、盐粳8号×武育粳3号(-17.1cm)、淮稻11号×盐粳8号(-13.7cm)和盛塘青×武育粳3号(-8.7cm)。
  检测到6个SSR分子标记位点与株高对GA3敏感性显著关联(P<0.01)。这6个关联标记住点分别是位于第2染色体上的RM7598,位于第5染色体上的RM153,位于第8染色体上RM25,位于第9染色体上的RM524,位于第9染色体上的RM1013和位于第12染色体上的RM3331。共发掘了18个增效的优异等位变异:RM7598-85,RM7598-90,RM7598-95,RM7598-115,RM153-200,RM153-285,RM524-170,RM524-175,,RM524-190,,RM524-200,,RM25-120,RM25-140,RM25-145,RM25-155,RM1013-130,RM1013-130,RM1013-145,RM1013-150,RM1013-150,RM3331-135;;其相应的13个典型材料:龙粳18,吴糯一号,越6,越88,越43,越44,龙稻5号,黑粳8号,垦稻13,越20,松粳11,龙沟种,越53。预测了5个改良株高对GA3敏感性的优异亲本组合:龙粳18×黑粳8号(43.4cm)、黑粳8号×越20(37.9cm)、黑粳8号×垦稻13(36.4cm)、龙稻5号×越20(36.2cm)和龙稻5号×垦稻13(33.6cm)。
  检测到7个SSR分子标记位点与株高对BR敏感性显著关联(P<0.01)。这7个关联标记位点分别是位于第6染色体上的RM3187.位于第9染色体上的RM8026,位于第11染色体上的RM206,位于第11染色体上的RM3701,位于第12染色体上的RM463,位于第12染色体上的RM5479和位于第12染色体上的RM247。共发掘了22个增效的优异等位变异:RM3187-130,RM3187-135,RM8206-150,RM8206-260,RM8206-300,RM8026-310,RM206-185,RM206-200,RM206-225,RM3701-135,RM3701-155,RM3701-175,RM3701-200,RM463-110,RM463-190,RM5479-195,RM5479-200,RM5479-210,RM5479-215,RM247-145,RM247-155,RM247-170;其相应的12个典型材料:盛塘青,齐江青,早小白稻,雪里青,矮种罗汉黄,鸭子黄,江丰4号,东农粳424,黑粳8号,石芦青,细秆谷,果子糯。预测了5个改良株高对BR敏感性的优异亲本组合:盛塘青×矮种罗汉黄(35.0cm)、石芦青×盛塘青(34.9cm)、石芦青×矮种罗汉黄(31.8cm)、江丰4号×矮种罗汉黄(31.8cm)和江丰4号×石芦青(30.0cm)。
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