水稻每穗颖花数的遗传基础剖析及其主效QTLs精细定位

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每穗颖花数是水稻产量性状的重要构成因子,因此,研究该性状具有重要理论和实际意义。然而,该性状是复杂的数量性状,同时受到多个微效和主效的QTL调控。利用分子标记连锁图和统计分析方法,可以实现QTL的定位。进一步的研究表明,水稻每穗颖花数同时受到QTL,上位性和环境的共同影响。通过构建目标区段QTL的近等基因系,可以消除遗传背景的干扰,使数量性状呈现质量性状的分离,从而实现QTL的精细定位和克隆。本研究利用两个重组自交系群体珍汕97/特青和明恢63/特青构建两张遗传图谱,分别收集两群体的两年度重复的表型数据,对包括每穗颖花数和每穗实粒数在内的一共9个农艺性状进行QTL定位,对两群体的6个每穗颖花数QTL和2个每穗实粒数构建近等基因系,进而近等基因系背景下重新分析了4个QTL的遗传效应,精细定位了3个QTL,利用图位克隆策略,分离确定了SPP7b的候选基因。具体结果如下:1、利用176个SSR标记构建珍汕97/特青的遗传图谱,总长1432.1 cM,标记间的平均距离为8.1 cM;利用133个标记构建了明恢63/特青群体,遗传连锁图总长1371.4 cM,标记间的平均距离为10.3 cM。两群体共有的标记为50对,标记的相对位置基本相同,且与已发表的图谱有较好的一致性。2、对两个群体分别收集了两个年度的表型数据,考察了包括每穗颖花数和每穗实粒数等的一共9个性状,并进行了QTL分析。珍汕97/特青群体在2004和2006年各检测到26个QTL,其中13个QTL两年共同检测到。而明恢63/特青群体分别在2005和2006年共检测到24和28个QTL,其中13个QTL两年都检测到。3、利用每穗实粒数和抽穗期数据,对两重组自交系群体的的每穗实粒数性状进行条件QTL分析。结果显示,在珍汕97/特青群体的8个QTL中的5个受到抽穗期的影响,而剩下的3个QTL以及所有明恢63/特青群体的5个QTL都不受抽穗期的影响。进而将每穗实粒数QTL分为两类,第一类仅控制每穗实粒数性状(typeⅠ),第二类则通过延长抽穗期来提高每穗实粒数(typeⅡ)。4、对6个每穗颖花数QTL,2个每穗实粒数QTL构建近等基因系。分别得到了BC4F2的分离群体种子。5、对SPP3b在近等基因系背景下重新估计了其遗传效应,在F2和F3代中分别检测到一个LOD值是12.8和8.8的QTL,加性效应分别是11.89和7.85,分别解释表型变异的29.1%和20.2%。同时也在该群体中检测到一个千粒重的QTL,F2和F3代的LOD值分别是26.2和17.0,加性效应分别是-1.81和-0.89,各自解释表型变异的50.4%和34.5%。通过后代测验发现这两个性状共分离,两基因被当作基因标记准确的定位在染色体相同的位置,与标记RM15855和W3D16分别相距1.6 cM和1.0 cM。很有可能是一个多效性QTL同时控制每穗颖花数和千粒重。6、利用SPPl近等基因系分析该QTL的遗传效应,在F2和F3代中分别检测到一个LOD值是23.95和35.52的QTL,加性效应分别是22.05和10.81,分别解释表型变异的51.1%和63.4%。利用2200株的分离群体,进一步将QTL精细定位在一个107 kb的区域,生物信息学预测该区间一共有17个基因。7、利用SPP6的NILs分析QTL的效应,发现三个性状,抽穗期,株高,每穗颖花数都存在分离。在F2代中,株高,每穗颖花数性状的QTL LOD值分别是72.58,29.96,加性效应分别是7.72,22.14,解释表型变异的81.2%,50.9%。通过后代测验发现抽穗期,株高,每穗颖花数3个性状共分离,进一步把这个基因作为一个基因标记定位在染色体相同的座位,与RM19746和RM19795的距离分别是3.1和3.4 cM。SPP6很有可能是一个多效性QTL同时控制这3个性状。利用3300株的NILs的分离大群体,进一步将该QTL定位在一个约1Mb的区域。生物信息学预测1Mb的区域包含一个已克隆的抽穗期基因Hdl,然而Hdl与SPP6的显隐性关系恰好相反,因此可以确定SPP6并不是Hdl基因。8、利用SPP7b的NILs重新分析了QTL的遗传效应,发现在该群体中,株高,抽穗期和每穗颖花数都存在分离。在F2和F3代分别检测到LOD值为19.22和29.68的主效QTL,加性效应分别为18.86和17.04,解释表型变异的45.3%和50.6%的每穗颖花数的QTL。就株高,在两代中分别检测到QTL的LOD值分别为24.73和24.37,加性效应3.13和3.22,各自解释表型变异的50.2%和45.0%。抽穗期的LOD值分别为59.33和30.83,加性效应3.91和3.52,各自解释表型变异的76.9%和51.5%。利用8018株的大分离群体,发现三个性状共分离,进一步将其定位在19 kb的区域。生物信息学预测里面包含两个完整的基因和一个部分的基因。比较测序确定其中的LocOs07g48989是SPP7b的候选基因。RT-PCR结果显示,该候选基因确实存在转录本,因此进一步确证了该基因的真实存在。通过筛选特青的BAC文库,得到一个包含目的基因的BAC克隆12D18。酶切该BAC克隆将带目的基因的约6.9 kb片段分离克隆到载体pCAMBIA 1301上。
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