测序水稻品种SSR遗传连锁图谱的构建及其农艺性状基因座分析_梁永书

水稻是重要 的粮食作物 之一, 现已成为 单子叶 模 式植物。其遗传学和分子生物学研究一直受到高度重 视, 许多重 要 农艺 性 状都 表 现为 数 量 性状 基 因 座 位 ( QTL s) 控制, 传统的数量 遗传学研究的方法难以解 析 单个 QTL 的遗传规律。随着分子标记技术的发展 [1, 2], 水稻基因 组计 划的 实施 [3, 4], 水 稻分 子遗 传图 谱的 构 建 [5, 6]和统计模型的发 展 [ 7, 8] , 为解决 诸如产量、品 质、 抗逆性等重要数 量性状基因 座分析奠定 了坚实基 础, 因此构建高密度遗传图谱是进行基因组研究和 QTL 定 位分析的重要环节。
表 1 F2 群体 及亲本的性状表型值 T ab le 1 Phenotyp e valu es of F2 popu lation and
th eir p aren ts
性状
分蘖数 穗数 有效分蘖数 主穗长 株高 剑叶长
亲本
日本晴
20. 78 20 20. 6 15. 11 61. 93 33. 54
Tab le 2 Corre lation coeffic ien ts am ong 6
2. 4 水稻 SSR 标记连锁图谱的构建及农艺性状定位
agronom ic traits
对获 得的 158 个多 态性标 记位点 数据 采用软 件
性状 有效分蘖数
株高 主穗长 剑叶长
穗数
分蘖数 有效分蘖数 株高 主穗长 剑叶长 0. 763** 0. 063 O0. 021 0. 003 O0. 089 0. 249* 0. 053 0. 049 0. 477** 0. 118 0. 709** 0. 592** 0. 051 O0. 101 O0. 051
中国生物工程杂志 Ch ina B iotechnology, 2007, 27( 1): 28~ 34
测序水稻品种 SSR遗传连锁图谱的构建 及其农艺性状基因座分析*
பைடு நூலகம்
梁永书 1, 2, 3 张启军 1, 2 王世全 1, 2 邓启明 1, 2 李 平 1, 2** 李艳萍 3 阎双勇 3
( 1 四川农业大学水稻研究所 温江 611130 2 西南作物基因资源与遗传改良教育部重点实验室 雅安 625014) ( 3 天津农业科学院作物研究所 天津 300112 )
广陆矮 4号
11. 2 11 10. 4 16. 44 57. 13 18. 79
F2 群体
均值 变异范围
11. 7 10. 7 10. 3 11. 8 72. 7 18. 4
5 ~ 24 1 ~ 25 2 ~ 24 10 ~ 13. 1 39 ~ 93 13. 8 ~ 23. 0
图 1 F2 群 体的农艺性状分布 F ig. 1 D istribution of ph enotyp ic valu es of
摘要 利用测序水稻品种 / N ipponbare(粳 ) /广陆矮 4号 ( 籼 ) 0杂交 F2群体 90个单株为作图群体, 构建含 148个 SSR标记的水稻遗传连锁图谱, 覆盖基因组全长 1737. 81cM, 标记间平均距 11. 90cM。 利用该图谱及 Exce l2000和 M apm aker/QTL1. 1b软件对分蘖数、穗数、穗长、主穗长、株高、剑叶长 等 6个农艺性状间的相互关系和基因位点进行分析, 结果在 LOD > 2. 2和 P < 0. 005的条件下共 检测到 28个 QTL s, 它们分布在水稻所有染色体上, 单个 QTL 对性状的分子贡献率 11. 1% ~ 42. 9% , 其中大于 20% 有 10个, 并对选用已测序材料为亲本构建图谱来探讨水稻农艺性状的分子基 础及其育种意义进行了讨论。 关键词 水稻 SSR标记 遗传图谱 农艺性状 数量性状基因座 定位 中图分类号 Q943
水稻最终产量。从表 2可以看出, 分蘖相关性状 ( 分蘖 数、穗数、有效分蘖数 )间呈极显著的正相关关系, 与株 高、主穗长、剑叶长正相 关关系, 但 有效分蘖 数与主 穗 长、株高成负相关, 株高 与主穗长、剑叶长成 显著正 相
2. 3 亲本间的多态性分析 用 756( RM# 505对、RP244#对、OSR# 7 对 ) 对 SSR
