水稻多效性基因Ghd7、粒形基因GW2、GS5、qSW5的進(jìn)化及與性狀的關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、水稻是世界上最重要的糧食作物之一，隨著人口數(shù)目的不斷增加，提高單株產(chǎn)量、改良農(nóng)藝性狀是水稻育種需要面對的主要問題。Ghd7是一個(gè)同時(shí)控制水稻抽穗期、株高、每穗穎花數(shù)的主效基因。GW2、qSW5、GS5和GS3是目前已克隆的控制水稻粒形的重要基因。水稻的自然群體擁有豐富的自然變異，以自然群體為基礎(chǔ)的候選基因的關(guān)聯(lián)分析對于挖掘優(yōu)勢等位基因型、尋找功能性SNP位點(diǎn)等方面有很大的優(yōu)勢。另外，利用自然群體為基礎(chǔ)的分子進(jìn)化研究，為研究水稻的起源進(jìn)化

2、，理解重要基因在自然群體中的作用提供了分子基礎(chǔ)。同時(shí)，以自然群體為基礎(chǔ)的研究，直接利用自然變異中的優(yōu)勢等位基因型，排除了農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化的影響，加快了水稻分子育種改良的步伐。
　　 本研究首先利用一個(gè)含有104個(gè)栽培品種的水稻自然群體，對多效性基因Ghd7進(jìn)行了全基因組的深度測序，在這個(gè)自然群體中，共發(fā)現(xiàn)了8種Ghd7單倍型。通過與3種野生稻基因型比較發(fā)現(xiàn)，Ghd7至少起源于兩種不同的原始親本。由群體結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)

3、了一個(gè)位于啟動(dòng)子處的SNP，這個(gè)SNP的基因型與自然群體的株高性狀相關(guān)，但與其它兩個(gè)Ghd7同時(shí)調(diào)控的性狀（抽穗期，每穗穎花數(shù)）沒有顯著性相關(guān)。進(jìn)一步的研究表明，這個(gè)位于啟動(dòng)子處的SNP是通過調(diào)節(jié)Ghd7的表達(dá)量從而影響水稻自然品種的株高。另外，我們還發(fā)現(xiàn)含有Ghd7的H4單倍型的植株，擁有最大的每穗穎花數(shù)和中等程度的抽穗期和株高性狀，是可用于水稻產(chǎn)量育種的優(yōu)勢等位基因型。其次，利用一個(gè)含有127個(gè)栽培品種的水稻自然群體，對已克隆的三個(gè)

4、粒形基因GW2、qSW5和GS5的全基因組做了深度測序。并結(jié)合15種普通野生稻的基因型，比較了三個(gè)粒形基因與其野生稻原始祖先之間的核酸多態(tài)性和進(jìn)化差異。其中，GW2和qSW5在進(jìn)化過程中受到了強(qiáng)烈的選擇壓力，而GS5基因在啟動(dòng)子部分含有較大的核酸多態(tài)性。另外，結(jié)合粒形基因GS3在本自然群體中的基因型，比較了這四個(gè)粒形基因在調(diào)控水稻粒形性狀中的作用差異，并討論了各個(gè)基因型組合對粒形變異的影響。其中，GW2的功能缺失型變異在本群體中沒有被檢

5、測到，但在粳稻亞群中，含有GW2-2和GW2-3兩種單倍型的品種的粒長之間有顯著性差異。GS5在自然群體中的效應(yīng)很小，被粒寬基因qSW5的效應(yīng)所屏蔽，這也可能是GS5在進(jìn)化過程中沒有受到選擇的原因。而GS3和qSW5基因是自然群體中分別調(diào)控粒長和粒寬的主效基因，無論是在秈稻亞群還是粳稻亞群，這兩個(gè)基因均是控制水稻粒形的主要基因。以上結(jié)果對進(jìn)一步研究粒形基因的功能，靈活應(yīng)用各種粒形基因的等位基因型，加快水稻的產(chǎn)量育種、外觀改良都有非常重要