利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTL

1、利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTL鄭洪亮劉博文趙宏偉王敬國(guó)劉化龍孫健邢軍鄒德堂(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所,哈爾濱;通訊聯(lián)系人,Email:zoudtcom)IdentificationofQTLsforSaltToleranceattheGerminationandEarlySeedlingStageUsingLinkageandAssociationAnalysisinjaponicaRiceZHENGHongliang,LIUBowen,ZHAOHongwei,WANGJingguo,LIUHualong,SUNJian,XINGJun,ZOUDetang(RiceRese

2、archInstitute,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin,China;Correspondingauthor,Email:zoudtcom)ZHENGHongliang,LIU,Bowen,ZHAOHongwei,etalIdentificationofQTLsforsalttoleranceatthegerminationandearlyseedlingstageusinglinkageandassociationanalysisinjaponicariceChinJRiceSci,():Abstract:QTLforsalttolerance

3、atthegerminationandearlyseedlingstageinriceweredetectedvialinkageandassociationanalysesABCF:populationwasconstructedincludingBCFlines,derivedfromacrossbetweenDongnong(highyieldingricevarietywithgoodgrainquality,astherecurrentparent)andChangbai(salttolerantricevariety,asthedonorparent)QTLsweredetecte

4、dforsalttoleranceatthegerminationandearlyseedlingstageincludingrelativegerminationrate(RGR),relativeseedlingheight(RSH),relativerootnumber(RRN),relativerootlength(RRL)weredetectedbyusingICIMwithageneticlinkagemapconstructedwithSSRmarkersAtotalofQTLswereidentifiedApanelofjaponicariceaccessionsfromdif

5、ferentgeographicaloriginswereusedforbothwholegenomeassociationandtargetedregionalassociationmappingTheaccessionsweregenotypedwithselectedSSRmarkers,andthenassociationanalysisbetweenSSRmarkersandtraitswereperformedusingTASSELGLMandMLMprogramsAtotalofsignificantmarkertraitassociationswereidentifiedwit

6、hinmarkers,andQTLsreportedbylinkagemappingwerevalidated,andnovelallelesattheselociwereminedfromthesetofjaponicariceBycomparingthechromosomalpositionsoftheQTLswiththosepreviouslyidentified,fourofthemlocatedinthesameorneargenomeregions,qRRLwasreportedforthefirsttimeKeywords:japonicarice;germinationsta

7、ge;earlyseedlingstage;salttolerance;QTL;linkagemapping;associationmapping鄭洪亮,劉博文,趙宏偉,等利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTL中國(guó)水稻科學(xué),():摘要:通過(guò)連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析兩種方法尋找與水稻芽期和幼苗前期耐鹽性QTL,并進(jìn)一步挖掘優(yōu)異等位變異及載體材料.連鎖分析以高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種東農(nóng)為輪回親本,耐鹽性水稻品種長(zhǎng)白號(hào)為供體親本構(gòu)建BCF:群體,利用個(gè)SSR標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖譜,采用ICIM法對(duì)相對(duì)發(fā)芽率(RGR)、相對(duì)苗高(RSH)、相對(duì)根數(shù)(RRN)和相對(duì)根長(zhǎng)(RRL)等個(gè)與水稻芽期和幼苗前期耐

8、鹽性相關(guān)的性狀進(jìn)行QTL定位分析,共檢測(cè)到個(gè)QTL.關(guān)聯(lián)分析以份粳稻種質(zhì)組成的自然群體為研究材料,利用個(gè)SSR標(biāo)記進(jìn)行群體基因型檢測(cè),采用Tassel的GLM和MLM模型進(jìn)行標(biāo)記與性狀的關(guān)聯(lián)分析,共檢測(cè)到個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn),并驗(yàn)證了連鎖分析中的個(gè)QTL,進(jìn)一步鑒定得到個(gè)優(yōu)異等位基因.通過(guò)比較圖譜發(fā)現(xiàn),經(jīng)驗(yàn)證的個(gè)QTL中有個(gè)與前人定位在同一或相鄰的染色體區(qū)域,而qRRL在前人研究中未見(jiàn)報(bào)道.關(guān)鍵詞:粳稻;芽期;幼苗前期;耐鹽;QTL;連鎖分析;關(guān)聯(lián)分析中圖分類號(hào):Q;Q文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):()水稻是世界上最重要的糧食作物之一,全球半數(shù)以上的人口以稻米為主食.土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)限制水稻生產(chǎn)發(fā)展的重

