基于連鎖與連鎖不平衡聯(lián)合作圖的粳稻耐鹽性遺傳位點解析

基于連鎖與連鎖不平衡聯(lián)合作圖的粳稻耐鹽性遺傳位點解析土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)限制水稻生產(chǎn)發(fā)展的重要非生物脅迫因子之一,研究水稻的耐鹽性遺傳機制,發(fā)掘耐鹽基因或QTL及耐鹽載體材料,通過育種手段改良品種的耐鹽性,是減輕水稻鹽害和提高鹽漬土生產(chǎn)力的一項經(jīng)濟有效的措施。連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析是剖析復(fù)雜性狀遺傳基礎(chǔ)的兩種主要方法,在QTL定位的精度和廣度上具有明顯的互補性。近些年,國內(nèi)外采用連鎖分析的方法對水稻耐鹽相關(guān)性狀QTL進行了廣泛的研究,但大部分研究以秈稻為試驗材料且集中在水稻發(fā)育的某個特定階段,而水稻的耐鹽性具有明顯的發(fā)育階段特異性。因此,研究粳稻不同時期耐鹽性QTL對剖析水稻耐鹽性遺傳機制、提高水稻耐鹽性具有重要意義。本研究以生產(chǎn)上大面積推廣而鹽敏感的粳稻品種東農(nóng)425為輪回親本,耐鹽性粳稻品種長白10為供體親本構(gòu)建的BC2F2:3群體,以及不同地理來源的341份粳稻種質(zhì)構(gòu)建的自然群體為試驗材料,采用連鎖與連鎖不平衡聯(lián)合作圖對水稻芽期與幼苗前期、苗期及大田生育期耐鹽性QTL進行分析,進一步挖掘優(yōu)異等位變異及相應(yīng)的載體材料,以期為水稻耐鹽性分子標(biāo)記輔助育種和耐鹽性種質(zhì)創(chuàng)新提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)BC2F2:3群體和自然群體均對芽期與幼苗前期的相對發(fā)芽率、相對苗高、相對根數(shù)和相對根長等4個性狀,苗期的幼苗存活天數(shù)、葉片鹽害級別、地上部Na+濃度、地上部K+濃度、地上部Na+/K+、根部Na+濃度、根部K+濃度和根部Na+/K+等8個性狀,大田生育期的相對穗長、相對有效穗數(shù)、相對每穗總粒數(shù),相對結(jié)實率,相對千粒重和相對單株產(chǎn)量等6個性狀進行了分析,結(jié)果表明,自然群體的變異范圍均大于BC2F2:3群體,各個性狀在兩個群體中基本符合正態(tài)分布,表現(xiàn)出典型的數(shù)量性狀遺傳特征。(2)水稻耐鹽相關(guān)性狀的相關(guān)性在兩個群體中的表現(xiàn)基本一致。芽期與幼苗前期,各耐鹽性狀間均呈顯著或極顯著正相關(guān),說明各性狀對鹽脅迫的反應(yīng)存在較強的協(xié)同變化;苗期,幼苗存活天數(shù)與葉片鹽害級別、地上部Na+濃度、地上部Na+/K+均呈極顯著負(fù)相關(guān),與根部Na+濃度、根部K+濃度及根部Na+/K+相關(guān)性不顯著,表明葉片鹽害是由地上部Na+積累過多造成的,與根部的離子濃度沒有直接關(guān)系,根部Na+濃度與根部K+濃度呈極顯著正相關(guān),而地上部Na+濃度與地上部K+濃度呈極顯著負(fù)相關(guān),表明根部對Na+、K+的吸收是平行的,而由根部向地上部運輸時存在某種競爭機制;大田生育期,相對有效穗數(shù)、相對每穗總粒數(shù)和相對單株產(chǎn)量彼此間均呈顯著或極顯著正相關(guān),表明這3個性狀對鹽脅迫的反應(yīng)存在較強的協(xié)同變化趨勢。(3)BC2F2:3群體利用137個SSR標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜,共覆蓋水稻基因組約1742.4cM,標(biāo)記間平均距離為12.72cM,采用完備區(qū)間作圖(ICIM)法對水稻不同時期的耐鹽性進行了QTL分析。