水稻冷胁迫下根系构型性状的全基因组关联分析及候选基因鉴定

《Scientific Reports》：Dissecting genomic regions and candidate genes for root traits at the seedling stage under cold stress in rice

　　

摘要

根系构型（RSA）对于水稻在非生物胁迫（包括冷胁迫（CS））下的生长至关重要，而在冷胁迫下获取 RSA 变异是提高冷耐受性（CT）的关键策略。本研究旨在鉴定 204 份多样水稻种质在冷胁迫下与 RSA 性状相关的基因组区域。使用了两种生长环境：生长室（E1；1-2 周 10 °C，随后 3-4 周 17 °C）和可控温室（E2；昼夜 28-30 °C）。总共收获了 2448 条根系，在种植四周后，使用 WinRhizo Pro 测量了四个植物生物量指标和八个 RSA 性状。观察到的研究性状具有显著的表型变异。使用‘rMVP’包中的 FarmCPU 模型对 854,832 个多态性 SNP 进行了 GWAS 分析，并鉴定出与所研究性状相关的 143 个 QTNs（E1 中 87 个，E2 中 56 个）。在鉴定的 QTNs 中，47 个新型 QTNs 为多性状（≥两个性状），这些 QTNs 被进一步用于候选基因鉴定，在±100 kb 基因组区域内获得了 74 个推定基因。在显著 QTNs 附近鉴定出包括 OsBRD1/OsDWARF、MHZ11 和 OsSNDP1 在内的关键候选基因，它们可能通过协调油菜素内酯合成、乙烯信号传导和磷脂介导的根毛发育，促进根系在冷胁迫下的适应，而 OsPP2C27、OsNIP1;2、OsNAR2.1、OsMYB305、OsSWEET3a 和 OsHMA7 基因在胁迫信号、养分吸收、生长调控和根系发育中发挥重要作用。此外，水稻表达数据库（RED）分析表明，包括 OsNAR2.1、MHZ11 和 OsSNDP1 在内的关键候选基因在根系和苗期根系组织中表达，支持了它们在冷胁迫下根系性状调控中的潜在作用。总体而言，本研究为通过 RSA 提高水稻冷耐受性提供了新颖见解的基础。