水稻高代回交導(dǎo)入系選擇群體的選擇響應(yīng)與遺傳重疊研究.pdf

1、選擇在自然進(jìn)化和育種中的地位至關(guān)重要。根據(jù)群體遺傳學(xué)的基本原理，當(dāng)群體中發(fā)生對選擇有利的等位基因替代時，與之緊密連鎖的位點也會發(fā)生相應(yīng)的基因頻率變化，使得有利等位基因的頻率上升，而不利等位基因的頻率下降，這個現(xiàn)象稱之為“遺傳搭車”(Genetic Hitchhiking)效應(yīng)。在高代回交導(dǎo)入系的選擇群體中，“遺傳搭車”或一因多效都可能造成性狀間的遺傳重疊(Genetic Overlap)。選擇響應(yīng)(特別是分子水平的選擇印跡)和遺傳重疊是

2、高代回交導(dǎo)入系選擇群體在分子育種利用中的兩個基本問題。本研究對經(jīng)過干旱下產(chǎn)量極端選擇的水稻“高代回交抗旱選擇導(dǎo)入系”群體進(jìn)行了基因型分析，考察了選擇群體的等位基因頻率和連鎖不平衡等遺傳結(jié)構(gòu)。通過模擬檢測和實際分析，對選擇的目標(biāo)性狀和非目標(biāo)性狀進(jìn)行了考察?？剂苛嘶凇斑z傳搭車”原理的等位基因頻率偏離分析在選擇群體目標(biāo)性狀相關(guān)位點檢測中的應(yīng)用；同時結(jié)合方差分析(ANOVA)和連鎖不平衡檢測，對選擇群體的部分目標(biāo)和非目標(biāo)性狀進(jìn)行了相關(guān)位點的定

3、位，并著重考察相關(guān)性狀間的遺傳重疊，探究染色體片段的選擇性導(dǎo)入對非目標(biāo)性狀可能造成的影響。主要研究結(jié)果如下： 1、高代回交導(dǎo)入系群體分子水平的選擇響應(yīng)(分子水平的選擇印跡)對343個BC<,2>代抗旱選擇導(dǎo)入系的基因型分析和133個BC<,2>隨機(jī)導(dǎo)入系的模擬定向選擇分析都表明，選擇的效應(yīng)主要表現(xiàn)為選擇群體等位基因頻率的極端偏離(標(biāo)準(zhǔn)差的顯著增大)以及連鎖不平衡標(biāo)記對數(shù)的極顯著增加，這種變化在實際選擇的群體中主要受到供體和受體親

4、本的影響。 2、隨機(jī)大群體的模擬選擇分析以隨機(jī)大群體為對照，對根據(jù)干旱脅迫下的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行極端選擇模擬而產(chǎn)生的3個定向選擇亞群體以及2個隨機(jī)小群體，進(jìn)行了等位基因頻率偏離、連鎖不平衡分析、目標(biāo)性狀和非目標(biāo)性狀的方差分析檢測。結(jié)果表明，可以借助基于“遺傳搭車”原理的等位基因頻率偏離檢測來定位與選擇目標(biāo)性狀相關(guān)的位點，其結(jié)果與大群體方差分析的吻合程度在33.3％～57.1％之間，相對簡單的性狀(抽穗期)檢測效果好于復(fù)雜性狀(產(chǎn)量)。

5、選擇群體的方差分析對等位基因頻率的偏離檢測可以起到一定的補(bǔ)充作用。群體本身存在的以及抽樣所形成的偏分離對存在真實超導(dǎo)入位點的檢出影響不大，但會在非導(dǎo)入?yún)^(qū)域造成假陽性。選擇群體中存在的非連鎖位點間的等位基因相關(guān)(連鎖不平衡)一方面會導(dǎo)致檢出位點數(shù)的增加，另一方面使得這些位點的檢測效應(yīng)。 3、Bg300抗旱選擇導(dǎo)入系的選擇目標(biāo)性狀分析在模擬選擇分析的基礎(chǔ)上，利用等位基因頻率的偏離檢測和方差分析的方法，對來自兩種干旱選擇條件(低地脅迫

6、和旱地脅迫)的4套以Bg300為供體的抗旱選擇導(dǎo)入系進(jìn)行了選擇目標(biāo)性狀分析。定位到分布于12條染色體上的24個位點，其中卡方檢驗發(fā)現(xiàn)20個，方差分析檢測到8個，有4個被這兩種方法都檢測到，很可能是與脅迫下的產(chǎn)量直接相關(guān)的位點。兩種選擇條件下的超導(dǎo)入位點數(shù)目大致相當(dāng)。與前人利用傳統(tǒng)方法發(fā)現(xiàn)的23個抗旱性位點(脅迫下的產(chǎn)量和小穗育性)所在的區(qū)域進(jìn)行比較作圖發(fā)現(xiàn)，本研究的結(jié)果與其中的12個位點吻合或接近。其它一些位點屬于本研究首次報道，其中Q

7、Dt3d、QDt6b、QDt9a和QDt9c具備了多重證據(jù)的支持，結(jié)果可信度較高。 4、加工品質(zhì)和粒型的分析對231個Teqing背景的Lemont隨機(jī)導(dǎo)入系的研究發(fā)現(xiàn)，加工品質(zhì)與粒型(特別是粒長)位點在染色體上呈現(xiàn)集中分布的態(tài)勢，這很可能是兩個性狀的表型之間密切關(guān)聯(lián)的遺傳基礎(chǔ)。對兩個背景(IR64和Teqing)的Lemont抗旱選擇導(dǎo)入系進(jìn)行的加工品質(zhì)與粒型的遺傳分析發(fā)現(xiàn)，在表型水平上，抗旱選擇對整精米率(HR)的影響較大，

