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利用重组群体定位对数量性状差异有贡献的染色体区段是揭示复杂性状遗传机理的有效方法。开展这一工作除了需要合适的重组群体、正确的表型观测方法和适宜的统计学方法外,用于基因型鉴定的分子标记也十分重要。然而,使用传统分子标记定位出的数量性状基因座位(Quantitative Trait Locus,QTL)区间较大,而在如此大的范围内准确鉴定控制表型差异的基因变异仍然十分困难。在本研究中,我们使用基于高通量测序的基因型鉴定法对一个包含150个株系的水稻重组自交系群体开展了高精度的QTL定位分析。
该重组自交系的两个亲本分别是籼稻93-11和粳稻日本晴,其基因组序列都已被精确测定。我们利用第二代测序技术系统Illumina Genome Analyzer产生的全基因组重测序数据,开发了一个高通量鉴定重组群体基因型的方法。我们通过检测全基因组范围的单核苷酸多态来判断群体中每个株系的基因型和重组交换位点,将重组交换位点的分辨率提高到40 kb,并在此基础上开发出一种用于QTL分析的新标记单位重组bin。
使用由bin构建的遗传图谱,我们对七个形态学性状进行了考察,在富阳和陵水两个生境下分别检测到19和25个QTL,其表型贡献率从3.1％至46.0％不等。其中表型贡献率大于10％的QTL由95％置信区间确定的物理范围的平均大小约为700 kb。其中,在两个生境下分别于一号和十二号染色体相同区段都检测到控制植株高度的QTL,同样的,在两个生境下均在九号染色体相同区段检测到控制分蘖角度的QTL。我们在44个QTL之中表型贡献率最大的五个(从16.4％至46.0％)QTL的95％置信区间内都发现了可靠性很高的候选基因。这说明这种方法可以有效且稳定的检测到QTL。我们还以测序得到的基因型为基础模拟了两组密度不同的、平均分布于全基因组的标记,并用这两组模拟标记对同样的表型数据进行QTL分析。结果表明不论模拟标记密度高低,鉴定出的QTL置信区间均大于以bin为标记鉴定出的QTL置信区间。这说明使用基于高通量测序的基因型鉴定方法可以提高QTL定位分辨率。
本研究中,基于高通量测序的基因型鉴定法提供了一种快速且高分辨率、高精度定位QTL的有效方法,并且有助于促进通过精细定位或者候选基因分析实现图位克隆。本研究构建的重组自交系可作为一个定位和克隆各种各样控制水稻农艺性状和生物学性状基因的系统。我们相信随着测序技术的不断进步,这种基于基因组测序的方法有可能替代传统的基于分子标记的基因型分析方法,为大规模基因发掘及探索更多生物学问题提供一种有力的工具。