CN112430603A - 一种水稻低温发芽力稳定表达的基因及其分子标记和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水稻性状基因定位的技术领域，具体涉及一种水稻低温发芽力稳定表达的基因及其分子标记和应用。所述基因位于水稻基因组第10染色体的11551587～11780489bp区间内，命名为qTLG10，其中TAC单倍型的低温发芽力低，CGT单倍型的低温发芽力高；所述分子标记包括D22484或10ID1，所得基因及其分子标记有助于强低温发芽力的水稻品种的选育，由于水稻低温发芽力的鉴定需要特定的低温条件，表型选择比较困难，通过本发明的qLTG10单倍型的筛选可准确判定低温发芽力强弱的基因型；本发明所述分子标记在苗期对低世代的育种群体进行基因型选择，加快耐低温水稻的育种进程。
Description
技术领域
本发明属于水稻性状基因定位的技术领域，具体涉及一种水稻低温发芽力稳定表达的基因及其分子标记和应用。
背景技术
水稻是重要的粮食作物，在全世界范围内均有种植，全世界约有半数以上的人口以水稻作为主要粮食，传统的水稻种植模式工序繁琐、劳动量大、效率低下，目前，中国农村劳动力出现严重紧缺，因此，研发轻便简单的生产技术，大力发展农业机械化是发展趋势。由于水稻直播省去了传统水稻种植中的培育秧苗、秧苗移栽的工序，可以实现播种机械化，具有节约成本、省时、省工的特点。因此，越来越受到人们的关注和需求，尽管水稻直播深受农民的喜爱，是未来发展的方向，但是水稻直播对水稻品种的一些特性有更高的要求。由于播种季节常受低温等逆境的影响，造成种子发芽不整齐、缺苗断垄等现象，因而直播栽培技术要求品种有较强的低温发芽力。中国现有的许多主栽品种低温发芽力不强已成为了中国水稻直播难以大面积推广应用的主要限制因子。研究和培育具有强低温发芽力的水稻品种是推动水稻直播的关键所在。然而，研究表明：水稻低温发芽力是多基因控制的数量性状，由于不清楚这个性状的分子遗传基础，应用常规遗传育种技术很难进行有效育种。在水稻广泛的遗传资源中挖掘和定位低温发芽力优异基因并加以应用，将是水稻低温发芽力育种取得突破的关键。
分子标记技术的发展为水稻低温发芽力的遗传解析提供了一种有效的工具，通过分子标记技术可以掌握水稻低温发芽力QTL的数目、水稻低温发芽力QTL在染色体的具体位置等信息。自分子标记技术发展以来，国内外利用水稻的遗传群体度水稻低温发芽力QTL的定位已有一些报道。
全基因组关联分析(GWAS)是利用标记之间的连锁不平衡关系来定位与性状相关联的位点，当群体结构合理，且分子标记密度足够大时，理论上即可定位到大部分与性状关联的位点，其标记定位的精确性可以达到基因水平。
尽管在水稻中定位了大量的低温发芽力QTL，但是在水稻育种中并没有被高效地利用。其中，大多数的QTL无法确定其位置及效应是1个主要原因；另一方面，水稻的低温发芽力是1个受多基因控制复杂的数量性状，低温发芽力的QTL经常受环境和遗传背景的影响。因此，鉴定出能在不同冷处理环境和遗传背景下稳定表达的低温发芽力QTL，设计与其紧密连锁的分子标记，对于通过标记辅助选择技术培育水稻耐低温萌发力强的新品种具有重要的现实意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种水稻低温发芽力稳定表达的基因及其分子标记和应用，位于第10染色体上的低温发芽基因qLTG10以及与之紧密连锁的分子标记，有助于强低温发芽力的水稻品种的选育，保留优良个体进一步杂交，可以省去种子成熟期低温条件下的表型鉴定过程，加快耐低温水稻的育种进程。
本发明的技术内容如下：
本发明提供了一种水稻低温发芽力稳定表达的基因，所述基因位于水稻基因组第10染色体的11551587～11780489bp区间内，命名为qTLG10，其中TAC单倍型的低温发芽力低，CGT单倍型的低温发芽力高；
所述水稻低温发芽力稳定表达的基因qTLG10用于水稻耐低温种质的检测鉴定与育种方面的应用。
本发明还提供了一种水稻低温发芽力稳定表达的分子标记，包括分子标记D22484或10ID1，所述分子标记D22484的正反向引物序列如序列表SEQ ID NO.1～SEQ ID NO.2所示，分子标记D22484在弱低温发芽力种质中扩增出259bp长的产物，在强低温发芽力种质中不能扩增出产物；
