水稻是重要的糧食作物,我國半數(shù)以上人口以稻米為主食。同時,水稻也是鹽堿敏感作物,鹽堿脅迫已成為許多水稻產(chǎn)區(qū)的主要限制因素。水稻的耐鹽性和耐堿性之間存在顯著差異,且堿脅迫下受害程度更大。由于水稻耐堿性是復雜的數(shù)量性狀,相關研究較少且貢獻率普遍不高,精細定位和克隆難度較大,所以水稻耐堿性研究一直進展較慢。因此,明確水稻耐堿性的遺傳機制,挖掘水稻耐堿主效QTL及基因,為利用分子標記輔助選擇培育優(yōu)良耐堿水稻品種奠定基礎。本研究利用堿敏感的粳稻品種東農(nóng)425和強耐堿性的粳稻品種長白10號雜交得到的高世代RIL群體,在連續(xù)兩年的大田環(huán)境下進行水稻耐堿性鑒定,考察每穗粒數(shù)、結實率、千粒重和單株穗重4個產(chǎn)量相關性狀在自然條件和堿脅迫條件下的表型值,并結合對應的耐堿系數(shù)進行QTL定位分析。同時,通過多年表型鑒定,以堿敏感最強的千粒重為指標構建抗感池,結合BSA-seq進行了耐堿QTL區(qū)間的關聯(lián),對比QTL分析和BSA-seq的分析結果,將兩種方法下共同檢測到的QTL區(qū)間作為水稻耐堿性區(qū)間,并在該區(qū)間內(nèi)進行耐堿候選基因的挖掘。主要研究結果如下:(1)雙親及RIL群體的產(chǎn)量相關性狀在堿脅迫下均有不同程度的降低,且母本東農(nóng)425下降幅度大于父本長白10,說明在堿脅迫下長白10的耐堿性強于東農(nóng)425。每穗粒數(shù)、結實率、千粒重在兩親本間表現(xiàn)出顯著或極顯著差異。各性狀表型變幅范圍廣,符合正態(tài)分布,適合利用BSA-seq進行QTL定位分析。(2)利用QTL IciMappingV4.0對包含180個株系的RIL群體進行QTL定位,共檢測到13個QTL,分布在1、2、3、4、5、8、9和11號染色體上,其中qGW2在堿脅迫下兩年重復被檢測到,貢獻率為7.77%-23.25%,且增效等位基因來自父本長10,是一個主效QTL。qGN3、qGW2、qGW8、qPW1、qPW9與前人的研究結果未有重合,確定為新的QTL位點。(3)利用BSA-seq法構建千粒重抗感池進行測序,共獲得25.56Gbp數(shù)據(jù)量,過濾后得到的Clean Reads為25.48Gbp,Q30達到80%以上,平均每個樣品測序深度34.17×。樣品與參考基因組平均比對效率為97.48%,平均覆蓋深度為29×,基因組覆蓋度為98.15%�；贓D和SNP-index的關聯(lián)算法,最終將目標區(qū)間定位在2號和3號染色體上,大小為2.89Mb,區(qū)間內(nèi)共包含593個候選基因。(4)基于QTL定位和BSA-Seq結果比較分析,將目標區(qū)間縮小至2號染色體上兩段23.865Mb-24.3000Mb和25.210Mb-25.240Mb大小為465Kb的范圍內(nèi),該區(qū)域共有65個基因,其中47個被成功注釋。(5)根據(jù)候選基因功能注釋分析,預測出11個水稻耐堿候選基因,分別為LOC_Os02g39750、LOC_Os02g39930、LOC_Os02g39620、LOC_Os02g39884、LOC_Os02g39740、LOC_Os02g39890、LOC_Os02g39764、LOC_Os02g39840、LOC_Os02g39790、LOC_Os02g39960、LOC_Os02g39910。其中LOC_Os02g39930和LOC_Os02g39750與堿脅迫下水稻對逆境的響應及細胞膜組織的修復功能有關,初步預測這兩個基因與水稻耐堿相關性最大。
【學位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：

圖 3-1 水稻耐堿相關性狀在 RIL 中的頻率分布Figure. 3-1 Frequency distribution of alkaline tolerance related traits in rice in RILs3.2 堿脅迫下水稻產(chǎn)量性狀間相關分析對RIL群體在2016年和2017年自然條件和堿脅迫條件下各產(chǎn)量相關性狀進行了相關性分析，情況如表3-2所示。堿脅迫下，兩年每穗粒數(shù)與結實率存在極顯著正相關，而自然條件下與結實率存在負相關的現(xiàn)象，原因可能是每穗粒數(shù)是影響籽粒充實度的關鍵因子，同樣結實率也可代替充實率作為籽粒充實度的測定指標，當每穗粒數(shù)達到一定數(shù)量以上，影響了 源 的供應及營養(yǎng)物質(zhì)積累，導致籽粒結實率下降，影響產(chǎn)量。千粒重與結實率在兩年堿脅迫與自然條件下，存在顯著或極顯著正相關，同時堿脅迫下千粒重于單株穗重成極顯著正相關，說明千粒重是產(chǎn)量構成因素中相對穩(wěn)定的一個性狀。而在堿脅迫下與每穗粒數(shù)存在負相關的現(xiàn)象，原因可能是每穗粒數(shù)的減少，導致單個籽粒的光合源越充足，越有利于籽粒灌漿結實，同時就增加了千粒重，提高其高產(chǎn)潛力。在堿脅迫與自然條件下，兩年單株穗重與其他三個性狀均呈顯著或極顯著正相關，說明水稻穗部性狀間存在緊密的線性關系，可能具有特定的遺傳相關性。每穗粒數(shù)、結實率、千粒重和單株穗重這4個性狀彼此之間均存在不同程度的相關性，且不受年份和堿脅迫的影響，表現(xiàn)極其穩(wěn)定，表明這4個性狀對堿脅迫下水稻產(chǎn)量的反應存

圖 3-4 樣品間 SNP（左）和 InDel（右）的統(tǒng)計 Venn 圖Figure. 3-4 Statistical venn diagrams of snp (left) and indel (right) between samples.4.4 關聯(lián)分析關聯(lián)分析的本質(zhì)是通過計算兩個混池間等位基因的基因型頻率確定與目標性狀關聯(lián)的區(qū)。本試驗利用 ED 算法和 SNP-index 方法對檢測到的 SNP 進行關聯(lián)分析，將分別對兩種法的結果進行統(tǒng)計，且以考慮親本的 SNP-index 方法為重點，將二者同時檢測到的區(qū)間作和耐堿性相關聯(lián)的主要區(qū)間。.4.4.1 SNP 關聯(lián)分析在關聯(lián)分析前，首先對 SNP 進行過濾，最終得到高質(zhì)量的可信 SNP 位點 318，681。根據(jù) ED 算法關聯(lián)閾值判定，共得到 5 個與堿脅迫下水稻千粒重相關聯(lián)的染色體區(qū)域，別位于 2、3、4 和 6 號染色體上。由圖 3-5 可知，橫坐標代表染色體，虛線表示顯著性關閾值，ED 值越高，關聯(lián)效果越好。2 號染色體上共有 2 個區(qū)間大小分別為 0.82 Mb 和21 Mb，其中區(qū)間較小的 0.82 Mb 范圍內(nèi)共包含 142 個基因。第 3 染色體上的區(qū)間大小為09 Mb，包含 417 個基因。4 號染色體上的區(qū)間大小 6.09 Mb，包含基因數(shù)量較多共有

ED關聯(lián)值在染色體上分布

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本文編號：2815444