[目的]水稻是重要的粮食作物,为全球超过一半的人口提供主食.穗部性状是影响水稻产量的主要因素,挖掘调控穗部性状的优异基因组合,为提高水稻产量提供聚合育种策略.[方法]以弯穗型籼稻品种R99和直立穗型粳稻品种SN265构建的151个重组自交系为试材,应用Illumina测序平台对重组自交系和双亲进行全基因组重测序.结合表型数据与遗传图谱,对每穗粒数、一次枝梗着粒数、二次枝梗着粒数和粒型进行QTL分析,筛选QTL区间内的候选基因,应用基于三代测序组装的SN265和R99高质量基因组进行候选基因预测和序列比对,在重组自交系中筛选产量性状表现最好的基因组合,并在SN265遗传背景下应用CRISPR基因编辑技术对目标位点进行基因编辑.[结果]R99每穗粒数和二次枝梗着粒数显著多于SN265,SN265的一次枝梗着粒数显著高于R99,R99粒型细长,SN265粒型短圆.每个重组自交系平均测序深度为6.25 x,R99和SN265的测序深度分别为30x和32x.获得1 456 445个高质量的SNP,利用划bin策略进行图谱构建,得到一个包含3 569个bins,平均长度为58.17 kb的遗传图.QTL分析在第9染色体检测到一个同时调控每穗粒数、一次枝梗着粒数和二次枝梗着粒数的QTL,在第1染色体鉴定到一个调控每穗粒数和二次枝梗着粒数的QTL,在第5染色体鉴定到一个调控粒型的QTL.候选基因预测和序列比对发现第9染色体的DEP1同时调控水稻一次和二次枝梗着粒数,第1染色体的Gn1a主要调控水稻二次枝梗着粒数,第5染色体的qSW5主要调控粒型.在151个重组自交系中,对DEP1、Gn1a和qSW5的不同组合进行分类并调查产量构成因素,发现Gn1aR99/DEP1SN265/qSW5SN265等位基因组合产量表现最好,Gn1aSN265/DEp1R99/qSW5R99 产量表现最差.对SN265的Gn1a位点进行分子设计育种,获得2个独立的CRISPR基因编辑株系,通过调查其产量构成因素,发现基因编辑植株穗长显著变长,每穗粒数显著增加,进而显著增加单株产量.[结论]揭示了 DEP1、Gn1a和qSW5对每穗粒数和粒型的影响,明确了Gn1aSN265/DEP1R99/qSW5R99为重组自交系中最佳基因组合,通过改良SN265的Gn1a位点进一步提高了其单株产量.
万方数据
维普
