中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (7): 1218-1227.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.07.002
温一博1(), 陈淑婷2, 徐正进2, 孙健2(
), 徐铨2(
)
收稿日期:
2022-10-21
接受日期:
2022-11-14
出版日期:
2023-04-01
发布日期:
2023-04-03
联系方式:
温一博,E-mail:wenyibo@syau.edu.cn。
基金资助:
WEN YiBo1(), CHEN ShuTing2, XU ZhengJin2, SUN Jian2(
), XU Quan2(
)
Received:
2022-10-21
Accepted:
2022-11-14
Published:
2023-04-01
Online:
2023-04-03
摘要:
【目的】 水稻是重要的粮食作物,为全球超过一半的人口提供主食。穗部性状是影响水稻产量的主要因素,挖掘调控穗部性状的优异基因组合,为提高水稻产量提供聚合育种策略。【方法】 以弯穗型籼稻品种R99和直立穗型粳稻品种SN265构建的151个重组自交系为试材,应用Illumina测序平台对重组自交系和双亲进行全基因组重测序。结合表型数据与遗传图谱,对每穗粒数、一次枝梗着粒数、二次枝梗着粒数和粒型进行QTL分析,筛选QTL区间内的候选基因,应用基于三代测序组装的SN265和R99高质量基因组进行候选基因预测和序列比对,在重组自交系中筛选产量性状表现最好的基因组合,并在SN265遗传背景下应用CRISPR基因编辑技术对目标位点进行基因编辑。【结果】 R99每穗粒数和二次枝梗着粒数显著多于SN265,SN265的一次枝梗着粒数显著高于R99,R99粒型细长,SN265粒型短圆。每个重组自交系平均测序深度为6.25×,R99和SN265的测序深度分别为30×和32×。获得1 456 445个高质量的SNP,利用划bin策略进行图谱构建,得到一个包含3 569个bins,平均长度为58.17 kb的遗传图。QTL分析在第9染色体检测到一个同时调控每穗粒数、一次枝梗着粒数和二次枝梗着粒数的QTL,在第1染色体鉴定到一个调控每穗粒数和二次枝梗着粒数的QTL,在第5染色体鉴定到一个调控粒型的QTL。候选基因预测和序列比对发现第9染色体的DEP1同时调控水稻一次和二次枝梗着粒数,第1染色体的Gn1a主要调控水稻二次枝梗着粒数,第5染色体的qSW5主要调控粒型。在151个重组自交系中,对DEP1、Gn1a和qSW5的不同组合进行分类并调查产量构成因素,发现Gn1aR99/DEP1SN265/qSW5SN265等位基因组合产量表现最好,Gn1aSN265/DEP1R99/qSW5R99产量表现最差。对SN265的Gn1a位点进行分子设计育种,获得2个独立的CRISPR基因编辑株系,通过调查其产量构成因素,发现基因编辑植株穗长显著变长,每穗粒数显著增加,进而显著增加单株产量。【结论】 揭示了DEP1、Gn1a和qSW5对每穗粒数和粒型的影响,明确了Gn1aSN265/DEP1R99/qSW5R99为重组自交系中最佳基因组合,通过改良SN265的Gn1a位点进一步提高了其单株产量。
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