所述分子标记10ID1的正反向引物序列如序列表SEQ ID NO.3～SEQ ID NO.4所示，分子标记10ID1在弱低温发芽力种质中扩增出166bp长的产物，在强低温发芽力种质中扩增产物长度为176bp；
所述分子标记用于水稻耐低温种质的检测鉴定与育种方面的应用。
本发明还提供了一种水稻低温发芽力稳定表达的分子标记方法，采用全基因组关联分析(GWAS)的方法进行水稻低温发芽力QTL的定位，通过遗传差异大的水稻种质的表型鉴定结合覆盖水稻全基因组的SNP分子标记，进行GWAS分析，按P＜0.0001，鉴定出与水稻低温发芽力显著相关的SNP标记，得到位于第10染色体上存在1个新的低温萌发力基因qTLG10，根据该基因区域的连锁不平衡衰减值域，对区间内的候选基因进行结构变异比对，2个候选基因有明显的规律性差异，并针对该结构差异设计分子标记，为分子标记D22484或10ID1。
本发明的有益效果如下：
本发明的水稻低温发芽力稳定表达的基因qTLG10，其为能够控制水稻低温发芽力的基因，以及用于鉴定水稻基因型的分子标记D22484或10ID1，所得基因及其分子标记有助于强低温发芽力的水稻品种的选育，由于水稻低温发芽力的鉴定需要特定的低温条件，表型选择比较困难，通过本发明的qLTG10单倍型的筛选可准确判定低温发芽力强弱的基因型；
本发明所述分子标记在苗期对低世代的育种群体进行基因型选择，保留优良个体进一步杂交，可以省去种子成熟期低温条件下的表型鉴定过程，加快耐低温水稻的育种进程。
附图说明
图1为水稻低温发芽力的全基因组关联分析图；
图2为水稻的CGT型与TAC型低温发芽力分析图；
图3为水稻qTLG10区段的连锁不平衡分析图；
图4为qTLG10区间内有规律性变异的2个候选基因示意图；
图5为TAC和CGT单倍型的条带及低温发芽力表型图。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种水稻低温发芽力稳定表达的基因定位方法：
1.选取材料
从国际水稻研究所引进1568份起源各异，遗传多样性丰富的水稻种质，基于水稻全基因组700000个分子标记的基因型信息，从中选取了375份有代表性的种质来进行基因定位；
2.全基因组的关联分析
对375份水稻种质进行13℃下的低温发芽力评价，然后用符合运算要求的覆盖全基因组的44000个SNP分子标记的基因型信息，通过软件GAPIT V2进行全基因组的关联分析，来鉴定控制低温发芽力的QTL区间，QTL鉴定的阈值设定为p＜10-4，在群体中检测到9个控制低温发芽力的QTL，其中qLTG10对表型的贡献率最大，为5.03％，如图1所示，该QTL区间内关联最显著的位点位于第10染色体的11648047处。
3.控制水稻低温发芽力QTL qLTG10的验证
通过比较375份水稻种质与低温发芽力显著相关的qLTG10的单倍型，如图2所示，图2A中发现TAC单倍型的低温发芽力低，图2B中CGT单倍型的低温发芽力高；
取染色体单片段代换系来自于水稻品种“华粳籼74”为遗传背景，“赣香糯”为供体的单片段代换系文库(Zhang et.,2004)；
通过比较基因组的序列信息可得到：“华粳籼74”在qLTG10区间的单倍型为TAC，而“赣香糯”的单倍型为CGT，它们的杂交衍生后代中有1份包含qLTG10的单片段代换系S18(即只有代换的染色体片段不同，其他基因组部分与华粳籼74相同)；
通过对“华粳籼74”和S18这2份品系在15℃条件下低温发芽力的表型评价证实：如图2(图2C，2D)所示，图qLTG10的CGT单倍型确实能提升水稻的低温发芽力。
实施例2
一种水稻低温发芽力稳定表达的基因紧密连锁分子标记：
通过进一步的染色体区段的连锁不平衡分析，如图3所示，确定qLTG10的区间范围为11.551-11.780Mb；
如图4所示，在第10染色体的11.551-11.780Mb区间内，在11650kb和11673kb处存在2处大的结构变异，这2处变异在强低温发芽力种质和弱低温发芽力种质中表现出规律性。因此，针对这2处结构差异设计了2对分子标记D22484和10ID1，所得分子标记的序列信息如下：
D22484的正向引物序列为：CGACACTTGCACCATGAATTT；
