论文部分内容阅读
花粉高度不育是水稻籼粳亚种间杂种F1普遍存在的现象，是杂种优势利用的主要障碍之一。已有研究表明至少有6个基因座位(Sa、Sb、Sc、Sd、Se和sf)通过等位基因内和非等位基因间互作控制籼粳亚种间F1的花粉不育，各座位基因存在分化，其中所谓的花粉育性“中性基因”不产生不育的互作，可望克服座位内的不育性，所以挖掘和利用不同座位的花粉育性“中性基因”具有重要意义。广东高州普通野生稻（以下简称“高州野生稻”，英文缩写“GZW”）具有丰富的遗传多样性，具有栽培稻所缺乏的许多有利基因，是水稻育种的宝贵种质资源。本室之前的研究已表明，高州野生稻具有Sb座位的花粉育性“中性基因”Sbn，但是否也具有Sa座位的花粉育性“中性基因”San却未发现。本文以高州野生稻作为供体，亚洲栽培稻华粳籼74为受体亲本，首先通过杂交、回交结合SSR分子标记辅助选择构建高州野生稻的单片段代换系(single segment substitutionlines，SSSLs)；然后，利用其中携带有高州野生稻花粉不育Sa座位的SSSLs与测验种台中65(Sa座位的基因型为Sa)及其近等基因系E4(Sa座位的基因型为Sa)组配测交组合，通过观察杂种F1的花粉育性和结实率，并结合基因型检测，鉴定高州野生稻Sa座位中是否存在花粉育性“中性基因”（San）；最后选用其中的7个单片段代换系对水稻11个农艺性状的QTL进行分析。主要研究结果如下：
(1)高州野生稻单片段代换系的构建。首先对供体亲本GZW006、GZW043、GZW087、GZW101、GZW133和GZW139与华粳籼74之间的微卫星标记（SSR标记）多态性进行了检测，发现6个供体亲本与华粳籼74之间的多态率分别为54.69％、49.06％、53.35％、53.62％、50.40％和54.15％;然后利用杂交、回交结合具多态性的SSR标记检测，在BC3F1回交世代获得了27个携带有籼粳杂种F1花粉不育基因的染色体代换系（chromosome segment substitutionlines，CSSLs），代换片段共有180个，平均每个代换系携带的代换片段数为6.6个；进一步检测，在BCaF2和BC3F3回交世代共获得了20个不同的高州野生稻单片段代换系，其中包括6个携带有籼粳杂种F1花粉不育基因的单片段代换系（分别是4个Sa座位的、1个sb座位的和1个Sd座位的单片段代换系）。20个单片段代换系分布在水稻第1、2、4、5、6、7、9、10和11等9条染色体上，其中1号染色体上的单片段代换系最多，有6个。单片段代换系的代换片段长度在4.45-53.05 cM之间，平均长度为15.72 cM，代换片段的总长度为314.40cM，它们覆盖水稻基因组的总长度为257.6cM，对水稻基因组的覆盖率为16.86％。
(2)高州野生稻Sa座位花粉育性“中性基因”（Sd）的鉴定。通过台中65及其近等基因系E4作为遗传测验种，与以GZW006为供体亲本构建的Sa座位单片段代换系进行测交，观察发现其成对测交组合F1的花粉育性和结实率均高于对照，经T检验表现差异均不显著；进一步选用Sa座位SNP标记进行基因型检测，结果是GZW006和单片段代换系在Sa座位的基因型都为sdM+ sdM+/SaF-saF-，符合Sa“中性基因”的基因型，说明GZW006在Sa座位基因分化程度较小，与其它等位基因都具有较好的亲和性，可能含有籼粳杂种F1花粉育性“中性基因”San。
