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水稻抽穗期和产量性状微效QTL qHd1的精细定位

文献类型： 学位论文

年份： 2016

导师姓名： 庄杰云

作者： 陈俊宇

出版单位： 中国农业科学院

关键词： 水稻;数量性状位点;抽穗期变异;产量性状;微效

研究方向： 作物遗传育种

摘要： 抽穗期是决定水稻品种所适应生态区域的最关键因素,产量则反映了水稻品种的生产能力,两者是评价水稻品种应用价值的基本性状。优化抽穗期以充分利用自然光温资源、提高稻谷产量,需要对这两类性状的遗传机制具有更全面且深入的认识。本研究在应用3个初级定位群体进行QTL定位、分析抽穗期变异对QT L检测影响的基础上,建立遗传背景高度同质的遗传群体,精细定位了1个对水稻抽穗期和产量性状兼具作用的微效QTL,主要结果如下所述:1.抽穗期变异对水稻抽穗期和产量性状QTL分析的影响应用抽穗期变异具明显差异的3套重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体,开展水稻抽穗期和产量性状的QTL分析,其中,分别由早籼型保持系珍汕97B和协青早B与中籼型恢复系密阳46配组构建的ZM-RIL和XM-RIL抽穗期分离大,由中籼型恢复系特青和IRBB品系配组构建的TI-RIL抽穗集中。3套群体均进行3年试验,采用QTL Network 2.0的多环境模型分析,检测到控制抽穗期和产量性状的主效应QTLs分别有13和51个、双QTL互作分别有11和20对。结果显示,加性效应是调控性状变异的最主要遗传因素,上位性效应次之,而基因型与环境几乎不存在显著互作。相比于ZM-RIL和XM-RIL,TI-RIL中检测到的QTL具有明显特点:就抽穗期而言,尽管加性效应较小,却能解释较大的表型变异;就穗数和粒数而言,分别具有较大的贡献率和加性效应;就粒重而言,QTL数和联合贡献率均比其他2个群体约高1倍。这些结果表明,应用抽穗期变异小的分离群体不仅可增强抽穗期性状本身微效QTL的检测功效,而且可有效提高产量性状QTL的检测效率。3个RIL群体中检测到的QTL大部分与已克隆QTL重叠,但仍有部分未见报道或仅有零星的初定位报道,其中,在不同年份、不同群体均稳定发挥作用的QTLs,尤值得关注,包括抽穗期QTL q HD11、粒重QTL q TGW10,以及兼控粒重和单株产量的q TGW6.1/q GY6、兼控粒数和粒重的q NGP2/q TGW2.3。2.微效QTL q Hd1的精细定位、多效性分析及分子机制初探根据上述初定位结果,构建新群体,固定主效QTL区间的基因型,检测控制抽穗期的微效QTL。前期已从珍汕97B3/密阳46的后代材料中挑选剩余杂合体,构建BC2F8:9群体,将对水稻抽穗期具有微效作用的q Hd1定位于第1染色体长臂末端约761 Kb的区域内,本研究继续构建背景同质性更高、目标区域分离区间进一步缩小且相互交叠的剩余杂合体梯系材料,精细定位q Hd1,研究其对抽穗期和产量性状的遗传效应及对自然光温条件变异的应答,筛选候选基因、分析q Hd1遗传作用的分子基础。首先,利用在目标区域内分离区间相互交叠的BC2F10群体及其衍生的BC2F10:11近等基因系(near isogenic line,NIL),将q Hd1界定在第1染色体长臂末端约95 Kb的RM12102—RM12108区间内,并确定了该QTL对产量性状的多效性。之后,在进一步的验证研究中,包括应用NIL于浙江、海南两地多年开展的试验,以及应用BC2F12和BC2F13代NIL-F2群体分别于浙江和海南进行的试验,观察到q Hd1对抽穗期和产量性状的基因型效应大小变化明显,推测存在q Hd1与环境条件间的互作。接着,采用5期播种试验确认了q Hd1与环境的互作。结果表明,随着播期的推迟,q Hd1对抽穗期和单株产量的作用均呈增大趋势,而基因型效应显著的产量构成性状在不同播期试验中呈“单株穗数—每穗粒数—千粒重”的变化趋势;进一步结合该试验期间光温环境因素的整体表现,即长日条件下温度逐渐升高,推测q Hd1表型效应受温度变化的影响。q Hd1目标区间的10个注释基因中有2个的功能信息与抽穗期调控相关,通过测序和表达分析,推测Os MADS51最可能是q Hd1的目标基因,其第1内含子上约9.7 Kb的序列结构变异可能影响开花促进途径Os MADS51-Ehd1-RFT1/Hd3a的表达而调控水稻抽穗。这些结果为q Hd1的克隆研究打下基础。

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