9、要逆境因子之一.近年來(lái),由于工業(yè)污染的加劇以及不合理灌溉,使土壤鹽漬化日趨嚴(yán)重,鹽害已成為制約世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,更是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、威脅糧食安全的直接因素.因此,研究水稻的耐鹽性遺傳機(jī)制,發(fā)掘耐鹽基因或QTL及耐鹽載體材料,通收稿日期:;修改稿收到日期:.基金項(xiàng)目:農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(BADB);國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(BADB);科技部科技支撐項(xiàng)目(BADB).中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci),():http:/wwwricescicnDOI:/jissn過(guò)育種手段改良品種的耐鹽性,是減輕水稻鹽害和提高鹽漬土生產(chǎn)力的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的措施.隨著分子生物學(xué)技術(shù)

10、的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外采用連鎖分析的方法對(duì)水稻耐鹽性相關(guān)性狀QTL進(jìn)行了廣泛的研究,但大部分研究以秈稻為試驗(yàn)材料且主要集中在苗期.近些年來(lái),對(duì)分蘗期和成熟期的研究有了一定進(jìn)展,.研究表明,水稻耐鹽性具有明顯的發(fā)育階段特異性,某一發(fā)育階段的耐鹽性與其他發(fā)育階段的耐鹽性可能不存在明顯的相關(guān)性.因此,定位研究粳稻芽期和幼苗前期耐鹽性主效QTL對(duì)提高該時(shí)期耐鹽性及開(kāi)展鹽漬土水稻直播具有重要意義.在以往的連鎖分析中,不同研究者由于所用的作圖群體、分子標(biāo)記、試驗(yàn)環(huán)境和計(jì)算方法等方面的不同,結(jié)果往往差異較大,只有少數(shù)的QTL能夠相互驗(yàn)證,而且連鎖分析受親本數(shù)目的限制,所鑒定的耐鹽性QTL可能會(huì)發(fā)生遺漏.關(guān)聯(lián)分析即關(guān)

11、聯(lián)作圖(associationmapping)、連鎖不平衡(linkagedisequilibrium,LD)作圖,是一種基于連鎖不平衡鑒定某一群體內(nèi)目標(biāo)性狀與分子標(biāo)記關(guān)系的一種方法.關(guān)聯(lián)分析以自然群體為研究材料,由于群體內(nèi)歷史重組事件的積累可以顯著地增加變異范圍,而且可以同時(shí)檢測(cè)同一基因座上的復(fù)等位基因,確定不同種質(zhì)資源所攜帶的等位基因及其對(duì)目標(biāo)性狀的貢獻(xiàn).到目前為止,關(guān)聯(lián)分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用于玉米、擬南芥、水稻、小麥和大豆當(dāng)中,然而群體結(jié)構(gòu)等因素所帶來(lái)的假陽(yáng)性問(wèn)題一直是關(guān)聯(lián)分析的障礙.因此,在一個(gè)試驗(yàn)中同時(shí)采用連鎖和關(guān)聯(lián)分析能夠有效地提高QTL的檢測(cè)精度并挖掘優(yōu)異等位基因.基于以上原因,本研究

12、分別利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)與水稻芽期和幼苗前期耐鹽性相關(guān)的QTL,并進(jìn)一步利用自然群體對(duì)連鎖分析的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證并挖掘優(yōu)異等位變異,以獲得真實(shí)可靠的QTL及相應(yīng)的載體材料,為水稻耐鹽性的分子標(biāo)記輔助選擇和耐鹽性種質(zhì)創(chuàng)新提供理論依據(jù).材料與方法試驗(yàn)材料連鎖分析:以優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種東農(nóng)為輪回親本,與供體親本耐鹽水稻品種長(zhǎng)白號(hào)配雜交組合,經(jīng)過(guò)一輪自交,兩輪回交和一輪自交,獲得個(gè)BCF單株,作為作圖群體.關(guān)聯(lián)分析:選取來(lái)源地不同的份東北亞粳稻品種構(gòu)成自然群體.其中中國(guó)品種份,日本份,韓國(guó)份,朝鮮份,俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)份,法國(guó)份,群體中包含連鎖分析中的兩個(gè)親本東農(nóng)和長(zhǎng)白號(hào).供試材料由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)

13、研究所、遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供.耐鹽性鑒定水稻芽期和幼苗前期耐鹽性鑒定在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.年月日將BCF個(gè)家系及份粳稻種質(zhì)的種子放入恒溫箱中處理h,使種子充分干燥以打破休眠.種子冷卻后,用的NaClO溶液消毒min,然后用自來(lái)水沖洗次.每份材料挑選粒飽滿的種子,平均分成兩份,分別置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中,在一個(gè)培養(yǎng)皿里加入NaCl溶液mL,在另一個(gè)培養(yǎng)皿中加入mL蒸餾水作為對(duì)照,加蓋后放入恒溫箱中催芽,每天定時(shí)更換一次鹽液和蒸餾水.試驗(yàn)重復(fù)兩次.以水稻種子的芽長(zhǎng)等于種子長(zhǎng)度的一半為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn),在催芽第天調(diào)查種子發(fā)芽粒數(shù),并計(jì)算發(fā)芽率.