反向引物序列为：ATGGCTCTATCTTTGAATGTGC；
10ID1的正向引物序列为：TGTTCTGCGTCACCGACTT；
反向引物序列为：CCTCTTCGACGACATTCCA。
实施例3
一种水稻低温发芽力稳定表达的基因紧密连锁分子标记的应用：
根据qLTG10的TAC和CGT单倍型分别选取了10份水稻种质，用上述的2对分子标记对它们进行了基因分型，由图5A可见，其中D22484在CGT单倍型种质中D22484不能扩增出产物，其带有强低温发芽力等位基因，而在TAC型种质中能扩增出259bp长的产物；在CGT单倍型种质中10ID1的扩增产物长176bp，其带有强低温发芽力等位基因，而在TAC型种质中扩增产物长166bp。
由图5B可见，这10份CGT单倍型的种质低温发芽力为74.7％～100％，平均低温发芽力为92.1％；10份TAC型种质的低温发芽力为0～14.9％，平均低温发芽力为3.1％。
综上，这2对分子标记可用于低温发芽力基因qLTG10的分子标记辅助选择，准确判别低温发芽力强和低温发芽力弱的种质。
序列表
<110> 广东省农业科学院水稻研究所
<120> 一种水稻低温发芽力稳定表达的基因及其分子标记和应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 21
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
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<210> 2
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<212> DNA
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cctcttcgac gacattcca 19
Claims (8)
1.一种水稻低温发芽力稳定表达的基因，其特征在于，所述基因位于水稻基因组第10染色体的11551587～11780489bp区间内，其中TAC单倍型的低温发芽力低，CGT单倍型的低温发芽力高。
2.一种权利要求1所述水稻低温发芽力稳定表达的基因用于水稻耐低温种质的检测鉴定与育种方面的应用。
3.一种水稻低温发芽力稳定表达的基因分子标记，其特征在于，权利要求1所述基因的分子标记包括分子标记D22484或10ID1。
4.由权利要求3所述的水稻低温发芽力稳定表达的基因分子标记，其特征在于，所述分子标记D22484的正反向引物序列如序列表SEQ ID NO.1～SEQ ID NO.2所示，分子标记D22484在弱低温发芽力种质中扩增出259bp长的产物。
5.由权利要求3所述的水稻低温发芽力稳定表达的基因分子标记，其特征在于，所述分子标记10ID1的正反向引物序列如序列表SEQ ID NO.3～SEQ ID NO.4所示，分子标记10ID1在弱低温发芽力种质中扩增出166bp长的产物。
6.一种权利要求3～5任一项所述的水稻低温发芽力稳定表达的基因分子标记低温发芽力基因的分子标记辅助选择，判别低温发芽强和低温发芽力弱的种质。
7.一种权利要求3～5任一项所述的水稻低温发芽力稳定表达的基因分子标记用于水稻耐低温种质的检测鉴定与育种方面的应用。
8.一种水稻低温发芽力稳定表达的分子标记方法，其特征在于，采用全基因组关联分析的方法进行水稻低温发芽力QTL的定位，通过遗传差异大的水稻种质的表型鉴定结合覆盖水稻全基因组的SNP分子标记，进行GWAS分析，按P＜0.0001，鉴定出与水稻低温发芽力显著相关的SNP标记，得到位于第10染色体上存在1个新的低温萌发力基因qTLG10，根据该基因区域的连锁不平衡衰减值域，对区域的候选基因进行结构变异分析，2个基因的结构在低的和高的低温发芽力种质中存在规律性变异，针对该结构差异设计2对分子标记，为分子标记D22484或10ID1。
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2020
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