* and * * ind icate th e s ign if ican ce at 5% and 1% probab ility levels. resp ectively( * t0. 05 = 1. 97* * t0. 01= 2. 63 )
M apm aker/EXP3. 0构建遗传连锁图。连锁图覆盖基因 组总长为 1737. 81cM, 平均距离为 11. 90 cM, 基 本满足 QTL定位的要求。
若检测到的qtl位点经多次验证后表明它与所在标记区间的标记距离为0即qtpos0说明qtl与该标记之间的物理距离可能很近于是可以用该qtl标记的前后引物序列在公共数据库上进行比对分析找到介于前后引物内的扩增片段然后用该片23200727测序水稻品种ssr遗传连锁图谱的构建及其农艺性状基因座分析82933段的序列再进行核酸和蛋白的比对分析pcr技术进行该片段延伸后进行比对分析ixedmodelapproachesgeneticanalysisquantitativetraitsadvancedtopics片段的功能是否已经有注释
连锁图谱的构建采用 M apm ak er/EXP3. 0[ 16] 软件进
行, QTL 采 用 采 用 QTLC ar.t version. 1. 17 软 件, 选 取 LOD 值大于 2. 2 为阀值检测可能存在 的 QTL, 同时估 算 QTLs的加性、显性效应和可解释表型变异量。
2 结果与分析
2. 1 亲本及 F2 群体农艺性状表现 亲本日本晴与广陆矮 4 号在分蘖数、穗数、有效分
蘖数这 3个性状 呈现极显 著差异, 株 高、剑叶长、主穗 长 3性状存在显著差异。 F2 群体各农艺性状表现大多 数界于双亲间分布, 少数表现 正超亲和负超亲值, 6 类
性状在群体中 都呈连续分 布, 符合数量 性状的遗 传特 点 (表 1、图 1) 。
2005 年 4 月将双亲本及 F2群体各单株在四川 温 江四川农业大学水 稻所实验农 场种植, 选择 最佳的 时 期对双亲及 F2 群体单株各农艺性状进行性状调查 ( 按 申宗坦的方法 [ 14], 它们分别是分蘖数 ( num ber of tillers, T n) 、穗 数 ( num ber of p an icles, Pn ) 、有 效 分 蘖 数 ( num ber of effective tillers, E tn )、主 穗长 ( M ain pan icle length, M p l)、株高 ( plan t heigh ,t Ph )、剑 叶长 ( Flag leaf length, F l)等 6 个性状, F2 群体基于单株进行调查, 3 次 重复求其平均值。父、母本基于单行平均 ( 每行调查中 间 8 株, 求平均值 ) 。用 Excell 2000软件对农艺性状进 行统计分析, 并计算它们间相关系数。 1. 3 SSR 引物
收稿日期: 2006-11-28 修回日期: 2006-12-19 * 国家 / 8630计 划资助 项目 ( 2003AA 212030 ) , 教 育部 / 长江 学者 和创新团队发展计划 0资助项目 ( IRT0453 ) ** 通讯作者, 电子信箱: l ip ing@ cngk. com
图谱的构建为水稻基因定位和克隆乃至农艺性状遗传 改良打下良好的基础。
本研究 选取 3 部 分引物 共 756 对: RM # 引物 505 对, 来源于美国 C ornell大学研究成果而合成; RP# 引物 200对, 本研究室用自己编写筛 选 SSR 引物软件, 以 在 籼稻 93O11 和粳稻 N ipponbare为基 础进行筛选多态 性 而合成的部分 SSR 引物; OSR# 引物共 15对, 基于日 本 水稻基因组计划研 究结果进行 合成; 所有引 物由上 海 生物工程公司和北京赛百盛基因技术有限公司合成。 1. 4 SSR 分析 1. 4. 1 基因组总 DNA 提取 取亲本及 F2 群体每个单 株苗期新鲜叶片为材料, 采 用 CTAB 法 [ 15] 提取基因 组 总 DNA。 1. 4. 2 PCR 反应 优化后的 PCR反应体系为 20u ,l 即 40O60ng模 板 DNA、10 @ PCR bu ffer 2Ll、0. 