14、d后將恒溫箱晝夜溫度調(diào)整為和,相對(duì)濕度為.d后每份材料隨機(jī)選取株,測(cè)量其苗高,根數(shù)和最長(zhǎng)根長(zhǎng)(以下簡(jiǎn)稱根長(zhǎng)),并進(jìn)一步計(jì)算相對(duì)發(fā)芽率(RGR)、相對(duì)苗高(RSH)、相對(duì)根數(shù)(RRN)和相對(duì)根長(zhǎng)(RRL)用來(lái)評(píng)價(jià)水稻耐鹽性的強(qiáng)弱.相對(duì)發(fā)芽率()(處理的平均發(fā)芽率/對(duì)照的平均發(fā)芽率)×.按相同的方法計(jì)算相對(duì)苗高、相對(duì)根數(shù)和相對(duì)根長(zhǎng).SSR標(biāo)記分析按照Doyle等CTAB法提取DNA,稍有改進(jìn).參照http:/wwwgrameneorg中的引物數(shù)據(jù),選擇均勻分布于水稻條染色體上的SSR標(biāo)記對(duì),由上海生工生物工程有限公司合成.連鎖分析利用雙親間多態(tài)性較好的對(duì)SSR引物進(jìn)行群體檢測(cè),并構(gòu)建遺傳

15、連鎖圖譜.關(guān)聯(lián)分析利用個(gè)SSR標(biāo)記,其中包括個(gè)本研究通過(guò)連鎖分析檢測(cè)到的與QTL緊密連鎖的標(biāo)記.PCR總體積為L(zhǎng),體系包括L的模板DNA(ng/L),L×PCR緩沖液,LMgCl(mmol/L),LSSR引物(ng/L),鄭洪亮等:利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTLLdNTP(mmol/L),LTaq酶(U/L),ddHO補(bǔ)足至L,最后加入液體石蠟覆蓋體系.PCR擴(kuò)增條件為預(yù)變性min,下變性s,下退火s,下延伸s,共個(gè)循環(huán),下延伸min,下保存.擴(kuò)增結(jié)果采用聚丙烯酰胺凝膠電泳及銀染法檢測(cè).數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建及QTL分析應(yīng)用軟件JoinMap構(gòu)建分子標(biāo)

16、記連鎖圖譜.采用ICIMAPPING的完備區(qū)間作圖法(ICIM)進(jìn)行QTL定位,取LOD為QTL的閾值.QTL的命名原則遵循McCouch等提出的方法.按Stuber等方法,根據(jù)顯性度(DR比值)即顯性效應(yīng)與加性效應(yīng)絕對(duì)值的比值來(lái)判斷每個(gè)QTL的基因作用方式.當(dāng)DR時(shí),基因效應(yīng)為加性;當(dāng)DR時(shí),基因效應(yīng)為部分顯性;當(dāng)DR時(shí),基因效應(yīng)為顯性;當(dāng)DR時(shí),基因效應(yīng)為超顯性.連鎖不平衡、群體結(jié)構(gòu)及親緣關(guān)系分析使用TASSEL軟件分析群體的連鎖不平衡程度,參照Temnykh和McCouch等遺傳圖譜估計(jì)遺傳距離.應(yīng)用Structure軟件估測(cè)樣本群體結(jié)構(gòu),利用個(gè)位點(diǎn)中cM的對(duì)SSR位點(diǎn)進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析,

17、將MCMC(MarkovChainMonteCarlo)開(kāi)始時(shí)不作數(shù)迭代(Lengthofburninperiod)設(shè)為次,再將不作數(shù)迭代后的MCMC設(shè)為次,K值設(shè)為,重復(fù)運(yùn)算次,若發(fā)現(xiàn)lnP(D)的值持續(xù)增大,沒(méi)有拐點(diǎn),則用K確定K值,Km|L(K)L(K)L(K)|/sL(K),m表示均值,s表示標(biāo)準(zhǔn)差.利用SPAGeDid軟件計(jì)算成對(duì)材料間Kinship矩陣.稀有等位基因(頻率)作為缺失處理.關(guān)聯(lián)分析及優(yōu)異等位基因挖掘利用TASSEL軟件的一般線性模型(GLM)和混合線性模型(MLM)分別進(jìn)行性狀與標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析,當(dāng)P時(shí)認(rèn)為該標(biāo)記與目標(biāo)性狀關(guān)聯(lián).連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析中重復(fù)檢測(cè)到的標(biāo)記,每個(gè)

