水稻苗期耐镉性和籽粒镉含量的遗传剖析及优异等位基因挖掘

Cadmium (Cd), one of the most poisonous metallic elements, is easily enriched in rice and has adverse effects on grain yield and quality. Moreover, high Cd accumulation in grain severely harms human health. Adopting cultivars with high Cd tolerance and low grain Cd accumulation is a more economic option for food safety. The proposed project will 1) conduct QTL mapping for Cd tolerance related traits in seedling stages and Cd concentration in grain using two Multi-parents Advanced Generation Inter-Cross (MAGIC) populations derived from eight parental lines with genetic diversity and high-throughput SNP genotyping with 55K SNP Chip; 2) identify QTLs with stable effects across backgrounds and environments and develop markers tightly linked to these QTLs; 3) mine favorable alleles of the major and stable QTLs using the 3K sequenced germplasm and pyramid these favorable alleles by marker-assisted selection to develop new germplasm with high Cd tolerance and low Cd accumulation. By comprehensively dissecting the genetic mechanisms of Cd tolerance and accumulation the development of outstanding varieties for Cd contaminated fields will be greatly accelerated.

镉是毒性最强的金属元素之一，且极易被水稻吸收，不仅影响水稻的产量和品质，还可通过食物链危害人类的健康。培育耐镉性高和籽粒镉低积累的水稻品种是解决这一重要水稻生产和粮食安全问题的经济可行手段。本项目将利用遗传多样性丰富的8亲本衍生的多亲本高代互交系（MAGIC）群体，开展以下研究：1）鉴定苗期耐镉性和3个镉污染下籽粒镉含量，结合55K高通量SNP基因型，关联和连锁分析定位影响苗期耐镉性状和籽粒镉含量的QTL；2）研究耐镉性状和籽粒镉含量的遗传关系，鉴定不同遗传背景和不同环境下稳定表达的QTL及其紧密连锁标记；3）剖析重要位点在3K重测序种质资源中的优异等位基因，通过标记辅助聚合不同优异等位基因，创制耐镉性高、籽粒镉低积累的优异新种质。研究成果将比较全面地解析水稻耐镉性和镉积累的遗传机制，为选育水稻耐镉性高、籽粒镉低积累新品种提供优异种质材料、有利基因和标记，具有重要的理论意义和育种应用价值。

镉是毒性最强的金属元素之一，且极易被水稻吸收，不仅影响水稻的产量和品质，还可通过食物链危害人类的健康。培育耐镉性高和籽粒镉低积累的水稻品种是解决这一重要水稻生产和粮食安全问题的经济可行手段。项目利用了遗传多样性丰富的3个相互关联的多亲本衍生的多亲本高代互交系（MAGIC）群体（DC1、DC2和8-way），鉴定苗期耐镉性、镉转运量和镉污染下籽粒镉含量，获得以下的研究结果：.1.结合55K高通量SNP基因型进行遗传定位分析，定位到了18个和5个分别影响耐镉性和镉含量的QTL。有4个区域是在不同的环境或者不同的时期检测到的重要位点，分别是第1、3、5、7染色体上。.2.结合生物信息学分析和基因表达分析，确定LOC_Os03g29540、LOC_Os03g29570和LOC_Os03g29630最可能参与水稻的Cd耐受性和水稻籽粒Cd的积累，还有待进一步验证。.3.根据已克隆的1个控制镉积累基因的序列信息，将654份资源进行单倍型分类，进行籽粒镉低积累量的表型鉴定，比较不同单倍型的表型效应，鉴定优异等位基因，单倍型GTAC镉积累量（0.032mg/kg）极显著的低于单倍型ACTG的镉积累量（0.057mg/kg）。可在今后的筛选中作为参考。.本项目成果将能够比较全面地解析水稻耐镉性和镉积累的遗传机制，为选育水稻耐镉性强、籽粒镉低积累新品种提供优异种质材料、有利基因、优异等位基因，对水稻育种具有重要的理论意义和应用价值。.这些工作在Frontiers in plant science等期刊发表标注论文4篇，申请中国发明专利2项。在项目资助期间先后获得博士后基金一等资助、深圳市基础研究面上项目，并入聘中国农业科学院农业基因组研究所聘副研究员，入选“深圳市高层层次人才”、荣获“中国农业科学院2017年度优秀博士后”荣誉称号、获得深圳市大鹏新区鹏程菁英人才。