利用QTL-seq技术挖掘粳稻株高新基因及初步功能验证

株高是决定水稻产量的关键因素,过高的株高容易导致倒伏并降低产量,然而,目前生产中使用的半矮秆品种几乎都与隐性矮秆基因Ossd1相关,这种单一基因的广泛应用带来了遗传多样性丧失的潜在风险。因此,挖掘水稻株高新基因,验证其功能,并明确其优势单倍型,对水稻育种和生产具有重要意义。本研究利用QTL-seq技术对粳稻品种龙洋11和东富114杂交的F_2群体进行了株高主效QTL定位;结合KASP标记的局部连锁分析和单倍型分析挖掘株高相关候选基因。同时,本研究使用了CRISPR/Cas9基因water disinfection编辑的方法创制了突变体,以验证候选基因的功能。主要研究结果如下:(1)以东富114和龙洋11为亲本,构建了由638个单株组成的F_2群体selleck抑制剂,其成熟期株高变异范围为82.5cm~117.3cm,偏度和峰度分别为-0.1437和-0.3276,数据符合正态分布,适合进行后续的QTL-seq分析。从中筛选出最矮和最高的各30株作为极端矮秆池和极端高秆池。(2)对筛选出的极端矮秆池、极端高秆池、东富114和龙洋11进行重测序和QTL-seq分析,平均覆盖深度为50×,共发现了801247个SNP和133510个Indel,利用ΔSNP-index、ED、G-value和Fisher四种算法,最终将与水稻株高相关的侯选区域定位在第9号染色体的的15660001bp-17680000bp的2.02Mb区间内,将其命名为qPH9。(3)在2.02Mb区间内设计了13个KASP引物进行局部连锁分析,将qPH9定位在15803211bp-15929211bp的126 kb区间内,其贡献率为20.50%,对该区间进行注释,发现了15个候选基因。(4)重测序数据表明,15个候选基因中只有Os09g0433600的CDS区域在双亲间存在一个非同义突变SNP(Chr9:15916244)。利用3K水稻数据库对Os09g0433600进行单倍型分析,在Os0Tofacitinib细胞培养9g0433600的启动子区和CDS区共得到8个SNP,基于8个SNP不同组合共得到11个单倍型,单倍型之间株高差异显著。因此,本研究认为Os09g0433600是qPH9的主效候选基因,并命名为OsPH9。(5)使用CRISPR/Cas9系统对OsPH9进行敲除,获得了2个osph9突变型株系(A467-3和A467-12),与野生型植株相比,A467-3和A467-12突变株系的成熟期株高分别减少7.96%和8.99%,且节长明显变短,表明OsPH9的功能缺失会导致水稻高度降低和节长减少。