18、標(biāo)記按照基因型對(duì)表型進(jìn)行分組,以具有最小平均值(耐鹽性最差)的基因型為對(duì)照,采用Dunnettt檢驗(yàn)比較不同組間性狀平均值與對(duì)照的差異顯著性,將表現(xiàn)顯著(P)的等位基因作為優(yōu)異等位基因,表型效應(yīng)值為優(yōu)異等位基因的性狀平均值與對(duì)照的差值.結(jié)果與分析回交導(dǎo)入系及關(guān)聯(lián)分析群體的芽期和幼苗前期耐鹽性表現(xiàn)分別對(duì)雙親、BCF株系及份粳稻種質(zhì)的RGR、RSH、RRN和RRL等芽期和幼苗前期耐鹽性相關(guān)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表).可以看出,母本東農(nóng)芽期和幼苗前期各指標(biāo)的相對(duì)值均低于父本長(zhǎng)白號(hào),并表現(xiàn)出顯著差異.BCF株系除RSH外,各指標(biāo)的均值都介于雙親之間,且變異范圍較大,均存在明顯的超親分離現(xiàn)象.份粳稻種質(zhì)的R

19、GR、RSH、RRN及RRL的變異范圍及變異系數(shù)均大于BCF株系,RRL的變異范圍和變異系數(shù)最大,分別為和.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布的適合性檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)各性狀的偏斜度和峰值的絕對(duì)值均小于,表明這些性狀基本符合正態(tài)分布,呈現(xiàn)典型的數(shù)量性狀遺傳模式.表回交導(dǎo)入系及關(guān)聯(lián)分析群體的芽期和幼苗前期耐鹽性表現(xiàn)TablePerformanceofsalttolerancerelatedtraitsofadvancedbackcrossingintrogressionlinesandassociationmappingpopulation性狀Trait親本Parent東農(nóng)DN長(zhǎng)白號(hào)CB差異DifferenceBCF株

20、系BCFlines平均值Mean變異范圍Range變異系數(shù)CV/峰度Kurtosis偏斜度Skewness關(guān)聯(lián)分析群體Associationmappingpopulation平均值Mean變異范圍Range變異系數(shù)CV/峰度Kurtosis偏斜度SkewnessRGRRSHRRNRRLRGR表示相對(duì)發(fā)芽率,RSH表示相對(duì)苗高,RRN表示相對(duì)根數(shù),RRL表示相對(duì)根長(zhǎng).、分別表示、的顯著水平.下同.RGRrepresentsrelativegerminationrate;RSHrepresentsrelativeseedlingheight;RRNrepresentsrelativerootnum

21、ber;RRLrepresentsrelativerootlengthDN,Dongnong;CB,Changbai,Significantattheandlevels,respectivelyThesameasbelow中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第卷第期(年月)芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的相關(guān)分析對(duì)BCF株系及份粳稻種質(zhì)的RGR、RSH、RRN和RRL等芽期和幼苗前期耐鹽性相關(guān)性狀進(jìn)行相關(guān)分析(表).可以看出,各耐鹽性狀在兩個(gè)群體中均呈顯著或極顯著正相關(guān),其中RGR與RSH、RRN、RRL的相關(guān)系數(shù)較小,且呈顯著或極顯著正相關(guān),RSH、RRN及RRL彼此間相關(guān)系數(shù)較大,且呈極顯

22、著正相關(guān).BCF:群體的QTL定位遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建利用對(duì)SSR標(biāo)記進(jìn)行BCF分離群體的遺傳連鎖圖譜構(gòu)建,該圖譜共覆蓋水稻基因組約cM,標(biāo)記間平均距離為cM.芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的QTL定位對(duì)RGR、RSH、RRN和RRL等芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀進(jìn)行QTL定位分析,結(jié)果如表所示,共檢測(cè)到個(gè)QTL位點(diǎn),分布在水稻的第、和染色體上.其中,與RGR相關(guān)的QTL個(gè),可解釋的表型變異范圍為,除qRGR的增效等位基因來(lái)自東農(nóng)外,其余個(gè)QTL的增效等位基因均來(lái)自長(zhǎng)白;檢測(cè)到與RSH相關(guān)的QTL個(gè),第、染色體上各個(gè),貢獻(xiàn)率的變異范圍為,除qRSH的增效等位基因來(lái)自東農(nóng)外,另外個(gè)QTL的增效等位基因來(lái)

