水稻骨干亲本在新品种选育中发挥着重要作用,同时,明确骨干亲本中相关性状的遗传将有助于培育新的骨干亲本,因此骨干亲本的研究对于水稻育种有着极其重要的意义。蜀恢527(527R)是由四川农业大学水稻研究所于2000年选育出来的强优势恢复系,具有一般配合力高、杂种优势强、千粒重较大等优点。527R作为骨干亲本,在性状上实现了高产、优质、多抗和广适的有机结合,在育种应用上选育了大量的新品种并衍生了一系列优秀的恢复系。为明确527R的基因组构成和遗传基础,本研究广泛收集了 527R系谱亲本材料和目前在生产上广泛应用的衍生恢复系18份,利用高密度水稻SNP芯片进行全基因组扫描确定527R的基因组组成、区段确切来源及其在衍生系中的遗传,初步确定了重要的候选基因。同时,将产量性状与全基因组SNP进行关联,发现了一些可能与骨干亲本重要性状关联的位点。此外,我们还利用CRISPR/Cas9系统探讨了对527R性状进行进一步改良的可能性。通过上述实验,获得了如下结果:1.农艺性状调查结合SNP芯片扫描结果确定了 527R的基因组组成、区段确切来源及其能在衍生系中稳定遗传的关键基因组区段。1)农艺性状调查显示,527R的株高倾向G630,有效穗倾向IR24,而千粒重倾向G630—R1318—527R途径,因此推测527R整体表现优秀的原因在于协调了 G630大粒性状和IR24的分蘖能力。2)G630对527R全基因组贡献最大,提供了 149个来源区段(52,875,065 bp,全基因组占比约14.2%),其余亲本贡献率介于3.58-0.07%之间,贡献率排序为IR24>F36-2>GU154>IR1544。其中,527R基因组共有366个特异区段来自G630(5,348,693 bp,占比约1.4%)。其余亲本特异区段贡献率介于0.27-0.02%之间,贡献率排序为 F36-2>GU154>IR24>IR1544。3)片段遗传分析显示,共有3147个片段能稳定保留于所有衍生恢复系中,基因组覆盖率达17.54%。基于衍生恢复系的优良特性,这些区段可能构成527R作为骨干亲本的关键基因组区域。2.通过区段分析结果和已克隆产量相关基因信息的结合分析,初步探讨了 527R优异产量性状及527R关键区段的可能分子基础。1)定位于G630来源的区段的产量相关基因最多,一共有13个,包括GW2、EP3、OsFAD8等产量相关以及抗逆基因;定位于IR24来源的区段的产量相关基因有4个,且主要与分蘖和穗型相关,提示IR24在优化527R株型方面具有重要作用,这些结果提示了 527R优良性状形成的可能分子基础。2)定位于关键基因组区段已知产量相关基因25个,包括恢复系关键产量基Ghd7,粒数、粒型、粒重相关基因如Gn1a、GS5、TGW6,穗型株型分蘖等密切相关的基因如DEP2、d-27,和一些抗逆相关基因,这些基因可能共同解释了衍生恢复系从527R遗传下来的大粒重穗、株型良好、抗逆稳产等性状的分子基础。3.利用多年的产量性状数据和SNP芯片结果进行全基因组关联分析,发现了一些新的产量性状的关联位点。农艺性状数据结合全基因组SNP进行全基因组关联分析共检测到关联位点261个,其中与分蘖数性状关联的位点最多(146个);全部关联位点中有132个关联位点位于特定的区段上,在这些位点上共检索到9个已克隆水稻产量相关性状基因。4.利用CRISPR/Cas9系统敲除部分产量相关基因,初步获得了相应性状改良的527R变异株系。Gn1a敲除共获得7种变异类型,其中4种已获得纯合单株,部分变异株系穗粒数极显著增加;GW2获得5种变异类型,均已获得纯合单株,其千粒重均在40g以上;DEP1敲除获得6种变异类型,其中3种已获得纯合单株,部分变异株系表现优异,呈半直立密穗,穗粒数显著增加;TGW6敲除包含5种变异。实验结果初步显示这些敲除变异系对于527R的进一步改良具有重要意义。