不同水稻种质中渗透胁迫抗性基因DREB2A的遗传多样性分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191200983

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (35): 1-13.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191200983

所属专题：生物技术；水稻；农业生态

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不同水稻种质中渗透胁迫抗性基因DREB2A的遗传多样性分析

谭景发(), 贺文闯, 董西龙, 党腾飞, 谢怿, 席锟, 孙勇胜, 胡亚林, 靳德明()

华中农业大学植物科学技术学院,农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室,武汉 430070

收稿日期:2019-12-22 修回日期:2020-02-06 出版日期:2020-12-15 发布日期:2020-12-18
通讯作者: 靳德明
作者简介:谭景发,男,1996年出生,黑龙江齐齐哈尔人,硕士研究生,研究方向：水稻种质资源。通信地址：430070 湖北武汉洪山区狮子山街1号华中农业大学,E-mail： 952050369@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划-粮食丰产增效科技创新专项“湖北单双季稻混作区周年机械化丰产增效技术集成与示范”(2018YFD0301306)

DREB2A Gene Resistant to Osmotic Stress in Rice Germplasms: Genetic Diversity Analysis

Tan Jingfa(), He Wenchuang, Dong Xilong, Dang Tengfei, Xie Yi, Xi Kun, Sun Yongsheng, Hu Yalin, Jin Deming()

MOA Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation (the Middle Reaches of Yangtze River), College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070

Received:2019-12-22 Revised:2020-02-06 Online:2020-12-15 Published:2020-12-18
Contact: Jin Deming

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在分析转录因子DREB2A基因在不同水稻种质中的遗传多样性,以期为水稻耐渗透胁迫遗传改良提供分子工具。利用单倍型分析、系统进化树、遗传距离和密码子偏好性分析,对85份不同类型水稻种质中DREB2A基因的功能性核苷酸序列变异及遗传多样性进行了研究。共鉴定出55个核苷酸变异位点,其中12个位于编码区,43个位于非编码区;鉴定出12个DREB2A等位基因型,其中来自非洲栽培稻(Oryza glaberrima)的3个等位基因型表现大片段变异;根据DREB2A基因的序列变异鉴定出39个单倍型,其中33个为新单倍型;将所有单倍型分为三组（Group I、II和III）,其中非洲栽培稻(Oryza glaberrima)中的10个单倍型单独分为一组(Group III);系统进化树、遗传距离和密码子偏好性分析均表明Group III与其他两组具有较大差异。对85份不同类型水稻种质中DREB2A基因的序列分析表明,非洲栽培稻(Oryza glaberrima)中的DREB2A等位基因在序列变异、系统进化关系和密码子偏好性方面均明显不同于其他种质材料中的等位基因。

关键词: 水稻, 渗透胁迫, 转录因子, DREB2A, 遗传多样性, 密码子偏好性

Abstract:

The purpose is to analyze the genetic diversity of DREB2A gene in different rice germplasms and to provide molecular tools for genetic improvement of osmotic stress-resistance in rice. Haplotype analysis, phylogenetic tree, genetic distance and codon preference analysis were used to study the functional nucleotide sequence variation and genetic diversity of DREB2A gene in 85 rice germplasms of different types. A total of 55 nucleotide mutation sites were identified, 12 of which were located in the coding region and 43 were located in the non-coding region. Twelve DREB2A alleles were identified, including 3 alleles of African cultivated rice (Oryza glaberrima) with large block variation; and 39 haplotypes were identified according to sequence variations of the DREB2A, of which 33 were new haplotypes; all haplotypes were divided into three groups (Group I, II and III), and Group III was made of 10 haplotypes from African rice; Group III showed greater differences with other two groups according to phylogenetic tree, genetic distance and codon usage preference analysis. Sequence analysis of DREB2A genes in 85 rice germplasms of different types showed that DREB2A alleles in African rice were apparently different to the alleles from other types of germplasms in sequence variation, phylogenetic relationship and codon preference.

Key words: rice, osmotic stress, transcription factor, DREB2A, genetic diversity, codon preference

中图分类号:

S184

谭景发, 贺文闯, 董西龙, 党腾飞, 谢怿, 席锟, 孙勇胜, 胡亚林, 靳德明. 不同水稻种质中渗透胁迫抗性基因DREB2A的遗传多样性分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(35): 1-13.