23、自長(zhǎng)白號(hào);檢測(cè)到與RRN相關(guān)的QTL個(gè),其中qRRN的貢獻(xiàn)率最大(),其增效等位基因來(lái)自長(zhǎng)白號(hào);檢測(cè)到與RRL相關(guān)的QTL個(gè),分別為qRRL和qRRL,LOD值為和,可解釋的表型變異分別為和,其增效等位基因均來(lái)自長(zhǎng)白號(hào).SSR標(biāo)記與芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析SSR位點(diǎn)間的連鎖不平衡及其衰減不同位點(diǎn)等位基因間的連鎖不平衡是關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ),分析散布于水稻全基因組SSR位點(diǎn)間的連表芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的相關(guān)性分析TableCorrelationanalysisofsalttolerancerelatedtraitsatgerminationandearlyseedlingstage性

24、狀TraitRGRRSHRRNRRLRGRRSHRRNRRL、分別表示、的顯著水平.左下角和右上角的數(shù)據(jù)分別代表BCF株系和份種質(zhì)材料的相關(guān)系數(shù).,Significantattheandlevels,respectivelyThecorrelationcoefficientsofBCFlinesandtheaccessionsarelistedinthebottomleft,andthetoprightofthetable,respectively表BCF:群體耐鹽相關(guān)性狀的QTL及其遺傳效應(yīng)TableQTLandthegeneticeffectsofthesalttoberancerelat

25、edtraitsofriceinBCF:population性狀Trait名稱Name染色體Chromosome標(biāo)記區(qū)間MakerintervalLOD貢獻(xiàn)率PVE/加性效應(yīng)EstA顯性效應(yīng)EstD基因作用方式D/ARGRqRGRRMRMODqRGRRMRMPDqRGRRMRMPDRSHqRSHRMRMODqRSHRMRMDqRSHRMRMODRRNqRRNRMRMODqRRNRMRMODqRRNRMRMODRRLqRRLRMRMPDqRRLRMRMDPD部分顯性;D顯性;OD超顯性.粗體為與QTL緊密連鎖的標(biāo)記.PD,Partialdominance;D,Dominance;OD,Overd

26、ominanceMarkersinboldrepresentclosestmarkeroftheQTL鄭洪亮等:利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTL圖BCF:群體芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的QTL位點(diǎn)在染色上的位置FigLocationsofQTLforsalttolerancerelatedtraitsatthegerminationandearlyseedlingstageinBCF:population圖水稻條染色體個(gè)SSR位點(diǎn)間的連鎖不平衡分布FigDistributionofLDamongSSRlocionchromosomesinrice鎖不平衡有助于了解水稻基因組

27、連鎖不平衡狀態(tài).圖顯示了個(gè)SSR位點(diǎn)在個(gè)連鎖群上連鎖不平衡的分布情況,可見(jiàn)在個(gè)SSR位點(diǎn)成對(duì)組合中,不論是共線性的組合(同一連鎖群),還是非共線性組合(不同連鎖群),都有一定程度LD存在(圖中斜線上方非白色小格).得到統(tǒng)計(jì)概率(P)支持的不平衡成對(duì)位點(diǎn)為個(gè)(圖中為下角非白色小格),占全部位點(diǎn)組合的.圖為顯著性LD隨著遺傳距離增大的衰減散點(diǎn)圖(閾值為r).我們發(fā)現(xiàn)LD衰減不是一個(gè)隨著遺傳距離變化的單調(diào)關(guān)系,LD往往出現(xiàn)在兩個(gè)比較近的分子標(biāo)記之間,同時(shí)在比較遠(yuǎn)的兩個(gè)分子標(biāo)記之間,LD的衰減大約發(fā)生在cM距離處.群體結(jié)構(gòu)分析利用STRUCTURE進(jìn)行群體遺傳結(jié)構(gòu)分析.研究發(fā)現(xiàn)lnP(D)的值持續(xù)增大

28、,沒(méi)有拐點(diǎn),因而用K來(lái)確定K值(圖),當(dāng)K時(shí)K達(dá)到最大值,因此判斷樣本亞群數(shù)目為.K為時(shí)各材料的Q值被用于下一步關(guān)聯(lián)分析.芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析及連鎖分析結(jié)果的驗(yàn)證利用個(gè)SSR標(biāo)記(其中個(gè)為本研究連鎖分析中與QTL緊密連鎖的標(biāo)記)通過(guò)TASSLE軟件的GLM模型和MLM模型分別對(duì)RGR、RSH、RRN和RRL進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析.共檢測(cè)到個(gè)SSR位點(diǎn),累計(jì)次顯著關(guān)聯(lián)(P),分布在除第、和外的條染色體上(表),與RGR、RSH、RRN和RRL相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)數(shù)分別為、和個(gè),其中有個(gè)標(biāo)記同時(shí)與個(gè)或個(gè)以上性狀關(guān)聯(lián).本研究連鎖分析所檢測(cè)到的個(gè)與QTL緊密連鎖的標(biāo)記中(個(gè)QTL)有個(gè)(個(gè)QTL)可以在

