水稻高代回交導入系選擇群體的選擇響應與遺傳重疊研究.pdf

1、選擇在自然進化和育種中的地位至關重要。根據(jù)群體遺傳學的基本原理，當群體中發(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。在高代回交導入系的選擇群體中，“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(特別是分子水平的選擇印跡)和遺傳重疊是

2、高代回交導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入系”群體進行了基因型分析，考察了選擇群體的等位基因頻率和連鎖不平衡等遺傳結構。通過模擬檢測和實際分析，對選擇的目標性狀和非目標性狀進行了考察。考量了基于“遺傳搭車”原理的等位基因頻率偏離分析在選擇群體目標性狀相關位點檢測中的應用；同時結合方差分析(ANOVA)和連鎖不平衡檢測，對選擇群體的部分目標和非目標性狀進行了相關位點的定

3、位，并著重考察相關性狀間的遺傳重疊，探究染色體片段的選擇性導入對非目標性狀可能造成的影響。主要研究結果如下： 1、高代回交導入系群體分子水平的選擇響應(分子水平的選擇印跡)對343個BC<,2>代抗旱選擇導入系的基因型分析和133個BC<,2>隨機導入系的模擬定向選擇分析都表明，選擇的效應主要表現(xiàn)為選擇群體等位基因頻率的極端偏離(標準差的顯著增大)以及連鎖不平衡標記對數(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、隨機大群體的模擬選擇分析以隨機大群體為對照，對根據(jù)干旱脅迫下的表型數(shù)據(jù)進行極端選擇模擬而產(chǎn)生的3個定向選擇亞群體以及2個隨機小群體，進行了等位基因頻率偏離、連鎖不平衡分析、目標性狀和非目標性狀的方差分析檢測。結果表明，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性狀相關的位點，其結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入位點的檢出影響不大，但會在非導入?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(連鎖不平衡)一方面會導致檢出位點數(shù)的增加，另一方面使得這些位點的檢測效應。 3、Bg300抗旱選擇導入系的選擇目標性狀分析在模擬選擇分析的基礎上，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入系進行了選擇目標性狀分析。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)量直接相關的位點。兩種選擇條件下的超導入位點數(shù)目大致相當。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)域進行比較作圖發(fā)現(xiàn)，本研究的結果與其中的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，結果可信度較高。 4、加工品質和粒型的分析對231個Teqing背景的Lemont隨機導入系的研究發(fā)現(xiàn)，加工品質與粒型(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聯(lián)的遺傳基礎。對兩個背景(IR64和Teqing)的Lemont抗旱選擇導入系進行的加工品質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性狀沒有明顯的影響。推測抗旱性與整精米率可能存在負向選擇的關系。從定位結果看，抗旱性選擇雖然導致了加工品質與粒型檢測結果的變化，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性狀相關位點。 與模擬選擇的結果類似，抗旱選擇群體中的連鎖不平衡完全關聯(lián)組(ALs)對于加工品質和粒型性狀的檢測都產(chǎn)生影響，形成不少檢測效應一致的位點。通過與隨機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所可能導致的假陽性，隨機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)相關的位點(染

10、色體區(qū)段(Bin))。結果在50個位點上檢測到106個供體等位基因的顯著超導入，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％)的供體等位基因導入頻率超過0.65。通過連鎖不平衡(LD)分析還揭示了與抗旱選擇有關的多位點遺傳結構，其中包含144對(133對正向，11對負向)非冗余的LD關聯(lián)。大部分的正向LD關聯(lián)來自1

11、7個完全關聯(lián)組(ALs)，每個組包含2-10個非連鎖但完全LD關聯(lián)的位點，平均的卡方檢測值為31.6(df=1)。在此基礎上，借助方差分析對紋枯病抗性相關位點進行了鑒定。共檢測到28個紋枯病抗性相關位點，在其中64.3％的位點上，供體等位基因表現(xiàn)為增強抗性，在7個位點上檢測到有復等位基因的存在。通過基于相同標記的生物信息學比較作圖的方法發(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位點可以大致分為三種類型。第一類是負向相關位點：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入系中檢測到32個超導入位點，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)紋枯病抗性增強的IR64/Bg300、IR64/Babaomi和IR64/Basmati群體所檢測的23個超導入位點中，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)，利用響應選擇的群體等位基因頻率的偏離效應結合后代表型鑒定及方差分析，可以建立選擇群體目標性狀相關位點初步篩選的分析平臺；選擇所形成的多位點結構(非連鎖位點間的連鎖不平衡)在非目標性狀的檢測中會造成相關位點數(shù)目的增加和遺傳參數(shù)估計的趨同。不過這種