水稻粒形性状QTL的关联分析及其有利等位基因在主栽品种中的构成研究

Grain shape is controlled by multiple genes and affected by changing environment. With the use of natural rice gerplasm populations and the public data of genome sequences, association analysis based on linkage disequilibrium is a new useful tool for the discovery of more allelic variants, and can breakthrough the limits of traditional linkage mapping. Therefore, in this study we constructed an association analysis population consists of 570 core rice varieties with different grain shape, employed four growing seasons for phenotypic evaluation, performed the genome-wide association analysis with 100 SSR markers for genotyping, and performed candidate gene association analysis by using gene and candidate gene markers. We are aim to validate the genetic stability of finely mapped or cloned QTLs for grain shape under different environment, identify favorable alleles in the population, develop functional gene markers for the genotypic analysis of major rice varieties in our country, and for the exploration of new breeding lines, may provide informational and technological support for gene-polymeric breeding, and provided theoretical and practical basis for further improving rice with high quality through marker-assisted selection.

水稻的粒形性状是一类受多基因调控和环境影响的复杂数量性状。水稻重要农艺性状基因型与表型的关联分析研究是当前水稻重要基因发掘与利用的热点，利用丰富的自然群体资源和公开的基因信息，基于连锁不平衡的关联分析方法，可以突破常规连锁作图定位中亲本数量和遗传背景的局限，发掘得到更多的等位变异信息。因此，本研究利用包含570份水稻核心种质的关联定位群体，根据已发表的粒形QTL克隆与精细定位的结果，在用100对SSR标记全基因组基因型扫描的同时，引入基因标记和候选基因标记，采用全基因组扫描分析和候选基因分析两种方法，结合多年多环境的表型调查，对已克隆和已精细定位粒形QTL进行不同遗传背景下的稳定性验证，鉴定可能实质性影响粒形的候选基因，开发功能性基因标记并应用于我国不同生态稻区主栽品种中粒形有利等位基因的构成分析，为聚合育种提供材料信息和技术支持，也为分子标记辅助选择培育优质水稻品种提供理论及实践依据。

水稻的粒形性状主要包括粒重、粒长、粒宽和长宽比，是一类受多基因调控和环境影响的复杂数量性状。水稻重要农艺性状基因型与表型的关联分析研究是当前水稻重要基因发掘与利用的热点，利用丰富的自然群体资源，基于连锁不平衡的关联分析方法，可以突破常规连锁作图定位中亲本数量和遗传背景的局限，发掘得到更多的等位变异信息。..本研究利用的材料包含2074份水稻主栽品种（其中常规稻570份，杂交稻1504份）。通过全基因组关联分析和基因/候选基因关联分析两种分析途径，我们对包括水稻粒形性状在内的产量性状进行了遗传解析，取得的主要结果如下：.（1）全基因组关联分析方面：通过高通量测序，获得2000余份实验材料的DNA序列；结合表型考察，全面解析了我国水稻主栽品种的包括粒形在内的产量性状遗传组成，检测出多个控制水稻产量性状的位点，包括53个已报道的基因位点和77个未报到位点；初步分析了不同性状的杂种优势机制，发现只有少数位点存在超显性效应，良好的表型与优异等位基因的数目显著相关；我们找到了一些涉及包括粒形在内的产量性状杂种优势的位点。.（2）基因/候选基因关联分析方面：根据已报道的6个水稻重要粒型基因 GS3、GS5、GW2、GW5、GW8、GL3.1不同等位基因的序列信息和材料供体信息，设计筛选获得8个基因标记；联立表型考察结果，发现 GS3、GW2、GW5是我国水稻主栽品种资源中主要的影响因子，其中GW2的等位利用主要存在于长江上游的中籼品种，另外两个基因的等位利用则遍布所有生态区域的水稻育种，且随着年代的推进，优异等位基因的利用率越高；分析了这3个因子对水稻粒形性状的上位性特点。.（3）粒形表型分析方面：粒重与粒长的表型变异主要体现在中籼和晚籼品种中，而早籼品种的粒形变异不明显；华南早籼品种呈长而重的整体趋势，长江上游中籼品种呈细长且重的整体趋势，长江中下游中籼品种呈细长且轻的整体趋势，长江上游晚籼品种则呈细且轻的整体趋势；粒形性状与稻米品质性状之间极显著相关。..上述结果为聚合育种提供材料信息和技术支持，也为分子标记辅助选择培育优质水稻品种提供理论及实践依据。