基于QTL定位与转录组分析鉴定水稻缺铁耐受候选基因OsFe2200

《BMC Plant Biology》：Integrated QTL-seq and transcriptome analyses identify a DUF1677 candidate gene with a Predicted Kelch β-propeller-like fold associated with iron deficiency response in rice

摘要

缺铁是水稻生产中的一大非生物限制因素，尤其在直播和水耕栽培体系中更为突出，但控制铁耐受性的基因——尤其是在幼苗期的基因——仍未得到充分理解。在本研究中，我们在缺铁水培系统下对116个水稻基因型进行了筛选，选取了RA23（耐受）和Lalat MAS（感病）作为亲本构建F₂作图群体。通过对极端F₂混堆进行QTL-seq分析，鉴定出两个QTL位点——qFe2.1和qFe9.1，这两个位点得到了ΔSNP指数和G′统计量分析的双重支持。亲本在缺铁条件下的RNA-seq分析进一步将这些区间缩小至14个候选基因。其中，一个尚未被表征的基因OsFe2200（Os02g0152200 / LOC_Os02g05810），属于DUF1677基因家族，表现出最强的信号——即在感病亲本中表达量高出约80倍，并经qRT-PCR验证确认。结构分析表明，OsFe2200可能采用Kelch β-螺旋桨样折叠，而进一步的结构比较发现β-螺旋桨样和Kelch样蛋白为中置信度同源物，提示OsFe2200是一个结构保守但序列分歧较大的蛋白。OsFe2200的启动子中含有铁响应元件和一个RA23特异性21 bp插入片段，这可能促使其在耐受系中表达量较低，但尚需直接验证。Bengal和Assam Aus Panel的单倍型分析显示，与OsFe2200相关的表型变异更大；携带与RA23共有突变（D90V）的单倍型在冠根数量上表现更优且差异显著，但在SPAD值上差异不显著。综上，本研究将OsFe2200确定为水稻铁缺乏耐受的一个强有力候选基因，为未来功能研究和育种计划提供了起点。