亚洲杂草稻资源主要农艺性状及抗病逆性的分子基础解析

Weedy rice (Oryza sativa f. spontanea) generally refers to the rice plants growing as weeds in the paddy fields. Weedy rice shares an intermediate character between wild rice and cultivated rice, and is characterized by red pericarp, black hull, lower 1,000-grain weight, easy seed shattering and variation in seed maturation. Some weedy rice strains possesses strong resistance against various biotic and.abiotic stresses such as blast disease, salinity, drought and cold. Dissecting the molecular basis of various important traits in weedy rice can help in utilizing these genetic variations in rice breeding. However, due to complex gene regulation and environmental interactions, it is difficult to study the genetic characteristics of weedy rice. With the technical development of mining the single nucleotide polymorphisms (SNP) in target genome, genome-wide association studies (GWAS) based on linkage disequilibrium (LD), offers a new method to analyze the genetic basis of the complex traits. The aim of this study is to dissect the genetic basis of various agronomically important traits (pericarp color, hull color, awn, seed shattering, dormancy, seed longevity) and stress-resistance (blast-resistance, salt tolerance, drought tolerance, cold tolerance) of various weedy rice strains collected from diverse geographical locations in Asia by GWAS, whole genome re-sequencing and high-throughput SNP molecular marker detection technique. This study would offer new insights into the molecular basis and evolution of various favorable traits in weedy rice germplasm and suggest to utilize these traits in rice breeding.

杂草稻是介于野生稻和栽培稻的一类中间类型材料，泛指生长在稻田及其周边被视为杂草的稻株，其具有果皮红色、谷壳黑色、千粒重较低、易落粒、种子具耐储藏和强休眠性等特性，部分杂草稻资源具有较突出的抗病逆性，抵御稻瘟病、盐碱、低温和干旱等。深入挖掘和利用杂草稻资源的遗传变异，对水稻品种的改良至关重要。由于受基因和环境互作的复杂调控，杂草稻相关性状的遗传研究较困难。近年来，随着挖掘覆盖水稻全基因组SNP位点多态性技术的不断发展，基于连锁不平衡的全基因组关联分析为复杂性状的研究提供了新途径。本研究旨在利用全基因组重测序、水稻全基因组芯片高通量SNP分子标记检测技术，对丰富的亚洲不同地理分布杂草稻资源的主要农艺性状(果皮色、颖壳色、芒性、落粒性、休眠性、耐储性等)以及抗病逆性(抗稻瘟病、耐盐碱、耐旱、耐冷等)的遗传变异进行全基因组关联分析，为解析杂草稻相关性状的分子进化及有利基因资源发掘提供依据和策略。

杂草稻是介于野生稻和栽培稻的一类中间类型材料，是栽培稻的杂草近缘种，其具有很强的繁殖力、竞争力、侵染力、表型多样性以及抗病逆性。深入挖掘和利用杂草稻资源的遗传变异，对水稻品种的改良至关重要。本研究利用水稻全基因重测序、全基因组高通量SNP芯片分子标记检测技术，对亚洲不同地理分布的杂草稻资源的主要农艺性状及抗病逆性状的遗传变异进行了系统性鉴定分析，利用全基因组关联分析方法，阐明了杂草稻主要农艺性状及抗病逆性形成的分子机制。.主要结果如下：.1.遴选14个国家和地区的200余份杂草稻资源，针对10余个农艺性状进行了调查统计分析；.2.对试验材料的耐盐性、耐旱性、抗除草剂、抗稻瘟病、抗立枯病等抗病逆性状进行了鉴定分析；.3.筛选出10份对咪唑啉酮类除草剂具有非靶标抗性的杂草稻资源，3份对草铵膦有较强耐药性资源，33份稻瘟病抗性资源，10份立枯病抗性资源，20余份耐旱和耐盐资源，13份富含抗性淀粉资源；10份同时存在4个以上抗非生物胁迫基因位点资源，25份同时存在5个以上抗病虫等生物胁迫基因位点资源；.5.利用56K基因芯片对试验材料中的149份杂草稻进行检测，筛选出24365个高质量SNP位点，系统进化分析结果验证了不同地区的杂草稻具有独立的起源，是由多个独立的栽培稻品种去驯化引起的，并且最有可能是源于当地种植的品种；.6.全基因关联分析(GWAS)鉴定了杂草稻落粒性、果品颜色、叶鞘颜色、抗稻瘟病、耐旱等相关性状相关的新候选位点；.7.利用水稻GSR 40K 高密度SNP芯片对40余份经筛选鉴定具有抗病逆性的杂草稻资源进行纯合度、籼粳组分、基因组差异及功能基因等分析，每份特异的杂草稻材料均获得32000余个高质量SNP位点、90余个已知重要功能基因位点的单倍型特征，为杂草稻优异资源的数字化及其特殊性状、功能基因、育种价值的解析与发掘提供了重要参考；.8.发表研究论文11篇。.本研究揭示了杂草稻的快速适应性机制，解析了野生稻、杂草稻和栽培稻的系统进化关系；同时，本研究筛选到了可供水稻育种的抗病逆性相关的SNP分子标记及杂草稻资源，为杂草稻的防控及其发掘利用提供了新思路。

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