在芽期與幼苗前期共檢測到11個耐鹽性QTL,分布在水稻的第1、3、4、5、7和8染色體上,與相對發(fā)芽率、相對苗高、相對根數(shù)和相對根長相關(guān)的QTL分別為3、3、3和2個;在苗期共檢測到17個耐鹽性QTL,分布在水稻的第1、2、3、5、6、7、9、11和12染色體上,與幼苗存活天數(shù)、葉片鹽害級別、地上部Na+濃度、地上部K+濃度、地上部Na+/K+、根部Na+濃度和根部K+濃度相關(guān)的QTL分別為2、2、4、3、2、3和1個,未檢測到與根部Na+/K+相關(guān)的QTL;在大田生育期,共檢測到19個耐鹽性QTL,分布在水稻的第1、2、3、4、5、6、7、8和11染色體上,與相對穗長、相對有效穗數(shù)、相對每穗總粒數(shù),相對結(jié)實率,相對千粒重和相對單株產(chǎn)量相關(guān)的QTL分別為5、2、3、3、3和3個。(4)利用160個SSR標(biāo)記對自然群體的遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)、親緣關(guān)系及連鎖不平衡進行了分析。341份粳稻種質(zhì)共擴增出872個等位變異,平均每對SSR標(biāo)記5.45個等位變異,標(biāo)記間等位變異數(shù)目的范圍為2~9;群體結(jié)構(gòu)分析表明,整個群體可以分為3個亞群,除黑龍江和吉林品種外,同一地理來源的品種基本被劃入到同一亞群;親緣關(guān)系系數(shù)為0的占57.0%,在0~0.2之間的占40.9%,表明群體材料間不存在直接的親緣關(guān)系;LD分析表明,40.05%的位點組合表現(xiàn)出顯著LD水平(P<0.01),同一染色體上的LD水平顯著高于不同染色體上的LD水平,且當(dāng)整個群體分成各個亞群時LD水平提高了,對于整個群體和各亞群,LD的衰減距離大約發(fā)生在20~50cM。(5)利用160個SSR標(biāo)記通過TASSLE軟件的GLM模型和MLM模型對水稻芽期與幼苗前期、苗期及大田生育期連續(xù)兩年的耐鹽相關(guān)性狀進行性狀-SSR標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析。在芽期與幼苗前期共檢測到18個SSR位點,累計22次顯著關(guān)聯(lián),與相對發(fā)芽率、相對苗高、相對根數(shù)和相對根長相關(guān)聯(lián)的位點數(shù)分別為5、5、5和7個;在苗期,共檢測到26個SSR位點,累計38次顯著關(guān)聯(lián),與幼苗存活天數(shù)、葉片鹽害級別、地上部Na+濃度、地上部K+濃度、地上部Na+/K+、根部Na+濃度、根部K+濃度和根部Na+/K+相關(guān)聯(lián)的位點數(shù)分別為5、4、6、5、6、5、4和3個;在大田生育期,兩年中共檢測到27個SSR位點,累計54次顯著關(guān)聯(lián),與相對穗長、相對有效穗數(shù)、相對每穗總粒數(shù),相對結(jié)實率,相對千粒重和相對單株產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)的位點數(shù)分別為8、6、7、5、6和11個。將關(guān)聯(lián)分析結(jié)果與本研究及前人的耐鹽連鎖分析結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)分別有14、19和22個SSR位點可以在連鎖分析中同時檢測到。(6)利用連鎖與連鎖不平衡的聯(lián)合作圖在水稻芽期與幼苗前期、苗期和大田生育期檢測到的14、14和22個穩(wěn)定性較高且已明確與耐鹽性相關(guān)的SSR位點進行優(yōu)異等位變異挖掘,三個時期分別鑒定得到32、39和67個優(yōu)異等位變異。(7)以鑒定的優(yōu)異等位變異為基礎(chǔ),對341份粳稻材料芽期與幼苗前期、苗期、大田生育期及全生育期所含有的