高解像度のビンベースのリンケージマッピングは、インディカジャポニカ由来の集団における植物の高さの遺伝的建築とヘテロシス関連の植物に関連する遺伝子座を明らかにします

植物の高さ（pH）は、植物の建築、種子収量、および収穫指数に影響を与える重要な特性です。しかし、pHヘテロシスの根底にある分子メカニズムは不明のままです。さらに、米の理想的な植物建築繁殖を促進するために、有用なpH関連遺伝子を緊急に特定する必要があります（Oryza sativa L.）。本研究では、イネ中のpHのイネの定量的形質遺伝子座（QTL）とヘテロシス関連の遺伝子座を探索するために、2つのエリート品種の十字架から272の組換え近交系（RIL）の高世代（> F15）集団を開発しました。、Luohui 9（Indica/Xian）×Rpy Geng（Japonica/Geng）、およびRILの交配と2つの細胞質雄の滅菌系統（YTA [Indica]およびZ7A [Japonica]）に由来する2つのテストクロスハイブリッド集団。深い再配置データを使用して、4758ビンマーカーを含む高密度の遺伝子マップが構築され、合計マップ距離は2356.41 cmでした。最後に、5シーズンにわたって異なるpH成分の長さまたは耕うん数の31のpH関連QTLが特定されました。2つの主要な環境固有のpH QTLは、地理的環境の変化を伴うイネの重要な機能的変化を受けた海南（QPH-3.1）またはhubei（QPH-5.1）で安定して検出されました。比較ゲノミクス、遺伝子機能注釈、ホモログの識別、および既存の文献（先駆的研究）に基づいて、複数のQTLの候補遺伝子は細かくマップされ、候補遺伝子QPH-3.1およびQPH-5.1は、CRISPR-CAS9を使用してさらに検証されました。遺伝子編集。具体的には、QPH-3.1は多面的な遺伝子として特徴付けられ、QPH-3.1ノックアウトラインは、pHの減少、見出しの遅延、種子設定率の低下、および耕うん数の増加を示しました。重要なことに、10のヘテロシス関連QTLがテストクロス集団で同定され、より良い親のヘテロシス遺伝子座（QBPH-5.2）が完全にカバーされているQPH-5.1です。さらに、固定ジェノタイプのRILの交差結果は、QPH-3.1およびQPH-5.1の支配的な効果を検証しました。一緒に、これらの発見は、pHの遺伝的メカニズムの理解をさらに促進し、近い将来、理想的な建築と高収量の可能性を備えた米品種を繁殖させるための複数の非常に信頼性の高い遺伝子標的を提供します。

Plant height (PH) is an important trait affecting the plant architecture, seed yield, and harvest index. However, the molecular mechanisms underlying PH heterosis remain unclear. In addition, useful PH-related genes must be urgently identified to facilitate ideal plant architecture breeding in rice (Oryza sativa L.). In the present study, to explore rice quantitative trait loci (QTLs) and heterosis-related loci of PH in rice, we developed a high-generation (>F15 ) population of 272 recombinant inbred lines (RIL) from a cross of two elite varieties, Luohui 9 (indica/xian) × RPY geng (japonica/geng), and two testcross hybrid populations derived from the crosses of RILs and two cytoplasmic male sterile lines (YTA [indica] and Z7A [japonica]). Using deep resequencing data, a high-density genetic map containing 4758 bin markers was constructed, with a total map distance of 2356.41 cM. Finally, 31 PH-related QTLs for different PH component lengths or tiller numbers across five seasons were identified. Two major environment-specific PH QTLs were stably detected in Hainan (qPH-3.1) or Hubei (qPH-5.1), which have undergone significant functional alterations in rice with changes in geographical environment. Based on comparative genomics, gene function annotation, homolog identification, and existing literature (pioneering studies), candidate genes for multiple QTLs were fine-mapped, and the candidate genes qPH-3.1 and qPH-5.1 for PH were further validated using CRISPR-Cas9 gene editing. Specifically, qPH-3.1 was characterized as a pleiotropic gene, and the qPH-3.1 knockout line showed reduced PH, delayed heading, a decreased seed setting rate, and increased tiller numbers. Importantly, 10 PH heterosis-related QTLs were identified in the testcross populations, and a better-parent heterosis locus (qBPH-5.2) completely covered qPH-5.1. Furthermore, the cross results of fixed-genotype RILs verified the dominant effects of qPH-3.1 and qPH-5.1. Together, these findings further our understanding of the genetic mechanisms of PH and offer multiple highly reliable gene targets for breeding rice varieties with ideal architecture and high yield potential in the immediate future.