水稻G156S披叶性状的遗传及基因定位分析

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叶片是植物进行光合作用的主要器官,其光合作用的强弱对植物生物产量的高低起决定性的作用。据研究报道,植物95%以上的生物产量来源于叶片。因此,对叶片的研究具有非常重要的意义。就水稻的叶片类型来看,主要表现为直立型,所以其它类型的叶片均归为突变型叶片。目前,突变型叶片主要有卷叶、披叶、绒叶、光叶等。其中,披叶型的材料在水稻育种上具有很好的用途。首先,由于目前育种上所用的材料叶型几乎都是直立的,直立型的叶片和披叶型的叶片在外观上差异非常明显,据此可以作为标记性状应用于育种。另外,如果育成具有披叶性状的不育系,在水稻的制种过程中,由于叶片披垂,穗层明显高于叶层,叶片就不会阻碍恢复系的传粉、授粉,有利于制种产量的提高。同时,还可少喷或不喷“九二〇”(赤霉素),减小田间操作的难度,有利于省工、省时、高效。因此,对水稻披叶突变性状进行研究,对提高育种效率,加速优良种质资源在水稻育种上的应用具有重要意义。同时,也对水稻突变基因结构与功能的理论研究具有积极作用。基于此,本文对G156S披叶性状进行了遗传和基因定位分析,以期为其在水稻育种上的利用提供借鉴。其结果如下:  ⒈G156S的叶片形态及叶色  在BC1代和F2代分离群体中,通过对披叶单株的叶片进行调查发现,所有的叶片(除剑叶外)都是有主脉的,只是主脉较粗而短。数据统计表明,在一片完整叶中,从叶片基部到叶尖约2/3部分有主脉且较粗壮,其余的约1/3部分因没有主脉而披垂,整片叶就表现为部分披垂,剑叶因没有主脉而呈完全披垂状。在对叶色的分离情况调查中发现,凡是披叶分离单株,其叶色均较深绿(叶色深绿属于突变),凡是表现为直立叶的分离单株,无论是显性纯合直立,还是显性杂合直立,叶片叶色均表现为浅绿色。  ⒉G156S的颖花观察  在盛花期取G156S、黔恢085和披叶分离单株的颖花到实验室显微镜下进行观察。结果表明,所有的颖花均表现为正常。其中,每一朵颖花从外到内依次由1个外颖、1个内颖、2个浆片、6枚雄蕊和1枚雌蕊(1个子房,2个羽毛状的柱头)组成。  ⒊控制G156S披叶性状的基因显隐性  用G156S作母本,4个恢复系明恢63、明恢86、黔恢085、蜀恢572作父本,采用温水对G156S杀雄后进行杂交,获得4份F1代种子,种植后形成4个F1代群体。通过对每个F1代群体单株的叶片进行鉴定,再与父母本进行对比。结果显示,所有的叶片均表现为直立,与父本的叶形相同,没有出现中间过渡现象,说明披叶性状受隐性基因控制。  ⒋控制G156S披叶性状的基因对数  获得F1代群体后,再用G156S作母本,4个F1代作父本分别进行回交,获得4份BC1代种子。同时,用F1代自交,获得4份F2代种子,构建BC1代和F2代分离群体。八叶期后分别对BC1代和F2代群体分离单株进行调查,再通过DPS分析软件进行X2测验。结果显示,在4个F2代分离群体中,直立叶单株数﹕披叶单株数均符合3﹕1的理论比;4个BC1代分离群体中,直立叶单株数﹕披叶单株数均符合1﹕1的理论比,遵循经典的孟德尔遗传规律。由此表明,该披叶突变性状受一对基因控制。  ⒌控制G156S披叶性状的基因定位  选取G156S×黔恢085的F2代分离群体作为基因定位群体,用比较均匀分布于水稻12条染色体上的246个SSR标记对亲本G156S和黔恢085的基因组DNA进行多态性分析。然后,用在两亲本间表现出多态性的标记扩增F2代的直立叶和披叶近等DNA池,再用在两个近等基因池间检测到的具有差异的标记来进行连锁分析,用与披叶突变基因连锁的标记来扩增F2代披叶隐性群体。通过MAPMAKER/EXP3.0分析软件进行连锁分析,构建了G156S控制披叶性状的基因所在染色体的部分遗传连锁图。结果表明,位于水稻第3染色体短臂上的6个标记与目标基因连锁,它们分别是标记RM1332、RM6829、RM5628、RM6849、RM6883、和RM3126。其中,RM1332、RM6829、RM5628和RM6883位于披叶突变基因的同侧,遗传距离分别为5.1cM、4.2cM、1.0cM和2.4cM,而标记RM6849和RM3126位于披叶突变基因的另一侧,遗传距离分别为0.9cM和3.0cM。标记RM5628和RM6849与披叶突变基因距离最近,遗传距离分别为1.0cM和0.9cM。  基于G156S在叶片形态、叶色、颖花等表现型和分子水平上的检测结果与目前所报道的对披叶突变体的研究有明显不同,推测该基因可能是DL基因家族中一个新的等位基因。
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