29、關(guān)聯(lián)分析中重復(fù)檢測(cè)到.將這個(gè)SSR標(biāo)記根中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第卷第期(年月)LD衰減的閾值為r,以cM表示來(lái)自不同染色體上的非連鎖位點(diǎn)的遺傳距離,LD衰減大約發(fā)生在cM距離處.LDdecaywasdecidedwithathresholdofrAgeneticdistanceofcMwaschosentorepresentunlinkedlociondifferentchromosomesLDdecayedataboutcM圖LD(r)值隨遺傳距離衰減FigPatternofLDindicatingcorrelationsofallelefrequencies(r)valu

30、eagainstgeneticdistance(cM)betweenalllocipairs據(jù)基因型將自然群體進(jìn)行分組,利用單因素方差分析比較不同組間性狀平均值的差異顯著水平,結(jié)果表明,除RM外的個(gè)SSR位點(diǎn)(RM、RM、RM和RM)其不同組間性狀平均值均顯著或極顯著差異,驗(yàn)證了qRGR、qRSH、qRSH、qRRN和qRRL的真實(shí)性.優(yōu)異等位基因及載體材料將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的個(gè)SSR標(biāo)記進(jìn)一步采用Dunnettt檢驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)異等位基因挖掘,同時(shí)列出攜帶該等位基因的個(gè)最佳品種(表).從表中可以看出,個(gè)SSR標(biāo)記共鑒定出個(gè)優(yōu)異等位基因,RM、RM、RM和RM分別檢測(cè)到、和個(gè)優(yōu)異等位基因,其中RMbp同時(shí)與

31、RSH和RRN相關(guān).討論連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析是剖析復(fù)雜性狀遺傳基礎(chǔ)的兩種重要方法.水稻的耐鹽性是由多基因控制的表與芽期和幼苗前期耐鹽性相關(guān)性狀的相關(guān)位點(diǎn)及表型變異的解釋率TableExplainedphenotypicvariationatlocihighlyassociatedwithsalttolerantlerelatedtraitsatthegerminationandearlyseedlingstages性狀Trait標(biāo)記Marker染色體ChromosomeGLMP值Pvalue解釋率R/MLMP值Pvalue解釋率R/QTLF值FvalueRGRRMqRGRRMRMRMRMRSHR

32、MRMqRSHRMqRSHRMRMRRNRMRMRMRMRMqRRNRRLRMRMqRRLRMRMRMqRRLRMRM,分別表示、的顯著水平.GLM一般線性模型;MLM混合線性模型.,Significantattheandlevels,respectivelyGLM,Generallinearmodel;MLM,Mixedlinearmodel鄭洪亮等:利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTL圖STRUCTURE軟件分析預(yù)測(cè)的lnP(D)和KFigEstimatedlnP(D)andKbySTRUCTUREanalysis數(shù)量性狀,尋找控制水稻耐鹽性的全部QTL并進(jìn)行基因聚合對(duì)于提

33、高水稻耐鹽性具有重要意義.連鎖分析已經(jīng)被證明可以有效地剖析并定位水稻的耐鹽性QTL,但由于所應(yīng)用的親本數(shù)較少,后代群體重組的機(jī)會(huì)有限,因此當(dāng)?shù)任换蛟陔p親中無(wú)差異時(shí),QTL無(wú)法通過(guò)連鎖分析檢測(cè)出來(lái).與連鎖分析相比,關(guān)聯(lián)分析以數(shù)百個(gè)品種組成的自然群體為研究材料,由于歷史重組事件的積累而產(chǎn)生的大量遺傳變異,可以顯著地增加變異范圍,而且可以同時(shí)檢測(cè)同一基因座上的多個(gè)等位基因.然而,關(guān)聯(lián)分析存在兩個(gè)弊端,一是關(guān)聯(lián)分析無(wú)法檢測(cè)稀有等位變異;二是當(dāng)自然群體存在較為復(fù)雜的群體結(jié)構(gòu)時(shí),可能導(dǎo)致基因多態(tài)性位點(diǎn)與性狀的相關(guān)性并非由功能性等位基因引起,從而提供假陽(yáng)性結(jié)果.因此,連表與芽期和幼苗前期耐鹽相關(guān)的優(yōu)異等位

