本文關(guān)鍵詞：華南普通野生稻遺傳多樣性研究及NBS-LRR抗性基因發(fā)掘

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【摘要】：普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)是亞洲栽培稻(O.sativa L.)育種的重要基因庫(kù)源,其豐富的遺傳多樣性蘊(yùn)藏著大量的抗性變異基因。由于普通野生稻原生境的破壞,其野生居群的數(shù)量和面積正在不斷減少,如何通過(guò)遺傳多樣性評(píng)估和核心種質(zhì)構(gòu)建來(lái)保護(hù)這一重要的種質(zhì)資源,以及發(fā)掘該種質(zhì)的抗性基因,對(duì)于降低研究周期、成本和擴(kuò)大水稻基因資源庫(kù)具有極其重要的稻屬育種意義。本研究利用野生稻表型特征和SSR標(biāo)記(Simple sequence repeats),分析了普通野生稻8個(gè)居群(東鄉(xiāng)、佛岡、博羅、增城、惠來(lái)、高州、遂溪和瓊海)的種質(zhì)資源遺傳多樣性,并構(gòu)建了其核心種質(zhì),從核心種質(zhì)中選取2份具有優(yōu)異性狀的材料進(jìn)行全基因組測(cè)序,通過(guò)全基因組重測(cè)序的方法發(fā)掘NBS-LRR類(lèi)變異基因,研究結(jié)果表明:通過(guò)野生稻13個(gè)表型質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀的分析,結(jié)果顯示,數(shù)量性狀的平均變異系數(shù)(coefficient of variation)為0.56,其中二次枝梗數(shù)的變異系數(shù)平均為2.46,是表型變異的主要來(lái)源;居群間表型變異最大的是博羅居群,最小的是佛岡居群,3個(gè)質(zhì)量性狀和原種地緯度具有一定的相關(guān)性。通過(guò)分布在栽培稻12條染色體上的36對(duì)SSR引物,進(jìn)行居群間的遺傳多樣性分析,居群的有效位點(diǎn)數(shù)(Effective number of alleles,ne)、Nei's基因多樣性(Nei's gene diversity,h)、香農(nóng)指數(shù)(Shannon's information index,I)和多態(tài)性信息量(Polymorphism information content,PIC)平均值分別為1.403、0.239、0.365、0.640,說(shuō)明普通野生稻具有較高的遺傳多樣性。8個(gè)居群中增城、高州和遂溪3個(gè)居群的SSR遺傳多樣性較高,東鄉(xiāng)、瓊海和佛岡的次之,惠來(lái)和博羅的最低。經(jīng)過(guò)遺傳分化和基因流評(píng)估顯示,8個(gè)野生稻居群之間基因交流較少,增城居群與其它居群差異最大。本研究根據(jù)表型和SSR標(biāo)記遺傳距離構(gòu)建了130份核心種質(zhì),核心種質(zhì)在不同居群中占總種質(zhì)的12.1~20%。經(jīng)過(guò)核心種質(zhì)表型檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)核心種質(zhì)與總種質(zhì)間的數(shù)量性狀差異不顯著,質(zhì)量性狀能代表總種質(zhì)的100%�；蛐椭貜�(fù)性檢驗(yàn)顯示全部核心種質(zhì)不存在基因型重復(fù),構(gòu)建的核心種質(zhì)能有效覆蓋到表型和分子樹(shù)狀圖的每一個(gè)亞群,且能夠均勻分布于主成分(Principal component analysis)分布圖中。核心種質(zhì)基因保留率在94.20%~98.82%之間,多樣性參數(shù)經(jīng)過(guò)T測(cè)驗(yàn)顯示,核心種質(zhì)和原始種質(zhì)遺傳多樣性差異不顯著。說(shuō)明通過(guò)本研究表型和分子數(shù)據(jù)構(gòu)建的普通野生稻核心種質(zhì)具有較好的遺傳代表性和保留了較高的遺傳多樣性。利用Illumina HiSeq 2000 100PE高通量測(cè)序平臺(tái),以日本晴(O.sativa L.,Japonica)和93-11(O.indica,Indica)為參考基因組,從核心種質(zhì)中構(gòu)建兩份普通野生稻純合自交系材料,并進(jìn)行全基因組重測(cè)序研究。通過(guò)測(cè)序,樣品的堿基覆蓋深度(=1x)在89.59%以上,平均覆蓋深度大于32.48x。從SNP、InDel的總差異性來(lái)看,DXW102的SNP和InDel偏向于日本晴,DXW103偏向于93-11,SNP和InDels變異基因注釋表明,DXW103在日本晴參考基因組注釋的SNP、InDel變異最高,DXW102在日本晴參考基因組的注釋變異最低。兩份材料在93-11和日本晴參考基因組序列注釋的基因分別有53.1%和55.1%相同,說(shuō)明在兩個(gè)參考基因組注釋后,變異基因差異較大�；诨蜃⑨尳Y(jié)果,本研究篩選出大量的NBS-LRR類(lèi)候選變異基因。通過(guò)PCR驗(yàn)證發(fā)掘的NBS類(lèi)基因,發(fā)現(xiàn)研究發(fā)掘的NBS基因準(zhǔn)確性達(dá)到了100%。經(jīng)過(guò)NBS-LRR類(lèi)基因家族變異基因的結(jié)構(gòu)分類(lèi)、染色體定位和同源性分析,表明NBS結(jié)構(gòu)域序列比LRR更為保守穩(wěn)定,兩份材料均顯示11號(hào)染色體分布了最多的NBS-LRR類(lèi)基因;NBS序列多樣性分析顯示,NBS序列間差異范圍為2.565-6.701,且DXW102的NBS序列多樣性高于DXW103。另外,NBS類(lèi)基因的蛋白互作分析顯示,NBS基因主要與細(xì)胞色素C(Cytochrome C)基因之間蛋白互作。該結(jié)果說(shuō)明,野生稻存在大量的NBS-LRR變異基因,以兩個(gè)參考基因組注釋基因的方法具有發(fā)掘更多的NBS變異基因優(yōu)勢(shì)。本研究通過(guò)普通野生稻遺傳多樣性分析及其核心種質(zhì)的構(gòu)建,從核心種質(zhì)中構(gòu)建了兩份純合自交系材料進(jìn)行全基因組重測(cè)序,發(fā)掘了一批NBS-LRR變異新基因,并對(duì)NBS基因進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能分析,為水稻育種提供了大量的育種資源,也為水稻抗性育種提供了一批重要的基因來(lái)源。
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S511.9

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本文編號(hào)：1305009