水稻种质资源中抗旱基因SNAC1的表达多样性

论文摘要

水稻是世界上重要的粮食作物之一,然而干旱会严重地降低水稻产量,因此培育出抗旱品种一直是育种家努力的目标。水稻拥有丰富的种质资源,通过鉴定与抗旱相关的优良等位基因并将其应用于育种会有助于提高水稻的抗旱能力.虽然已有报道称超表达某些基因可以提高植株的抗旱能力,但是很少有真正在田间表现出抗旱能力且不影响植株表型的例子。然而SNAC1超表达植株的抗旱性在大田干旱条件下仍然比野生型有明显地增强,同时正常条件下不影响植株的生长和产量。本研究利用202个水稻品种,以田间正常条件和干旱条件下SNAC1的表达量为目标性状,采用关联分析的方法寻找到引起表达量变异的位点,进而进行单倍型分析,鉴定出在干旱条件下表达量较高的单倍型,最后通过评估各品种的抗旱等级和记录卷叶天数来说明干旱胁迫后SNAC1表达量与品种抗旱性之间的关系,为水稻抗旱品种的培育提供有价值的信息。取得的主要研究结果如下：1.利用实时荧光定量PCR检测各品种在正常、轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫下的SNAC1表达量,同时考察籼稻、粳稻和整个关联群体的表达量分布情况。结果显示关联群体的SNAC1表达量水平变异很大,表达量分布偏离正态分布且对于SNACl表达量这个性状而言该群体存在着群体结构。2.本研究的基因型数据来自于"RiceVarMap"网站,从该网站检索SNAC1基因包括2000bp启动子区域在内的所有SNPs的基因型数据。最终在3448bp范围内共检索到57个位点的基因型。进一步利用这些数据进行连锁不平衡分析,当r2衰减到0.2时对应的物理距离约为3000bp。3.利用已有的表型数据和基因型数据,采用Q、K、Q+K三种不同的模型进行关联分析。结果显示在控制假阳性方面,K模型的效果要比Q模型的效果明显,与Q+K模型接近。最终采用Q+K模型,共检测到5个位点与轻度胁迫下（D1）的表达量显著关联,9个位点与重度胁迫下（D2）的表达量显著关联,正常条件下没有检测到显著位点。显著位点之间存在着不同程度的连锁不平衡。4.由轻度干旱条件下的5个显著位点分析得到的4个单倍型中,单倍型A1的表达量明显高于其它单倍型；由重度干旱条件下的9个显著位点分析得到的4个单倍型中,单倍型B1的表达量最高。由所有的11个显著位点分析得到的5个单倍型中,无论是轻度胁迫还是重度胁迫,单倍型C1的表达量均是最高的。5.根据抗旱等级的评估和卷叶天数的记录,我们发现单倍型C1的品种具有较强的抗旱能力和较长的卷叶天数,因此利用分子标记辅助选择技术将单倍型C1的优良等位基因导入到优良的受体亲本中会有助于提高水稻的抗旱能力。

论文目录

• Chinese Abstract
• English Abstract
• Abbreviations
• 1 Introduction
• 1.1 Research purposes and significance
• 1.2 Originality and creativeness
• 2 Literature review
• 2.1 Rice cultivation ecosystems and their hydrological status
• 2.2 Drought and its influence on rice production
• 2.2.1 Physiological effect and economic impacts
• 2.2.2 Types of drought stress
• 2.3 Drought resistance improvement by marker assisted selection
• 2.3.1 Identification of drought-related QTL
• 2.3.2 Marker-assisted selection to improve drought resistance
• 2.3.3 Molecular markers for drought resistance
• 2.4 Diversity of drought resistance-related genes in rice
• 2.5 Rice breeding for drought tolerance
• 2.5.1 Conventional breeding
• 2.5.2 The advance breeding
• 2.5.3 Participatory breeding
• 2.6 Screening for drought resistance
• 3 Materials and Methods
• 3.1 Plants,materials,and growth condition
• 3.2 Stress treatment and sampling
• 3.3 RNA isolation and reverse transcription
• 3.4 Quantitative real-time polymerase chain reaction（qRT-PCR）analysis
• 3.5 Association analysis and haplotype analysis
• 4 Results
• 4.1 Variations of SNAC1 expression in rice germplasms
• 4.2 Genetic variation and linkage disequilibrium at the SNAC1 locus
• 4.3 Population structure and association analysis of SNAC1
• 4.4 Haplotype analysis of SNAC1
• 5 Discussion
• 5.1 Expression level polymorphisms of SNAC1
• 5.2 Population structure and association analysis of SNAC1
• 5.3 Haplotype analysis of SNAC1
• References
• Appendix
• 1 Protocols
• 1.1 TRIzol reagent RNA isolation method
• 1.2 Reverse transcription reaction polymerase chain reaction（RT-PCR）
• 1.3 Quantitative Real Time Polymerase Chain Reaction（qRT-PCR）
• 2 Supplemental data
• Supplementary Table 1
• Supplementary Table 2
• Supplementary Table 3
• Supplementary Table 4
• Resume
• Acknowledgement