





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (7): 1218-1227.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.07.002
所属专题: 专题——水稻穗发育与产量育种
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。
温一博, 陈淑婷, 徐正进, 孙健, 徐铨. DEP1、Gn1a和qSW5组合应用调控水稻穗部性状[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1218-1227.
WEN YiBo, CHEN ShuTing, XU ZhengJin, SUN Jian, XU Quan. Combination of DEP1, Gn1a, and qSW5 Regulates the Panicle Architecture in Rice[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(7): 1218-1227.
| [1] |
doi: 10.1016/j.cj.2021.02.004 |
| [2] |
doi: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092902 pmid: 18444901 |
| [3] |
doi: 10.1146/annurev-arplant-042817-040422 pmid: 29553800 |
| [4] |
doi: 10.1105/tpc.108.065425 |
| [5] |
doi: 10.1105/tpc.111.088765 pmid: 21963665 |
| [6] |
doi: 10.1126/science.1113373 pmid: 15976269 |
| [7] |
doi: 10.1038/ng.352 pmid: 19305410 |
| [8] |
pmid: 21119645 |
| [9] |
doi: 10.1242/dev.00564 pmid: 12835399 |
| [10] |
doi: 10.1186/1471-2229-3-6 |
| [11] |
|
| [12] |
doi: 10.1111/tpj.2007.49.issue-1 |
| [13] |
doi: 10.1111/tpj.2012.69.issue-3 |
| [14] |
|
| [15] |
pmid: 16217607 |
| [16] |
doi: 10.1038/s41467-018-03047-9 |
| [17] |
|
| [18] |
doi: 10.1016/j.tplants.2012.11.001 pmid: 23218902 |
| [19] |
doi: 10.1146/annurev-genet-120213-092138 pmid: 25149369 |
| [20] |
丁膺宾, 张莉珍, 许睿, 王艳艳, 郑晓明, 张丽芳, 程云连, 吴凡, 杨庆文, 乔卫华, 兰进好. 基于染色体片段置换系的野生稻粒长QTL-qGL12的精细定位. 中国农业科学, 2018, 51(18): 3435-3444.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.18.001 |
|
|
|
| [21] |
张亚东, 梁文化, 赫磊, 赵春芳, 朱镇, 陈涛, 赵庆勇, 赵凌, 姚姝, 周丽慧, 路凯, 王才林. 水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位. 中国农业科学, 2021, 54(24): 5163-5176.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.001 |
|
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.001 |
|
| [22] |
doi: 10.1038/ng.2327 pmid: 22729225 |
| [23] |
doi: 10.1038/ng.3352 pmid: 26147620 |
| [24] |
doi: 10.1038/s41467-019-11017-y pmid: 31278256 |
| [25] |
doi: 10.1104/pp.17.01492 |
| [26] |
doi: 10.1186/s12915-017-0365-7 pmid: 28385155 |
| [27] |
doi: 10.1038/ng2014 |
| [28] |
doi: 10.1104/pp.19.00065 pmid: 30796160 |
| [29] |
doi: 10.1038/ng.2327 pmid: 22729225 |
| [30] |
doi: 10.1038/ng.592 pmid: 20495564 |
| [31] |
doi: 10.1038/ng.591 pmid: 20495565 |
| [32] |
doi: 10.1038/cr.2008.307 pmid: 19015668 |
| [33] |
doi: 10.1038/nplants.2017.43 pmid: 28394310 |
| [34] |
doi: 10.1534/genetics.109.103002 |
| [35] |
doi: 10.1111/pbi.2019.17.issue-3 |
| [36] |
doi: 10.1038/s41467-018-03141-y pmid: 29487318 |
| [37] |
doi: 10.1186/s12915-018-0572-x pmid: 30227868 |
| [38] |
doi: 10.3390/ijms21041284 |
| [39] |
doi: 10.1038/ng.169 pmid: 18604208 |
| [40] |
doi: S1674-2052(17)30098-9 pmid: 28366824 |