(3)主要农艺性状的QTL分析。利用以上构建的7个高州野生稻单片段代换系对水稻11个主要农艺性状的QTL进行了鉴定，总共检出了5个QTL，其中与结实率有关的QTL有2个(Pss-2-1和Pss-11-1)、与剑叶性状有关的QTL有3个（Lfl-6-1、Wf1-6-1和WRfl-2-2）。其中定位在第6染色体上的剑叶性状QTL(Lfl-6-1和Wfl-6-1)，所在的区间与已定位的qFLWR-6在染色体上的位置相似。Pss-2-1和Pss-11-1为微效QTL；WRfl-2-2还未见报道，可能为新的QTL位点。
通过本文研究，建立了一批高州野生稻单片段代换系，并利用其中一些代换系成功地对一些农艺性状的QTL进行了分析，为进一步的深入研究提供了宝贵材料和奠定了基础；进一步明确了高州野生稻具有花粉育性的“中性基因”Sdn，可以大量发掘，以用于克服籼粳杂种F1花粉不育性研究。
(1)高州野生稻单片段代换系的构建。首先对供体亲本GZW006、GZW043、GZW087、GZW101、GZW133和GZW139与华粳籼74之间的微卫星标记（SSR标记）多态性进行了检测，发现6个供体亲本与华粳籼74之间的多态率分别为54.69％、49.06％、53.35％、53.62％、50.40％和54.15％;然后利用杂交、回交结合具多态性的SSR标记检测，在BC3F1回交世代获得了27个携带有籼粳杂种F1花粉不育基因的染色体代换系（chromosome segment substitutionlines，CSSLs），代换片段共有180个，平均每个代换系携带的代换片段数为6.6个；进一步检测，在BCaF2和BC3F3回交世代共获得了20个不同的高州野生稻单片段代换系，其中包括6个携带有籼粳杂种F1花粉不育基因的单片段代换系（分别是4个Sa座位的、1个sb座位的和1个Sd座位的单片段代换系）。20个单片段代换系分布在水稻第1、2、4、5、6、7、9、10和11等9条染色体上，其中1号染色体上的单片段代换系最多，有6个。单片段代换系的代换片段长度在4.45-53.05 cM之间，平均长度为15.72 cM，代换片段的总长度为314.40cM，它们覆盖水稻基因组的总长度为257.6cM，对水稻基因组的覆盖率为16.86％。
(2)高州野生稻Sa座位花粉育性“中性基因”（Sd）的鉴定。通过台中65及其近等基因系E4作为遗传测验种，与以GZW006为供体亲本构建的Sa座位单片段代换系进行测交，观察发现其成对测交组合F1的花粉育性和结实率均高于对照，经T检验表现差异均不显著；进一步选用Sa座位SNP标记进行基因型检测，结果是GZW006和单片段代换系在Sa座位的基因型都为sdM+ sdM+/SaF-saF-，符合Sa“中性基因”的基因型，说明GZW006在Sa座位基因分化程度较小，与其它等位基因都具有较好的亲和性，可能含有籼粳杂种F1花粉育性“中性基因”San。
(3)主要农艺性状的QTL分析。利用以上构建的7个高州野生稻单片段代换系对水稻11个主要农艺性状的QTL进行了鉴定，总共检出了5个QTL，其中与结实率有关的QTL有2个(Pss-2-1和Pss-11-1)、与剑叶性状有关的QTL有3个（Lfl-6-1、Wf1-6-1和WRfl-2-2）。其中定位在第6染色体上的剑叶性状QTL(Lfl-6-1和Wfl-6-1)，所在的区间与已定位的qFLWR-6在染色体上的位置相似。Pss-2-1和Pss-11-1为微效QTL；WRfl-2-2还未见报道，可能为新的QTL位点。
通过本文研究，建立了一批高州野生稻单片段代换系，并利用其中一些代换系成功地对一些农艺性状的QTL进行了分析，为进一步的深入研究提供了宝贵材料和奠定了基础；进一步明确了高州野生稻具有花粉育性的“中性基因”Sdn，可以大量发掘，以用于克服籼粳杂种F1花粉不育性研究。