野生稻开花期QTL定位及其适应性进化的研究

Biological adaptation and speciation are the central topics in evolutionary biology since Darwin’s The Origin of Species. Although great advances have been made in understanding the process of speciation and adaptation, little is known about the genetic basis and molecular mechanisms underlying this process. Our previously research demonstrated that the annual wild rice, Oryza nivara that originated from its ancestral species O. rufipogon to adapt to specific ecological environments. Evidence showed that the two species diverged significantly in various phenotypic traits, including heading date. In this study, we take full use of the F2 population between these two species to clone quantitative trait locus (QTL) controlling heading date based on the SNP data obtained from genotyping-by-sequencing (GBS) technique and the phenotypic data obtained from common garden experiment. By analyzing the number, distribution and effect of QTLs, we are able to reveal the genetic basis and impacts of flowering time in adaptation of O. nivara. In addition, high-generation recombinant inbred lines (RILs) are constructed by crossing O. nivara with O. rufipogon for further studies on adaptation and the mechanism of speciation. This study will not only provide a new case for understanding adaptation and speciation but also lay important foundation for the utilization of genetic resources of wild rice and thus facilitate molecular breeding of cultivated rice.

生物适应和物种形成是自达尔文时代以来生物进化研究的中心议题。尽管人们对物种分化和适应性过程的认识有了长足的进步，但对这些过程背后的遗传学基础及分子机制还知之甚少。本课题前期工作表明，野生稻Oryza nivara是因适应特定环境而出现的新物种，与祖先种O. rufipogon的分化主要体现在花期不遇等性状上。本研究选择上述两种野生稻为研究对象，利用前期构建的杂交F2群体，结合简化基因组测序获得的SNP数据及同质园实验获得的表型数据，运用正向遗传学方法定位决定物种开花的数量性状位点（QTL）；通过分析QTL的数目、分布及效应等揭示O. nivara适应性起源的遗传基础及意义。与此同时，进一步构建高世代的重组自交系群体（RILs），为后续物种适应性和物种形成机制研究积累宝贵遗传材料。以上研究不仅为理解物种适应和起源提供新的案例，同时对野生稻资源的利用及栽培水稻的分子育种均有指导作用。

物种形成和生物适应一直是进化生物学的核心议题。尽管人们对适应性过程的认识有了长足的进步，但是对这些过程背后的遗传学基础及机制还不清楚。本研究利用因适应特定环境而出现的一年生野生稻O.nivara及其祖先种O.rufipogon为对象构建F2群体，结合简化基因组测序获得的基因型数据和同质园实验获得花期的数据进行QTLs定位。通过分析QTLs的遗传变异式样，研究O.nivara在适应性进化过程中花期改变的遗传基础，并探究自然选择在物种形成中的作用。项目主要取得如下结果：1）利用12223个bin标记构建了遗传连锁图谱，图谱全长1166.67cM，bin标记间的平均遗传距离为0.36cM。2）对包括花期在内的17个数量性状进行了QTLs定位，发现染色体上存在多个独立决定花期的QTLs位点，其分布在1、2、3、6、7和12号染色体。与其它性状相比，花期性状中的大效应（>15%）和中等效应（10-15%）的数目更多，说明花期的改变在两个物种的适应性分化中起到关键作用。对区间内的基因进行分析，发现6个QTLs区间内有10个已克隆的开花基因，后续将对这些基因重点分析。3）通过对F2群体内的个体连续自交构建了包含500个个体的F6代重组自交系群体（RILs）。对F6代群体的基因型鉴定和表型调查工作正在进行中。上述研究结果不仅为理解物种适应和起源提供新的案例，同时为后续物种适应性和物种形成机制研究积累宝贵遗传材料。研究结果的部分内容正在撰写论文。