Tan Jingfa, He Wenchuang, Dong Xilong, Dang Tengfei, Xie Yi, Xi Kun, Sun Yongsheng, Hu Yalin, Jin Deming. DREB2A Gene Resistant to Osmotic Stress in Rice Germplasms: Genetic Diversity Analysis[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(35): 1-13.

图/表 10

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编号	材料（品种/系谱）	类别	来源
1	J23B	籼型常规品种	湖南省常德市农业科学研究所
2	II-32B	籼型常规品种	湖南杂交水稻中心
3	珍仙97B	籼型常规品种	温州市农业科学研究所
4	中9B	籼型常规品种	中国水稻研究所
5	新武香B	籼型常规品种	武汉大学
6	IR79126B	籼型常规品种	国际水稻研究所
7	STB	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
8	YTB	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
9	恩恢58	籼型常规品种	湖北省恩施自治州农业科学院
10	R180	籼型常规品种	湖南农业大学水稻科学研究所
11	盐稻4号	籼型常规品种	江苏沿海地区农业科学研究所
12	鄂丰丝苗	籼型常规品种	江西农业大学农学院、武汉亘谷源生态农业科技有限公司
13	粤农丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
14	粤禾丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
15	五山丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
16	福稻88	籼型常规品种	武汉隆福康农业发展有限公司
17	银连占	籼型常规品种	中国
18	中广优二号	籼型常规品种	中国农业科学院作物科学研究所、广东省农业科学院水稻研究所
19	广恢128	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
20	AH8	籼型常规品种	中国
21	合丰占	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
22	R039	籼型常规品种	中国
23	R522	籼型常规品种	中南民族大学生命科学学院
24	R138	籼型常规品种	湖北省农业科学院作物育种栽培研究所
25	R650	籼型常规品种	中国
26	黄华占	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
27	IR66417	籼型常规品种	国际水稻研究所
28	M1s	籼型常规品种	自主选育
29	M4s	籼型常规品种	自主选育
30	M164s	籼型常规品种	自主选育
31	M199s	籼型常规品种	自主选育
32	农香16	籼型常规品种	湖南省水稻研究所
33	R615	籼型常规品种	中国
34	绵恢501	籼型常规品种	绵阳市农业科学研究所
35	WAB357-B-9-H3-2	非洲新稻	非洲水稻中心
36	WAB540-1-B-P-6-1-1	非洲新稻	非洲水稻中心
37	WAB450-1-B-P-103-HB	非洲新稻	非洲水稻中心
38	WAB540-11-1-P31-1-H1	非洲新稻	非洲水稻中心
39	ILs1	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
40	ILs2	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
41	ILs3	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
42	ILs4	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
43	ILs5	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
44	ILs6	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
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64	RAM3	非洲栽培稻	非洲水稻中心
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69	RAM55	非洲栽培稻	非洲水稻中心
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73	RAM111	非洲栽培稻	非洲水稻中心
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75	RAM133	非洲栽培稻	非洲水稻中心
76	RAM134	非洲栽培稻	非洲水稻中心