34、基因及載體材料TableFavorableallelesandtheircarriersrelatedtosalttoleranceatthegerminationandearlyseedlingstages標(biāo)記Marker染色體ChrQTL等位變異Allele/bp表性效應(yīng)Phenotypiceffect載體材料數(shù)量Noofcarriers載體材料CarriermaterialRMqRGR阿利西恩、衛(wèi)國(guó)號(hào)、牡丹江號(hào)、老光頭、合江號(hào)Elysion,Eikoku,Mudanjiang,Laoguangtou,Hejiang花東稻、白芒稻、松粳號(hào)、秋昭、龍稻號(hào)Huadongdao,Baimangd

35、ao,Songjing,Qiuzhao,LongdaoRMqRSH牡丹江號(hào)、愛(ài)娘、遼粳、田泰、東北Mudanjiang,Ainiang,Liaojing,Tiantai,Dongbei秋嶺、公字號(hào)、松粳號(hào)、光頭、開(kāi)粳號(hào)Qiuling,Gongzi,Songjing,Guangtou,KaijingqRRN黑芒稻、五常白毛、白刃、牡丹江號(hào)、長(zhǎng)白Heimangdao,Wuchangbaimao,Bairen,Mudanjiang,ChangbaiRMqRSH金線稻號(hào)、花臉、黑芒稻、云長(zhǎng)、陸奧香Jinxiandao,Hualian,Heimangdao,Yunchang,Luaoxiang道北、牡丹

36、江號(hào)、金早、吉粳、九稻號(hào)Daobei,Mudanjiang,Jinzao,Jijing,Jiudao吉粳、北稻號(hào)、龍粳、尚美、綏粳號(hào)Jijing,Beidao,Longjing,Shangmei,SuijingRMqRRL光頭糯、賓縣陸稻、印月、紅黏稻、北黃金Guangtounuo,Binxianludao,Yinyue,Hongniandao,Kitakogane金線稻號(hào)、長(zhǎng)白、牡丹江、紅毛稻子、小白粳子Jinxiandao,Changbai,Mudanjiang,Hongmaodaozi,Xiaobaijingzi中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第卷第期(年月)鎖分析與關(guān)聯(lián)分析在進(jìn)

37、行QTL檢測(cè)時(shí)均具有一定的優(yōu)缺點(diǎn),充分利用兩種方法的優(yōu)勢(shì)將兩種方法進(jìn)行結(jié)合不但能夠顯著提高QTL的檢測(cè)效率,而且有助于我們發(fā)現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的QTL.為獲得控制水稻芽期和幼苗前期耐鹽性盡量豐富的遺傳信息,分別利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析對(duì)RGR、RSH、RRN和RRL等個(gè)耐鹽相關(guān)性狀進(jìn)行了QTL定位,兩種方法分別檢測(cè)了的個(gè)QTL和個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn).同時(shí),利用自然群體對(duì)連鎖分析所檢測(cè)到的個(gè)與QTL緊密連鎖的標(biāo)記(個(gè)QTL)進(jìn)行了驗(yàn)證,獲得了個(gè)真實(shí)可靠的QTL(個(gè)SSR標(biāo)記),并進(jìn)一步利用個(gè)SSR標(biāo)記進(jìn)行優(yōu)異等位基因挖掘,獲得了個(gè)優(yōu)異等位基因及一系列載體材料.這些等位變異及載體材料可在水稻芽期和幼苗前期的耐鹽性改

38、良方面進(jìn)行雜交組合的親本配制及后代選擇,從而提高育種效率.到目前為止,水稻的耐鹽性QTL定位進(jìn)行了大量的研究,通過(guò)相同標(biāo)記和比較圖譜將本研究經(jīng)驗(yàn)證的個(gè)QTL與前人結(jié)果進(jìn)行比較.發(fā)現(xiàn)qRGR與影響幼苗存活天數(shù)的qSDS、影響K含量的qKLV、影響株高的QPh、影響苗高的qSH定位在相同或相鄰區(qū)間;在第染色體上檢測(cè)到的qRSH和qRRN與影響發(fā)芽率的qGP和影響相對(duì)地上部干質(zhì)量的qRRW位于和相同區(qū)域;在第染色體檢測(cè)到的qRSH和Wang等,檢測(cè)到qIR、qRKC均與RM連鎖且位于相同區(qū)間;在第染色體檢測(cè)到的qRRL在前人研究中未見(jiàn)報(bào)道,很可能是與水稻耐鹽性相關(guān)的新位點(diǎn).另外,本研究關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)到

