磷(phosphorus,P)是植物生长发育所必须的营养元素,低磷胁迫是制约棉花生长发育的重要因素之一.本研究以419份陆地棉核心种质为材料,对低磷胁迫下2个环境6个根生物量相关性状进行表型鉴定,基于366万个SNPs(single nucleotide polymorphisms)进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选显著关联的SNPs位点并挖掘候选基因.结果表明,低磷胁迫下棉花根生物量性状具有广泛的遗传变异,其中根冠比(root shoot ratio,RSR)的变异系数最大(45.30％).在2个环境下共检测到393个与根生物量性状显著关联的SNPs,这些位点主要分布于D02(75个)、A08(64个)和A07(35个)染色体,其中28个SNPs在至少2个性状或环境中同时检测到.进一步筛选到13个候选基因,其中Gh_A08G1889在E1环境中低磷条件下的根冠比(LP-RSR-E1)中检测到,A08:99606874(A/C)位于该基因外显子中并导致了非同义突变(Val/Leu),且该基因编码赤霉素响应蛋白GID1C(Gibberellin receptor GID1C),有报道称该基因与DELLA蛋白相互作用参与赤霉素调节途径,控制植物根部生长发育并响应环境胁迫;Gh_D08G2527在E2环境中低磷条件下的地下部干重和总干重(root dry weight,RDW;total dry weight,TDW;LP-RDW-E2和LP-TDW-E2)中共同检测到,该基因编码的DREB3(Dehydration-responsive element-binding protein 3)类转录因子在多种作物中参与了环境胁迫的响应过程,且DREB可特异性的与DRE结合,诱导环境胁迫响应基因的表达进而使植株产生抗逆性.qRT-PCR结果显示,低磷处理后Gh_D08G2527的表达量在耐低磷品种中显著高于低磷敏感品种.本研究结果为深入了解棉花耐低磷胁迫的分子机制提供了理论参考及基因资源.

棉花;低磷胁迫;根生物量相关性状;SNP;GWAS;候选基因;qRT-PCR

柯会锋;张震;谷淇深;赵艳;李培育;张冬梅;崔彦茹;王省芬;吴立强;张桂寅;马峙英;孙正文

华北作物改良与调控国家重点实验室 / 河北省棉花产业协同创新中心 / 河北省作物种质资源重点实验室 / 河北农业大学农学院, 河北保定 071001

作物学报

[1]柯会锋;张震;谷淇深;赵艳;李培育;张冬梅;崔彦茹;王省芬;吴立强;张桂寅;马峙英;孙正文-.低磷胁迫下陆地棉苗期根生物量相关性状全基因组关联分析)[J].作物学报,2022(09):2168-2179

根生物量相关性状,D02,A08G1889,GID1C,D08G2527,TDW,DREB3

低磷胁迫,陆地棉,苗期,全基因组关联分析,phosphorus,植物生长发育,营养元素,棉花生长发育,核心种质,表型鉴定,万个,SNPs,single,nucleotide,polymorphisms,genome,wide,association,study,GWAS,候选基因,棉花根,遗传变异,根冠比,root,shoot,RSR,A07,同时检测,Gh,E1,LP,外显子,非同,同义突变,Val,Leu,基因编码,赤霉素,Gibberellin,receptor,DELLA,蛋白相互作用,根部,环境胁迫,E2,干重,dry,weight,RDW,total,Dehydration,responsive,element,binding,protein,响应过程,胁迫响应,响应基因,植株,株产,抗逆性,qRT,耐低磷,敏感品种,基因资源

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