CN113073143A - 利用三种单倍型检测水稻产量性状的方法 - Google Patents

利用三种单倍型检测水稻产量性状的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了利用三种单倍型检测水稻产量性状的方法。本发明公开的检测水稻产量性状的方法通过检测水稻的三种单倍型Hap.1、Hap.2和Hap.3进行，Hap.1、Hap.2和Hap.3的10个SNP分别为水稻参考基因组版本号Os‑Nipponbare‑Reference‑IRGSP‑1.0(IRGSP‑1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸，本发明发现单倍型Hap.3具有提高产量的优良性状，在水稻遗传育种及品种改良方面具有广阔的应用前景。

Description

利用三种单倍型检测水稻产量性状的方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域中，利用三种单倍型检测水稻产量性状的方法。
背景技术
预计到2050年，全世界人口将达到100亿，粮食需求将增长50-65％。而随着遗传改良以及栽培措施优化的传统方法已达到生物极限，从上世纪末开始的绿色革命带来的产量收益面临着停滞不前的困境，如何提高作物产量仍是世界范围内亟需解决的难题。水稻是世界上三大粮食作物之一，全球有超过一半的人口以水稻作为主食，因此水稻产量的提升对保障世界粮食安全具有重要的作用。
在农业生产中，农作物的生育期对作物产量起着决定性的作用，其中水稻抽穗期是决定水稻产量和品质的最重要农艺性状之一。合适的抽穗期对水稻品种适应不同生态区域以及不同种植季节具有关键作用，是作物稳产高产的保障。长期以来，选育早熟且高产的水稻品种一直是作物遗传育种研究的主攻方向之一。抽穗期的主要影响因素包括品种差异、光周期和耕作方式等，不同水稻品种抽穗期的差异直接影响品种的耕种区域与季节适应性以及产量性状。因此，从不同水稻种质资源中挖掘鉴定与抽穗期及产量相关的候选基因及分子标记对于水稻品种的遗传改良是非常必要的。水稻的抽穗期和产量均是典型的复杂数量性状，受多基因控制。一个特定候选基因中通常存在多个SNP位点，且表型性状不是由单个SNP引起的，而是由多个SNP的特定组合所致，这一类具有统计学关联性的SNPs的特定组合即是单倍型。对大量水稻种质资源材料中的SNP信息进行单倍型分析，可以为水稻抽穗期和产量的候选基因研究提供更加丰富的信息，同时也可为在自然选择和人工驯化过程中的定向选择提供更加可靠的参考。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何检测水稻的产量性状。
为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种检测水稻产量性状的方法，所述方法包括：检测待测水稻单倍型，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T；
按照如下步骤判断待测水稻产量性状：单倍型为Hap.2的纯合待测水稻产量低，单倍型为Hap.3的纯合待测水稻产量高，单倍型为Hap.1的纯合待测水稻的产量与单倍型为Hap.2的纯合待测水稻、单倍型为Hap.3的纯合待测水稻均无差异。
本发明还提供了另一种检测水稻产量性状的方法，所述方法包括：检测待测水稻单倍型，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T；
按照如下步骤判断待测水稻产量性状：Hap.2单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量低于Hap.3单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量，Hap.1单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量与Hap.2单倍型纯合待测水稻、Hap.3单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量无差异。
本发明还提供了水稻育种方法，所述方法包括：检测水稻基因组DNA中在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸，选择1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T、G或G、G、A、G、T、A、A、T、G、T的水稻作为亲本进行育种。
本发明还提供了检测水稻单倍型的物质在检测水稻产量性状中的应用，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T。
本发明还提供了检测水稻单倍型的物质在制备检测水稻产量性状产品中的应用，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)(更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T。
本发明中，检测水稻产量性状可利用所述检测水稻单倍型的物质进行。所述检测水稻单倍型的物质可为能检测所述Hap.1、所述Hap.2和所述Hap.3的引物和/或探针，还可为进行测序(如一代测序或高通量测序)所需的试剂盒/或仪器。
本发明基于OsDREB1C基因在调控水稻产量的功能，对其基因序列进行单倍型分析，发现单倍型3(Hap.3)具有提高产量的优良性状，在水稻遗传育种及品种改良方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为三种单倍型序列分析。
图2为三种单倍型的产量分析。纵坐标为单株籽粒产量，Hap1、Hap2、Hap3分别表示Hap.1、Hap.2、Hap.3，不同字母表示单倍型之间具有显著差异(P<0.05,Duncan multiplerange test)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1、水稻单倍型Hap.1、Hap.2和Hap.3与水稻产量具有相关性
供试材料为709份水稻核心种质材料，包括299份indica，355份temperatejaponica，14份tropical japonica，41份intermediate。
种植各供试材料，在其成熟后统计并记录单株籽粒产量。
根据文献(Li et al.,Analysis of genetic architecture and favorableallele usage of agronomic traits in a large collection of Chinese riceaccessions,SCIENCE CHINA Life Sciences,November 2020,Vol.63No.11:1688-1702,https://doi.org/10.1007/s11427-019-1682-6)公开的709份水稻核心种质材料的序列(该文献公开的各水稻材料的序列在NCBI中，BioProject PRJCA000322和GSA accessionCRA000167，网址为https://bigd.big.ac.cn/)比对获得SNP群体基因型，并在vcf文件中截取基因LOC_Os06g03670前2kb启动子区域的SNP。根据GWAS的结果，将基因区域的错义突变和启动子区的-Log10(P-value)值大于10的位点作为区分单倍型的SNP。采用Cornell大学Buckler实验室开发的TASSEL 5.0(http://www.maizegenetics.net/tassel)(Zhang Z,Ersoz E,Lai CQ,Todhunter RJ,Tiwari HK,Gore MA,Bradbury PJ,Yu J,Arnett DK,Ordovas JM,Buckler ES.Mixed linear model approach adapted for genome-wideassociation studies.Nature Genetics.2010Apr；42(4):355-60.https://doi.org/10.1038/ng.546)软件中的一般线性模型(General Linear Model)对SNPs和单株籽粒产量进行关联分析。
结果发现，水稻基因组中该DNA片段的三种单倍型与单株籽粒产量相关，这三种单倍型分别为Hap.1、Hap.2和Hap.3，这三种单倍型涉及10个SNP位点，这10个SNP位点在参考基因组(版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)，更新日期2013.2.6，网址https://rapdb.dna.affrc.go.jp/)的物理位置依次为：1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806，在基因LOC_Os06g03670前2kb启动子上的位置如图1所示。Hap.1的这10个位点的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G，Hap.2的这10个位点的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G，Hap.3的这10个位点的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T，各水稻材料的单倍型如表1和2所示。
统计这三种单倍型的单株籽粒产量，其中部分水稻材料的结果如表1和2所示。
表1、单株籽粒产量结果
Figure BDA0003005160900000051
Figure BDA0003005160900000061
Figure BDA0003005160900000071
Figure BDA0003005160900000081
Figure BDA0003005160900000091
表2、单株籽粒产量结果
Figure BDA0003005160900000092
Figure BDA0003005160900000101
Figure BDA0003005160900000111
Figure BDA0003005160900000121
表1和表2中，NA表示缺失数据。
统计各单倍型的单株籽粒产量，Hap.1单倍型水稻的单株籽粒产量为27.98±1.49g，Hap.2单倍型水稻的单株籽粒产量为20.48±2.30g，Hap.3单倍型水稻的单株籽粒产量为25.23±0.53g，Hap.2单倍型水稻的单株籽粒产量显著低于Hap.3单倍型水稻的单株籽粒产量，Hap.1单倍型水稻的单株籽粒产量与Hap.2单倍型、Hap.3单倍型均无显著差异(图2)，说明，水稻的三种单倍型与水稻单株产量相关，可用于水稻育种。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。

