水稻苗期稻瘟病抗性的全基因组关联分析

【摘要】水稻是重要的粮食作物。稻瘟病是全世界水稻主栽区发生最严重的病害之一，平均每年因稻瘟病损失的产量可供6千万人食用。防治稻瘟病最经济、安全的方法是培育含稻瘟病持久抗性基因的新品种。目前对稻瘟病抗性基因的克隆主要是通过构建双亲本遗传群体，运用图位克隆的方法实现。本研究首次应用805,158个SNP标记，对517份中国水稻地方品种资源的稻瘟病抗性进行全基因组关联分析。主要结果如下：1.运用混合线性模型，在P<10-7水平条件下，全基因组关联分析（Genome-WideAssociatedStudy,GWAS）共检测到126个关联位点。在籼稻群体内共检测到51个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点；在粳稻群体内共检测到5个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点；在总样本中共检测到72个与稻瘟病抗性相关联的SNP位点。2.在所检测到的SNP位点中，有18个已报道位点，其中包含7个已克隆基因（Pia、Pik、Pi-1、Pik-h/Pi-54、Pik-m、Pik-p、Pi5/Pi3/Pi-i）和8个QTL位点（Pif、Pig、PiGD3、Pik-s、Pik-g（t）、Pitq5、Pitg6、Pi6）。除已知位点外，还发现18个新的SNP位点，共涉及25个尚未报道的R基因；籼稻群体中检测到17个，粳稻群体中仅检测到1个，总样本自然群体中检测到11个。其中有4个候选R基因同时在籼稻群体和总样本群体中均被检测到，1个在粳稻群体和总样本群体中被检测到。3.利用基因功能注释（geneontology，GO）对其它候选基因进行功能分类，划分为53个功能亚范畴。在蛋白质类型范畴中，核苷酸结合（nucleicacidbinding）和水解酶（hydrolase）所占比例最大；在生物途径范畴中，代谢途径（metabolicprocess）所占比例最大；在代谢途径范畴中，DNA复制（DNAreplication）所占比例最大；在分子功能范畴中，催化过程（catalyticactivity）和连接（binding）所占比例最大。4.本研究共选取4个显著关联位点：Chr116526998、Chr1214696604、Chr1213690289和Chr1213032951。运用实时定量PCR（Real-timequantitativePCR，RT-PCR）技术及基因表达谱信息，对候选基因进行检测和验证。结果显示：（1）Chr116526998位于稻瘟病抗性基因Pia的组成基因Os11g0225100的编码区；（2）Chr1214696604位于PiGD3（QTL）附近，研究发现基因Os12g0438300（含有NB-ARC和LRR结构域）很可能是PiGD3的最优候选基因；（3）对于Chr1213690289关联位点，基因Os12g0424700和基因Os12g0427000可能相互协作，共同完成稻瘟病抗性调控；（4）对于Chr1213032951关联位点，基因Os12g0416300、Os12g0417100和Os12g0417600被视为最优候选基因。5.候选基因单倍型分析表明大部分SNPs变异均属于非同义突变。6.本研究证实GWAS能够作为一种高效率挖掘抗性候选基因的方法。
【作者】王彩红；
【导师】魏兴华；
【作者基本信息】中国农业科学院，作物种质资源学，2014，博士
【关键词】水稻；苗期；稻瘟病；全基因组关联分析；候选基因；R蛋白；

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