论文部分内容阅读
水稻是世界上重要的粮食作物,对保障国家粮食安全和维护社会稳定发展是不可或缺的。改良穗部形态结构是提高水稻产量的有效途径之一。水稻穗长是与穗型密切相关的重要农艺性状,受到多个数量性状基因座（quantitative trait locus,QTL）控制,对产量具有举足轻重的作用。因此,定位分析调控水稻穗长的QTLs以及与穗部性状间的相互关系更能直接有效地为培育水稻新品种提供理论依据。随着基因定位方法的不断成熟,目前已有一些穗长相关基因被克隆,其中少数重要的穗长QTLs位点也被成功用于育种实践。本研究以重穗型杂交稻骨干亲本蜀恢498（R498）为受体亲本和轮回亲本,与供体亲本CT11327杂交并连续回交和自交,获得了一份穗长（穗粒数）增加的纯合片段代换株系F771。F771继续与R498回交构建遗传群体,用于穗长基因精细定位,并取得了以下主要结果:1.与受体亲本R498相比,F771表现为植株变高,主穗穗长、一次枝梗和二次枝梗分别增加了32.0%、12.1%和23.5%,导致每穗粒数提高了39.0%,但千粒重下降21.0%,主要体现为粒长和粒宽降低了2.0%和6.7%。2.R498和F771不同时期的幼穗组织扫描电镜观察发现,F771前期发育进程较R498慢（PL<1.5mm）,导致枝梗和穗轴伸长时间增长,枝梗向颖花发育的时间延迟,最终F771中分化出更多的颖花原基,使穗长和穗粒数增加。3.F771与R498回交得到BC5F1植株表现为穗长中间型,说明穗长遗传方式为半显性遗传;根据BC5F2分离定位群体的穗长表型分布来看,呈连续的正态分布,可能存在多个QTL控制穗长性状。相关性分析显示穗长与穗粒数呈极显著线性正相关,与株高、粒型和千粒重等性状无关,可单独分离出穗长单片段代换系。4.利用BSA方法分析BC5F2群体中极端穗长植株,检测到第2号和第10号染色体存在主要连锁位点,利用重叠片段定位法将qPL10定位于10号染色体长臂端的615kb片段上,该区间共有65个基因,其中已报道的控制穗部性状的基因有LOC＿Os10g33780（TAWAWA1）等。5.qPL10候选基因之一TAWAWA1的基因序列比对分析发现,R498、F771和粳稻Nip的CDS无变化;启动子存在差异,表现为在R498基础上,F771于-455bp插入了GCG,Nip中则插入GCGGCG,利用本实验室资源材料进行基因分型,结果与上述差异一致,由此将TAWAWA1分为三种不同基因型;定量PCR显示该基因在F771及片段代换系中的表达量上调。6.利用反向遗传学,构建遗传互补载体,将TAWAWA1R498、TAWAWA1F771、TAWAWA1Nip完整CDS连同其自身启动子分别直接导入粳稻品种中花11（ZH11）。导入TAWAWA1Nip的T0代阳性植株变矮,穗长和穗粒数较对照降低了38.1%和30.2%;导入TAWAWA1F771的T0代阳性植株表现出两种表型,一种与TAWAWA1Nip相似,另一种穗长和穗粒数较对照略增加,推测其可能与ZH11自身含有的TAWAWA1Nip基因序列有关,需在T1代群体进一步考证。利用Crispr/cas9系统在ZH11背景下对TAWAWA1启动子和外显子两个靶位点进行编辑,T0代植株已检测到4种不同敲除方式,纯合敲除植株将用于TAWAWA1三种基因型的遗传互补实验,以验证TAWAWA1是否为qPL10。7.分析同时含有qPL10和qPL2的植株对水稻穗长的影响,发现qPL10/qPL2的穗长比qPL10增加了3.0%～21.6%（p<0.01）,比qPL2增加了1.0%～12.5%（p<0.05）。表明qPL10/qPL2较单一位点表现出累加效应。