Claims (5)

1.检测水稻产量性状的方法，包括：检测待测水稻单倍型，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T；
按照如下步骤判断待测水稻产量性状：单倍型为Hap.2的纯合待测水稻产量低，单倍型为Hap.3的纯合待测水稻产量高，单倍型为Hap.1的纯合待测水稻的产量与单倍型为Hap.2的纯合待测水稻、单倍型为Hap.3的纯合待测水稻均无差异。
2.检测水稻产量性状的方法，包括：检测待测水稻单倍型，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T；
按照如下步骤判断待测水稻产量性状：Hap.2单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量低于Hap.3单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量，Hap.1单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量与Hap.2单倍型纯合待测水稻、Hap.3单倍型纯合待测水稻的单株籽粒产量无差异。
3.水稻育种方法，包括：检测水稻基因组DNA中在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸，选择1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T、G或G、G、A、G、T、A、A、T、G、T的水稻作为亲本进行育种。
4.检测水稻单倍型的物质在检测水稻产量性状中的应用，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T。
5.检测水稻单倍型的物质在制备检测水稻产量性状产品中的应用，所述水稻单倍型为Hap.1、Hap.2和Hap.3，所述Hap.1在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、A、G、C、A、G、G、C、T和G；
所述Hap.2在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为A、G、G、C、T、G、G、C、T和G；
所述Hap.3在水稻参考基因组版本号Os-Nipponbare-Reference-IRGSP-1.0(IRGSP-1.0)的物理位置1433007，1433155，1433229，1433365，1433528，1433919，1434216，1434258，1434486，1434806的核苷酸依次为G、G、A、G、T、A、A、T、G和T。
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