光污染对水稻抽穗期的影响及抽穗期QTL定位

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水稻(Oryza sativa)抽穗期是水稻最重要的农艺性状之一,由感光性、感温性和基本营养生长共同决定,其中光周期是影响水稻生长的主要因素。近年来,城郊及乡村道路亮化在夜晚给水稻生长制造了多余的光照,形成了光污染,导致光敏性水稻品种抽穗延迟或不能抽穗。本研究旨在探索光污染对水稻抽穗期的影响,发掘光污染条件下的抽穗期基因,为培育光周期钝感品种提供理论基础。本研究利用光周期敏感轮回亲本Sasanishiki、光周期钝感供体品种Habataki、以及它们衍生的一组染色体单片段代换系(Chromosome Segment Substitution Line,CSSL)开展相关研究,主要研究结果如下:1.对CSSL群体在2个不同播期的正常条件和光污染条件下的抽穗期进行QTL分析。在正常条件下重复检测到1个位于8号染色体的QTL qDTH-8,加性效应值为3.5;在光污染环境下检测到4个QTL,其中qDTH1、qDTH2、qDTH3-1和qDTH3-2,前三者仅在一个光污染环境中被检测到,加性效应值分别为3、2.5和2.5,qDTH3-2在两个播期的光污染环境中都被检测到,加性效应值范围为-5~-4,位于3号染色体RM6329和RM3329两个SSR标记之间。2.鉴定到2个光周期钝感代换系SL411和SL422,qDTH3-2位于它们在3号染色体的重叠区段上。将SL411与Sasanishiki杂交构建F2群体,设计In Del标记进行检测,建成覆盖SL411与SL422重叠片段的梯形系,在光污染条件下鉴定表型,将qDTH3-2定位在In Del标记m84和m92之间,相距996kb。进一步通过剩余杂合体群体,将qDTH3-2定位在标记m88和m162之间31.8kb的区段上。基因预测发现该区段内有5个候选基因:LOC_Os03g54050、LOC_Os03g54063、LOC_Os03g54070、LOC_Os03g54084和LOC_Os03g54091,其中LOC_Os03g54084是光敏色素C(Phytochrome C,PHYC),编码组氨酸激酶,推测该基因可能是qDTH3-2的候选基因。3.探究光污染对水稻生长的影响,得到以下结果:(1)在分期播种试验中,在正常环境下,同播期的Sasanishiki和近等基因系(NIL)19L-1在抽穗期和株高上无明显差异;在光污染条件下,Sasanishiki抽穗显著延迟、株高增加,呈现光周期敏感性,而19L-1的抽穗期和株高不受影响;(2)利用人工气候培养箱确定了影响Sasanishiki抽穗的临界日照时长介于14h30min-14h45min;(3)对光污染下的水稻冠层进行光照强度测定发现,当PAR值大于3μmol·m-2·s–1时,光周期敏感的水稻生育期显著延迟;当PAR值小于2μmol·m-2·s–1时,水稻生长基本不受影响。
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