编号	材料（品种/系谱）	类别	来源
1	J23B	籼型常规品种	湖南省常德市农业科学研究所
2	II-32B	籼型常规品种	湖南杂交水稻中心
3	珍仙97B	籼型常规品种	温州市农业科学研究所
4	中9B	籼型常规品种	中国水稻研究所
5	新武香B	籼型常规品种	武汉大学
6	IR79126B	籼型常规品种	国际水稻研究所
7	STB	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
8	YTB	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
9	恩恢58	籼型常规品种	湖北省恩施自治州农业科学院
10	R180	籼型常规品种	湖南农业大学水稻科学研究所
11	盐稻4号	籼型常规品种	江苏沿海地区农业科学研究所
12	鄂丰丝苗	籼型常规品种	江西农业大学农学院、武汉亘谷源生态农业科技有限公司
13	粤农丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
14	粤禾丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
15	五山丝苗	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
16	福稻88	籼型常规品种	武汉隆福康农业发展有限公司
17	银连占	籼型常规品种	中国
18	中广优二号	籼型常规品种	中国农业科学院作物科学研究所、广东省农业科学院水稻研究所
19	广恢128	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
20	AH8	籼型常规品种	中国
21	合丰占	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
22	R039	籼型常规品种	中国
23	R522	籼型常规品种	中南民族大学生命科学学院
24	R138	籼型常规品种	湖北省农业科学院作物育种栽培研究所
25	R650	籼型常规品种	中国
26	黄华占	籼型常规品种	广东省农业科学院水稻研究所
27	IR66417	籼型常规品种	国际水稻研究所
28	M1s	籼型常规品种	自主选育
29	M4s	籼型常规品种	自主选育
30	M164s	籼型常规品种	自主选育
31	M199s	籼型常规品种	自主选育
32	农香16	籼型常规品种	湖南省水稻研究所
33	R615	籼型常规品种	中国
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35	WAB357-B-9-H3-2	非洲新稻	非洲水稻中心
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38	WAB540-11-1-P31-1-H1	非洲新稻	非洲水稻中心
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57	ILs19	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
58	ILs20	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
59	ILs21	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
60	ILs22	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
61	ILs23	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
62	ILs24	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
63	ILs25	非洲栽培稻基因渗入系	自主选育
64	RAM3	非洲栽培稻	非洲水稻中心
65	RAM54	非洲栽培稻	非洲水稻中心
66	RAM131	非洲栽培稻	非洲水稻中心
67	RAM24	非洲栽培稻	非洲水稻中心
68	RAM48	非洲栽培稻	非洲水稻中心
69	RAM55	非洲栽培稻	非洲水稻中心
70	RAM85	非洲栽培稻	非洲水稻中心
71	RM90	非洲栽培稻	非洲水稻中心
72	RAM96	非洲栽培稻	非洲水稻中心
73	RAM111	非洲栽培稻	非洲水稻中心
74	RAM120	非洲栽培稻	非洲水稻中心
75	RAM133	非洲栽培稻	非洲水稻中心
76	RAM134	非洲栽培稻	非洲水稻中心

引物名称	引物序列	产物长度/bp	退火温度/℃	GC含量/%
DREB2AOF	CGTTGATTGCTGATAGCCTCC	963	59.13	52.38
DREB2AOR	TATTCCTATTGACCCGCAGCA		59.23	47.62
OF3	GCTGATAGCCTCCTTGATTTTTGG	944	60.20	45.83
OR3	ACCCGCAGCATGACTACTAC		59.54	55.00
IF3	CCTCATTGGGTCAGGAAGAAGA	543	59.43	50.00
IR3	GACTACACGTTCCAACACATCC		59.26	50.00
OF4	TAGAGAGGAGGGCACACACC	976	60.61	60.00
OR4	CTTTCTTGGACCCCTTGGCT		59.89	55.00
OF6	GACATGGGGTAAGTGGGTGG	869	60.03	60.00
OR6	TCTTTGAAGTATCTGCCACTCGT		59.48	43.48

引物名称	引物序列	产物长度/bp	退火温度/℃	GC含量/%
DREB2AOF	CGTTGATTGCTGATAGCCTCC	963	59.13	52.38
DREB2AOR	TATTCCTATTGACCCGCAGCA		59.23	47.62
OF3	GCTGATAGCCTCCTTGATTTTTGG	944	60.20	45.83
OR3	ACCCGCAGCATGACTACTAC		59.54	55.00
IF3	CCTCATTGGGTCAGGAAGAAGA	543	59.43	50.00
IR3	GACTACACGTTCCAACACATCC		59.26	50.00
OF4	TAGAGAGGAGGGCACACACC	976	60.61	60.00
OR4	CTTTCTTGGACCCCTTGGCT		59.89	55.00
OF6	GACATGGGGTAAGTGGGTGG	869	60.03	60.00
OR6	TCTTTGAAGTATCTGCCACTCGT		59.48	43.48

