BSA性状定位

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经典案例

用BSA方法定位水稻耐盐性性状

MutMap accelerates breeding of a salt-tolerant rice cultivar

期刊:Nature Biotechnology
影响因子:39.08
发表单位:Iwate Biotechnology Research Center, Kitakami, Iwate, Japan
发表年份:2015年3月

一、研究背景

2011年地震和海啸导致日本大面积的稻田被海水淹没而造成盐污染,但日本当地缺少耐高浓度盐的水稻品种,急需培育耐盐性的水稻新品种。

二、方法流程

取材

1. 地方品种Hitomebore进行EMS
    诱变得到耐盐突变体hst1
2. Hitomebore与hst1 杂交构建F2
    分离群体;
3. 取20株F2分离群体中的耐盐性
    个体进行混池。

建库

1. 野生型亲本Hitomebore提取
    DNA,单独建库。
2. 20株F2子代提取DNA后进
    行等量混合,构建子代DNA
    池再进行建库。

测序

1. HiSeq 2500测序;
2. 亲本测序深度≥20X;
    子代测序深度≥18X。

分析

1. 比对参考基因组
2. 群体SNP检测及基因分型
3. SNPindex差异分析
4. 目标性状定位
5. 候选基因挖掘及功能验证

三、研究结果

1. 耐盐突变体hst1 筛选

通过对当地水稻品种Hitomebore进行EMS诱导筛选得到的水稻突变体hst1 能在0.75%的NaCl浓度下保持青绿,抗盐能力强,适用于进一步研究。

2. 全基因组BSA耐盐性状定位

将目标区域锚定在6号染色体上2.76 Mb~8.57 Mb区间,该候选区域其中1个SNP的突变使一个无义色氨酸密码子突变为终止子,所在基因为OsRR22,导致突变体hst1 产生耐盐表型。

3. 耐盐突变体hst1 抗盐机理验证

通过进一步实验验证,证明是OsRR22基因中转座子Tos17 的插入致使该基因部分功能缺失,使得突变体hst1 产生耐盐表型。通过RNA-seq证明耐盐突变体hst1 只影响了小部分基因的表达,所以研究者通过表型验证发现耐盐突变体hst1 的产量和品质等均与其亲本无差异。

4. 耐盐品种培育

为解决实际生产问题,以耐盐突变体hst1 作为母本,以Hitomebore为父本进行杂交,最终培育出品种"Kaiji",该品种保留了其亲本优良的产量性状和品质性状的同时,其耐盐性也与突变体hst1 保持在同一水平上。该品种于2015年于当地推广,在短短的两年时间内培育出了耐盐品种"Kaiji"。

四、研究结论

通过对日本地方水稻品种Hitomebore进行EMS诱变,从6,000株突变体中筛选得到耐盐性的突变体hst1 。将耐盐性突变体hst1 与野生型亲本Hitomebore杂交,构建F2分离群体。运用全基因组BSA策略,从F2子代群体中选取20个极端耐盐个体混池后与野生型亲本(Hitomebore)一起进行全基因组重测序,结合Mutmap分析方法,找到控制水稻耐盐性的候选基因OsRR22。通过进一步实验验证,证明是OsRR22基因中转座子Tos17 的插入致使该基因部分功能缺失,使得突变体hst1 产生耐盐表型。本研究仅用两年时间培育出了耐盐性的水稻新品种,为快速进行作物育种提供了新思路。

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