利用全基因组关联分析挖掘和鉴定水稻苗期耐盐候选基因

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水稻(Oryza sativa L)是一种盐敏感植物,特别是在营养生长的早期,当土壤中可溶性盐浓度达到0.3%时即表现受害症状。因此,挖掘和利用优异耐盐基因培育耐盐水稻品种具有重要意义。本研究基于已构建的150份核心种质,利用SLAF-seq测序获得高密度的SNP文库,对8个苗期与耐盐相关性状进行全基因组关联分析,定位与耐盐性相关的QTLs,筛选和鉴定苗期耐盐候选基因,为水稻耐盐性研究和分子育种提供优异基因源。构建耐盐候选基因敲除突变体,为揭示耐盐候选基因,调控耐盐的分子机制提供基础材料。研究结果如下:1.通过全基因组关联分析共检测到831个显著SNPs位点(P≤0.0001),其中包括42个lead SNPs,不均等分布于12条染色体上。根据LD衰减距离确定了65个QTLs,并与前人已报到耐盐QTLs进行了比较,发现有17个QTLs与已报到的QTLs重叠或相近(≤500kbp)。与本课题组前期利用该群体定位到的水稻耐冷和耐铝QTLs或SNPs位点进行比较,发现有10个QTLs与耐冷或耐铝的QTLs和SNPs位点重叠或接近(≤500kb)。在65个QTLs周围(≤500kbp)检测到23个已知耐盐基因。除此之外,还鉴定到48个新的耐盐QTLs,这些QTLs都是新发现的,有待进一步研究。2.根据65个QTLs的位置,其中有13个QTLs发生了重叠,由此确定了6个共定位QTLs。检索每个共定位QTL中P值最小的SNPs±250kb区间内的基因,通过基因注释信息筛选到多个耐盐候选基因,结合单倍型与耐盐表型性状的相关分析,初步筛选到11个耐盐候选基因。3.对筛选到的11个耐盐候选基因在两个耐盐极端材料(盐抗性S125和盐敏感S87)中进行基因表达量分析,结果表明11个耐盐候选基因在盐抗性和盐敏感材料中的表达量都有明显差异。4.进一步对上述候选基因在两个极端材料中的序列与日本晴序列进行比对,结果表明9个耐盐候选基因在盐抗性和盐敏感材料中有位点发生突变。表达谱分析也表明这些候选基因都与非生物胁迫相关,最终确定这9个候选基因可能参与水稻苗期耐盐性调控。5.利用CRISPR-Cas9基因编辑技术和农杆菌介导水稻愈伤组织,构建了5个基因的敲除突变体,为进一步解析这些耐盐候选基因调控水稻耐盐的分子机制奠定了基础。
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