| [41] |
doi: 10.1111/pbi.v21.1 |
| [42] |
doi: 10.3389/fpls.2016.00377 pmid: 27066031 |
| [43] |
doi: 10.3390/ijms232012478 |
| [44] |
doi: 10.1016/j.tplants.2006.05.008 pmid: 16769240 |
| [45] |
doi: 10.1038/s41598-018-21355-4 |
| [46] |
doi: 10.1186/s12284-020-00374-8 pmid: 32112146 |
| [47] |
doi: 10.1038/ng.143 pmid: 18454147 |
| [48] |
doi: 10.1038/ng.592 pmid: 20495564 |
| [49] |
doi: 10.3390/ijms23031463 |
| [50] |
doi: 10.1186/s12284-019-0263-4 |
| [51] |
doi: 10.1038/nplants.2017.31 pmid: 28319055 |
| [52] |
doi: 10.1093/nsr/nww006 |
| [53] |
doi: 10.1038/s41587-022-01281-7 pmid: 35449414 |
| [54] |
doi: 10.1111/pbi.v18.11 |
| [55] |
doi: 10.1007/s11032-019-1037-9 |
| [1] | 彭廷燊, 陆久焱, 吴美林, 严雨欣, 刘宏周, 南文斌, 秦小健, 李明, 龚俊义, 梁永书. 多年生水稻黄糯2号和长白7号产量相关性状的QTL分析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1361-1379. |
| [2] | 赵子杰, 宋豪, 董小鸥, 万建民. 转座元件系统介导的大片段DNA定向插入技术研究进展[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1141-1156. |
| [3] | 陈敏, 焦紫岚, 乔承彬, 许昊, 张碧, 马东花, 孔维儒, 王敬文, 宋佳伟, 罗成科, 李培富, 田蕾. 不同亚种水稻种质资源对盐胁迫的形态生理响应及适应策略[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 705-722. |
| [4] | 郭富城, 唐海江, 郝馨怡, 马国林, 杨九菊, 黄霖锋, 田蕾, 王彬, 罗成科. 不同灌溉方式对宁夏盐渍化土壤水盐运移、水稻产量及水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 750-764. |
| [5] | 张卫建, 严圣吉, 尚子吟, 唐志伟, 吴柳格, 李佳锐, 陈浩天, 邓艾兴, 张俊, 张鑫, 郑成岩, 宋振伟. 稻田甲烷不完全源于水稻种植的人为贡献[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 824-833. |
| [6] | 朱姝, 国志鹏, 孙颖. 水稻雷帕霉素靶蛋白OsTOR调控根伸长的功能研究[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 475-485. |
| [7] | 吕文彦, 程海涛, 马兆惠, 田淑华. 育种新时代水稻杂交育种技术与策略探讨[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 233-238. |
| [8] | 廖婷璐, 石亚飞, 肖东浩, 舍杨梦斐, 郭富城, 杨九菊, 唐海江, 罗成科. 外源硝普钠对碱胁迫下水稻幼苗糖代谢的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 265-277. |
| [9] | 刘天生, 刘耕源, 赵安琪, 杨旭, 蔡明雪, 杨艾文, 娄铭轩, 李沐恺, 王晗, 张亚玲. 黑龙江省水稻恶苗病致病群体[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 305-321. |
| [10] | 王忠妮, 雷月, 李佳丽, 宫彦龙, 朱速松. ABC转运蛋白OsARG1调控水稻抽穗期的功能[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 1-16. |
| [11] | 费耀莹, 王迪, 唐伟杰, 郭彩丽, 张小虎, 邱小雷, 程涛, 姚霞, 江冲亚, 朱艳, 曹卫星, 郑恒彪. 基于无人机多源影像融合的水稻籽粒蛋白质含量估测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 41-56. |
| [12] | 董桂春, 王子涵, 王树深, 李杰, 霍晓晴, 杨瑞, 周娟, 舒小伟, 李妍, 曹靓婧, 王子瑞, 姚友礼, 黄建晔. 硫包衣缓释肥提升水稻产量及氮肥利用率的技术途径[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 57-77. |
| [13] | 王爱冬, 李瑞杰, 冯向前, 洪卫源, 李子秋, 张晓果, 王丹英, 陈松. 基于多角度成像与机器学习的水稻叶面积精确估算[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1719-1734. |
| [14] | 韦萍, 潘炬忠, 朱德平, 邵胜雪, 陈珊珊, 韦雅倩, 高维维. OsDREB1J调控水稻籽粒大小的功能研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1463-1478. |
| [15] | 汪炜檬, 魏云晓, 唐云霓, 刘苗苗, 陈全家, 邓晓娟, 张锐. 棉花发根农杆菌转化体系的建立及生根优化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1479-1493. |
|
||