8、而對粒型和其它加工品質(zhì)性狀沒有明顯的影響。推測抗旱性與整精米率可能存在負(fù)向選擇的關(guān)系。從定位結(jié)果看，抗旱性選擇雖然導(dǎo)致了加工品質(zhì)與粒型檢測結(jié)果的變化，但是第5、6、7染色體上仍然各有1個區(qū)域沒有受到干擾，包含有比較重要的品質(zhì)性狀相關(guān)位點。 與模擬選擇的結(jié)果類似，抗旱選擇群體中的連鎖不平衡完全關(guān)聯(lián)組(ALs)對于加工品質(zhì)和粒型性狀的檢測都產(chǎn)生影響，形成不少檢測效應(yīng)一致的位點。通過與隨機(jī)群體中檢測到的上位性位點比較，推測假陽性的可能

9、更大一些。排除上述ALs所可能導(dǎo)致的假陽性，隨機(jī)群體位點在選擇群體中仍然起作用的比例因性狀而不同：糙米率(BR)為100.0％，精米率(MR)為60.0％，整精米率(HR)為33.3％，粒長(GL)為100.0％，籽粒長厚比(GLTR)為50.0％，其苷}生狀沒有檢測到。這些位點將為抗旱育種的品質(zhì)改良提供線索。 5、抗旱性與紋枯病抗性的遺傳重疊在157個抗旱選擇導(dǎo)入系中，利用等位基因頻率偏離分析定位與抗旱性(選擇)相關(guān)的位點(染

10、色體區(qū)段(Bin))。結(jié)果在50個位點上檢測到106個供體等位基因的顯著超導(dǎo)入，平均的檢測卡方值為54.3(P=1.6x10<'12>)，其中46個具備不同群體的證據(jù)支持。50個抗旱相關(guān)位點中有4個在3個以上的群體中被同時檢測到，19個(18.4％)的供體等位基因?qū)腩l率超過0.65。通過連鎖不平衡(LD)分析還揭示了與抗旱選擇有關(guān)的多位點遺傳結(jié)構(gòu)，其中包含144對(133對正向，11對負(fù)向)非冗余的LD關(guān)聯(lián)。大部分的正向LD關(guān)聯(lián)來自1

11、7個完全關(guān)聯(lián)組(ALs)，每個組包含2-10個非連鎖但完全LD關(guān)聯(lián)的位點，平均的卡方檢測值為31.6(df=1)。在此基礎(chǔ)上，借助方差分析對紋枯病抗性相關(guān)位點進(jìn)行了鑒定。共檢測到28個紋枯病抗性相關(guān)位點，在其中64.3％的位點上，供體等位基因表現(xiàn)為增強(qiáng)抗性，在7個位點上檢測到有復(fù)等位基因的存在。通過基于相同標(biāo)記的生物信息學(xué)比較作圖的方法發(fā)現(xiàn)，28個位點中有18個與前人報道的紋枯病抗性基因/QTL重合，另外10個(Qsbr1b，QSbr1

12、c，QSbr2a，QSbr2c，Qsbr3c，QSbr6b，Q-Sbr7b，QSbr10a，QSbr12a和QSbr12b)則可能是新的紋枯病抗性位點。 抗旱性和紋枯病抗性的遺傳重疊體現(xiàn)在表型和染色體區(qū)段這兩個層次上。本研究所檢測到的抗旱性和紋枯病抗性相關(guān)位點可以大致分為三種類型。第一類是負(fù)向相關(guān)位點：在與抗旱位點重合的33個紋枯病抗性位點中，有11個(33.3％)的供體等位基因是降低抗病性的。在來自Teqing/Bg300、T

13、eqing/Babaomi和Teqing/Basmati組合的紋枯病抗性下降的導(dǎo)入系中檢測到32個超導(dǎo)入位點，其中有25個(78.1％)與紋枯病抗性位點直接/間接吻合；第二類是正相關(guān)位點，能夠同時提高抗旱性和抗病性，這在33個重合位點中占了22個(66.7％)。在表現(xiàn)紋枯病抗性增強(qiáng)的IR64/Bg300、IR64/Babaomi和IR64/Basmati群體所檢測的23個超導(dǎo)入位點中，有13個(56.5％)與紋枯病抗性位點重合。第三類則

14、屬于相對獨立的位點，分別影響紋枯病抗性和抗旱性，其中包括2個紋枯病抗性位點(QSbr11b和QSbr12b)和24個抗旱位點。 通過上述對模擬選擇的群體以及實際選擇群體的具體性狀分析發(fā)現(xiàn)，利用響應(yīng)選擇的群體等位基因頻率的偏離效應(yīng)結(jié)合后代表型鑒定及方差分析，可以建立選擇群體目標(biāo)性狀相關(guān)位點初步篩選的分析平臺；選擇所形成的多位點結(jié)構(gòu)(非連鎖位點間的連鎖不平衡)在非目標(biāo)性狀的檢測中會造成相關(guān)位點數(shù)目的增加和遺傳參數(shù)估計的趨同。不過這種