水稻第4染色体抗旱QTL聚集区段的遗传解析与基因发掘

在水稻珍汕97B和旱稻IRAT109构建的重组自交系群体定位抗旱QTL的研究中发现水稻第4染色体的RM273-RM255标记区间聚集了多个抗旱QTL。推测该区段可能包含多个抗旱基因，对提高抗旱性具有重要的作用。本研究以此区段为研究对象，利用两亲本的重测序数据，分析目标区段在两亲本间的差异。同时利用目标区段来源于IRAT109的高世代回交导入系与受体亲本珍汕97回交自交构建F2群体，在F3家系中筛选跨叠系，利用覆盖该目标区段的跨叠系进行QTL精细定位，分析QTL基因间的连锁关系。同时利用转录组测序技术研究目标区段的基因在不同干旱程度下在叶和穗中的表达模式，及区段内存在序列差异的基因与启动子下游基因的表达变化，并获得干旱明显响应基因。通过本研究为QTL聚集现象的进一步研究提供新的思路，研究获得的QTL、基因及导入系株系可为抗旱分子育种提供材料和基因资源，研究结果也为抗旱机制的深入解析提供依据。

围绕项目设定的预期目标开展了以下工作：（1）对两亲本在目标QTL区段内的基因组序列变异进行了对比分析：基于对遗传群体的两亲本进行重测序，对目标染色体区段内的基因组差异进行了分析，发现IRAT109在目标区段内的变异明显多于ZS97B；两者的主导SNP变异类型相同；两者在目标区段的差异位点涉及1201个基因，其中包含15个转录因子，其中3个基因已克隆。（2）建立了一套目标区段的跨叠系群体：根据两亲本在目标区段内的基因组差异设计并筛选了40对标记，可用于群体标记加密和遗传分析。利用新发掘的标记对改良的7000个BC5F2单株进行了标记分析，共筛选到527株材料在Chr4目标区段内不同位点发生新重组交换，最终选取其中73个株系，构建了一套目标区段的跨叠系群体。（3）精细定位了目标区段内的抗旱QTL：根据F2群体基因型数据和F3家系材料(BC5F3)的抗旱表型数据，在LOD>2.5的水平检测到抗旱相关QTL，QTL集中分布于M13-M20-M21-RM241的热点区域，其中M20-M21区段为109Kb，定位了PN，NPNdw，EGN，PH，PHSI五个性状，其中PN与前期定位的位置邻近，定位区间进一步缩小为100kb。此外，qPL-4定位在M13-M20区间内，与前期定位结果重叠，定位区间进一步缩小为400kb。热点区域内共含有注释的功能基因273个。结合已经报道的与抗旱性相关的基因和本实验室建立的水稻干旱响应的基因网络，从中筛选到7个可能与抗旱性相关基因。（4）采用转录组芯片对目标区段的基因进行了表达分析：对相关候选基因进行了分析：在目标区段检测到66个探针信号。但显著性信号较少。检测到的基因主要具有ATP、DNA结合功能和钙离子结合功能，及蛋白磷酸化、氧化还原酶活性，这些基因主要参与蛋白磷酸化、电子传递与转录调控及蛋白质水解等生物学过程。在此基础上筛选了抗旱候基因，结合定量表达分析，验证筛选的基因，已克隆了8个候选基因，并开展了部分功能研究。（5）两个基因专利获授权，投稿SCI论文一篇，培养硕士研究生一名。