	ENC	G+C2	G+C3s	G+Cc	G+C
A1	56.923	0.465	0.444	0.493	0.492
A2	54.884	0.462	0.448	0.471	0.453
A3	57.806	0.463	0.434	0.49	0.489
A4	56.762	0.461	0.44	0.491	0.49
A5	56.582	0.461	0.442	0.492	0.491
A6	57.177	0.461	0.446	0.493	0.492
A7	56.78	0.465	0.446	0.494	0.493
A8	56.389	0.461	0.436	0.49	0.488
A9	57.177	0.461	0.446	0.493	0.492
A10	57.177	0.461	0.446	0.493	0.492
A11	57.481	0.465	0.446	0.494	0.493
A12	57.177	0.461	0.446	0.493	0.492

不同水稻种质中渗透胁迫抗性基因DREB2A的遗传多样性分析

DREB2A Gene Resistant to Osmotic Stress in Rice Germplasms: Genetic Diversity Analysis

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密码子	GroupI	GroupII	GroupIII	密码子	GroupI	GroupII	GroupIII
密码子	RSCU	RSCU	RSCU	密码子	RSCU	RSCU	RSCU
UUU(F)	1.2	1.2	1.11	GCA(A)	1.29	1.29	1.18
UUC(F)	0.8	0.8	0.89	GCG(A)	0.57	0.57	0.62
UUA(L)	0.2	0.2	0.24	UAU(Y)	1.08	1	0.97
UUG(L)	1	1	1.1	UAC(Y)	0.92	0.92	1.03
CUU(L)	1	1	1.04	CAU(H)	1.5	1.5	1.51
CUC(L)	0.4	0.4	0.4	CAC(H)	0.5	0.5	0.49
CUA(L)	1	1	0.95	CAA(Q)	0.92	0.92	0.95
CUG(L)	2.4	2.4	2.27	CAG(Q)	1.08	1.08	1.05
AUU(I)	1.75	1.75	1.79	AAU(N)	0.86	0.86	0.93
AUC(I)	0.5	0.5	0.51	AAC(N)	1.14	1.14	1.07
AUA(I)	0.75	0.75	0.71	AAA(K)	0.86	0.86	0.82
AUG(M)	1	1	1	AAG(K)	1.14	1.14	1.18
GUU(V)	0.23	0.23	0.32	GAU(D)	2	2	1.3
GUC(V)	0.68	0.68	0.69	GAC(D)	0	0	0.7
GUA(V)	0.45	0.45	0.47	GAA(E)	0.89	0.89	1
GUG(V)	2.64	2.64	2.52	GAG(E)	1.11	1.11	1
UCC(S)	1.71	1.71	1.64	UGU(C)	1.36	1.36	1.56
UCA(S)	1.71	1.71	1.51	UGC(C)	0.64	0.64	0.44
UCG(S)	0.57	0.57	0.71	UGG(W)	1	1	1
AGU(S)	0.57	0.57	0.63	CGU(R)	0	0	0.11
AGC(S)	1.43	1.43	1.51	CGC(R)	0.68	0.68	0.66
CCU(P)	0	0	0.08	CGG(R)	0.81	0.81	0.86
CCA(P)	4	4	3.92	AGA(R)	2.17	2.17	1.99
ACU(T)	0.57	0.57	0.55	AGG(R)	2.33	2.33	2.38
ACC(T)	1.71	1.71	1.73	GGU(G)	0.49	0.49	0.55
ACA(T)	1.14	1.14	1.18	GGC(G)	0.98	0.99	0.83
ACG(T)	0.57	0.57	0.55	GGA(G)	1.53	1.53	1.61
GCU(A)	1.26	1.26	1.35	GGG(G)	0.98	0.99	1.01
GCC(A)	0.84	0.84	0.85

[1]	白玛仁增, 顿玉多吉, 德例归吉, 德吉央宗, 益西多吉, 边巴次仁. 星-地结合对水稻高温热害监测模型的研究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(1): 133-141.
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[13]	张博, 石峰, 宋福强. AMF复合菌剂对寒地水稻光合作用和生长效应的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(33): 15-22.
[14]	徐晓美, 李颖, 衡周, 徐小万, 李涛, 王恒明. 响应辣椒疫霉菌诱导的CaWRKY转录因子筛选及其信号通路分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(32): 22-31.
[15]	许丹阳, 李虹颖, 孙义祥, 邬刚, 王家宝, 袁嫚嫚, 王佩旋, 张祥明, 束孝海. 不同比例有机无机肥配施对水稻产量与氮素利用率的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(31): 1-5.