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摘要
【目的】水稻是重要的粮食作物，为全球超过一半的人口提供主食。穗部性状是影响水稻产量的主要因素，挖掘调控穗部性状的优异基因组合，为提高水稻产量提供聚合育种策略。【方法】以弯穗型籼稻品种R99和直立穗型粳稻品种SN265构建的151个重组自交系为试材，应用Illumina测序平台对重组自交系和双亲进行全基因组重测序。结合表型数据与遗传图谱，对每穗粒数、一次枝梗着粒数、二次枝梗着粒数和粒型进行QTL分析，筛选QTL区间内的候选基因，应用基于三代测序组装的SN265和R99高质量基因组进行候选基因预测和序列比对，在重组自交系中筛选产量性状表现最好的基因组合，并在SN265遗传背景下应用CRISPR基因编辑技术对目标位点进行基因编辑。【结果】R99每穗粒数和二次枝梗着粒数显著多于SN265,SN265的一次枝梗着粒数显著高于R99,R99粒型细长，SN265粒型短圆。每个重组自交系平均测序深度为6.25×，R99和SN265的测序深度分别为30×和32×。获得1 456 445个高质量的SNP，利用划bin策略进行图谱构建，得到一个包含3 569个bins，平均长度为58.17 kb的遗传图。QTL分析在第9染色体检测到一个同时调控每穗粒数、一次枝梗着粒数和二次枝梗着粒数的QTL，在第1染色体鉴定到一个调控每穗粒数和二次枝梗着粒数的QTL，在第5染色体鉴定到一个调控粒型的QTL。候选基因预测和序列比对发现第9染色体的DEP1同时调控水稻一次和二次枝梗着粒数，第1染色体的Gn1a主要调控水稻二次枝梗着粒数，第5染色体的qSW5主要调控粒型。在151个重组自交系中，对DEP1、Gn1a和qSW5的不同组合进行分类并调查产量构成因素，发现Gn1aR99/DEP1SN265/q SW5SN265等位基因组合产量表现最好，Gn1aSN265/DEP1R99/qSW5R99产量表现最差。对SN265的Gn1a位点进行分子设计育种，获得2个独立的CRISPR基因编辑株系，通过调查其产量构成因素，发现基因编辑植株穗长显著变长，每穗粒数显著增加，进而显著增加单株产量。【结论】揭示了DEP1、Gn1a和qSW5对每穗粒数和粒型的影响，明确了Gn1aSN265/DEP1R99/qSW5R99为重组自交系中最佳基因组合，通过改良SN265的Gn1a位点进一步提高了其单株产量。
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