39、的RM和RM均與多個(gè)性狀關(guān)聯(lián),其中RM同時(shí)與RGR、RRN和RRL關(guān)聯(lián),RM同時(shí)與RSH和RRL關(guān)聯(lián),可以通過(guò)構(gòu)建在這個(gè)標(biāo)記間有差異的連鎖分析群體進(jìn)行驗(yàn)證.因此,同時(shí)利用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析能夠更有效地檢測(cè)水稻耐鹽性QTL,在今后研究中應(yīng)使用不同的鑒定指標(biāo)、不同的作圖群體及作圖方法,從而獲得更加完整、精確的QTL.參考文獻(xiàn):薛亞光,楊建昌水稻超高產(chǎn)生理特性與栽培技術(shù)作物雜志,:孫勇,藏金萍,王韻,等利用回交導(dǎo)入系群體發(fā)掘水稻種質(zhì)資源中的有利耐鹽QTL作物學(xué)報(bào),:LinHX,ZhuMZ,YanoM,etalQTLsforNaandKuptakeoftheshootsandrootscontroll

40、ingricesalttoleranceTheorApplGenet,:TakehisaH,ShimodateT,FukutaY,etalIdentificationofquantitativetraitlociforplantgrowthofriceinpaddyfieldfloodedwithsaltwaterFieldCropsRes,:LeeSY,AhnJH,ChaYS,etalMappingofquantitativetraitlociforsalttoleranceattheseedlingstageinriceMolCell,():汪斌,蘭濤,吳為人鹽脅迫下水稻苗期Na含量的QT

41、L定位中國(guó)水稻科學(xué),():藏金萍,孫勇,王韻,等利用回交導(dǎo)入系剖析水稻苗期和分蘗期耐鹽性的遺傳重疊中國(guó)科學(xué)C輯:生命科學(xué),():顧興友,梅曼彤,嚴(yán)小龍,等水稻耐鹽性數(shù)量性狀位點(diǎn)的初步檢測(cè)中國(guó)水稻科學(xué),():ShannonMCPrinciplesandstrategiesinbreedingforhighersalttolerancePlantSoil,:JohnsonDW,SmithSE,DobrenzAKGeneticandphenotypicrelationshipsinresponsetoNaClatdifferentdevelopmentalstagesinalfalfaTheorAp

42、plGenet,:FooladMR,LinGYAbsenceofarelationshipbetweensalttoleranceduringgerminationandvegetativegrowthintomatoPlantBreeding,:李慧慧,張魯燕,王建康數(shù)量性狀基因定位研究中若干常見(jiàn)問(wèn)題的分析與解答作物學(xué)報(bào),():FlintGarciaSA,ThomsberryJM,IvBStructureoflinkagedisequilibriuminplantsAnnuRevPlantBiol,:WengJ,XieC,HaoZ,etalGenomewideassociationstudy

43、identifiescandidategenesthataffectplantheightinChineseelitemaize(ZeamaysL)inbredlinesPlosOne,():eLiY,HuangY,BergelsonJ,NordborgM,etalAssociationmappingoflocalclimatesensitivequantitativetraitlociinArabidopsisthalianaProcNatlAcadSciUSA,():HuangX,WeiX,SangT,etalGenomewideassociationstudiesofagronomict

44、raitsinricelandracesNatGenet,():于海霞,田紀(jì)春小麥淀粉糊化特性與DArT標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析作物學(xué)報(bào),():NiuY,XuY,LiuXF,etalAssociationmappingforseedsizeandshapetraitsinsoybeancultivarsMolBreeding,:KorteA,FarlowATheadvantagesandlimitationsoftraitanalysiswithGWASPlantMethods,():韓龍植,張媛媛,喬永利,等水稻低溫發(fā)芽勢(shì)的遺傳及數(shù)量性狀基因座分析遺傳學(xué)報(bào),():DoyleJJ,DoyleJIIsol

45、ationofplantDNAfromfreshtissue鄭洪亮等:利用連鎖和關(guān)聯(lián)分析定位粳稻芽期及幼苗前期耐鹽性QTLFocus,:vanOoijenJW,VoorripsREJoinMap,softwareforthecalculationofgeneticlinkagemapsWageningen,TheNetherlands:PlantResearchInternationalLiHH,YeGY,WangJKAmodifiedalgorithmfortheimprovementofcompositeintervalmappingGenetics,():McCouchSRGenenomenclaturesystemforriceRice,:StuberCW,LincolnSE,WolffDW,etalIdentificationofgeneticfactorscontrib