25mm ol/L dNTP 2L、l 4Lm ol /L p rmi er m ixtu re 2L、l T aq聚合酶 1U。 PCR程序 具体为: 94e 5m in; 94e 45s, 55e 45s, 72e 1m in, 35 cycles; 72e 7m in。扩增产 物用 2. 5% 的琼 脂 糖凝胶电泳, 电压 120V, 电泳 2~ 3h 后在凝胶成像仪上 成像。 1. 4. 3 SSR 标记数据收集及统计分析 SSR 呈共显性 标记的记录方法, 根据成像结果, 与日本晴带型相同记 为 A, 与广陆矮 4号带型相同记为 B, 杂合带型记为 H, 模糊或缺失带型记为 ) 。并对每个标记的带型在群体 中的分布进行 X2 测验, 检测其显著性。 1. 5 分子遗传图谱的构建及 QTL 分析
agronom ic tra its in the F2 popu lation
30
中国生物工程杂志 China B io techno logy
Vo .l 27 No. 1 2007
2. 2 农艺性状间的相互关系
变其表现强度, 但不改变其方向, 这为我们进行数量性
分蘖及其相 关性状是水 稻的重要农 艺性状, 决 定 状的遗传改良奠定了基础。
引物对亲本 日本晴和广 陆矮 4 号进行 多态性 分析, 得 到 200个多态性好的引物组, 占 26. 46%。用这些引物
关关系, 主穗长与剑叶长、穗数相关关系一正一负。
组合对 F2群体进行分析, 其中 158 对引物的扩增带型
表 2 6类农艺性状间的相关关系
清晰稳定呈现共显性, 被用于连锁图谱的构建。
采用复合区间作图法对分蘖数、穗数、有效分蘖数 等 6类农艺性状进行全基因组扫描, 以 LOD2. 2作为阀 值, 共检测到 6 个性状的 28 个 QTLs, 单个 QTL 的变异 解释为 9. 3% ~ 40. 9% , 其中 大于 20% 的 10 个 (表 3、
从表 2 中不难看出, 数量性状间的关系极其复杂,
1988 年 M cC ouch 等 [ 9] 利用籼粳交组合 / IR34583 / Bu lud alam 0F2群体和 IR 36 的初级三体确定连锁群, 构 建了第 一张 水 稻 RFLP 分 子 遗 传 图 谱, 之 后, C ausse 等 和 [10] Ku rata等 [ 11] 分别构建了包含 1300多个和 600 多个标记的遗 传图谱, T em nykh 等 [ 12] 构 建了 首张 500 多个微卫星标记的遗传图谱, 目前美国 C ornell大学 构 建的水稻微卫星遗传图谱标记已经达 2740多 个, 这 些
为此, 本研 究选用测序 品种日本晴 和广陆矮 4 号 为亲本构建 SSR 遗 传连锁图谱, 采 用复合区间 作图法 对水稻 6类农艺性状进行 QTL 分析; 并计算单个 QTLs 的加性、显性效应及其对 表型的贡 献率。对选用 测序 材料作为亲本 构建图谱, 探 讨水稻重要 农艺性状 的分 子基础及其育种意义。
简单序列重复 ( smi p le sequence repeats, SSR ) 标记 以其高突变率、中性、共显性及其在真核基因组中的普 遍性、操作简单 快捷、经济有效, 可直接 用于分子 标记 辅助育种等 方面 的优 点, 现 已成 为分子 生物 学、遗 传 学、育种学等研究领域得 到广泛应 用。 而选用测 序品 种作为构图群 体亲本, 一方 面可以为水 稻亚种间 比较 图谱分析奠定 基础; 另一方 面为诠释水 稻整个基 因组 的遗传信息提供载体 [13] 。
1 材料与方法
1. 1 材 料 本研究实验材料为中国水稻所提供日本晴和广陆
矮 4号, 已完成全基因组和部分基因组测 序, 2005年 7
2007, 27( 1)
梁永书 等: 测序水稻品种 SSR 遗传连锁图谱的构建及其农艺性状基因座分析
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月在四川温江四川农业大学水稻所实验农场配制杂交 组合 / 日本晴 /广陆矮 4 号 0自交得 F2 群体, 随机选 取 90个单株用于构建遗传图谱。 1. 2 农艺性状考察