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水稻是世界上最重要的粮食作物之一，世界上约有一半人口以稻米为主食。水稻高产优质育种对于解决粮食安全和满足社会需求方面具有重要的意义。随着基因组学和生物信息学的发展，使在分子水平上聚合多个优良基因成为可能，分子设计育种成为未来水稻育种发展的方向。本实验室构建了1529个单片段代换系，并对单片段代换系携带的基因(QTL)进行分析鉴定。本研究利用已选择到的带有产量和品质相关优良性状的单片段代换系和多片段聚合系进行设计育种，并对获得材料进行分析。
1.本研究利用12份单片段代换系，5份双片段聚合系、4份三片段聚合系和1份五片段聚合系进行水稻分子设计育种。共筛选到54份片段长度不同的纯合多片段聚合系材料，其中三片段聚系13份，四片段聚合系17份，五片段聚合系20份，六片段聚合系4份，实现了目标片段聚合的预期目标。
2.2010年晚季对新选的40份聚合系进行表型测定。通过对功能标记(GS3、ALK、FGR)选择的目标基因进行鉴定，证明有17份材料聚合了GS3基因，33份材料聚合了Alk基因，9份材料聚合了fgr基因，表明了功能标记选择准确、高效。40份聚合系中有11份材料聚合的目标基因(QTL)与表型相符，29份材料的目标基因与表型不完全相符，其中28份材料只有一个目标基因与表型不符，表明了聚合的基因获得表达，设计育种达到预期的目标。对聚合系的粒长，粒重和直链淀粉进行上位性分析，千粒重检测的16份材料中，13份材料检测到上位性，占总数的81％，上位性效应有正效应和负效应；粒长检测的18份材料中，全部材料都检测到上位性，占总数的100%，上位性效应全部是负效应；直链淀粉检测的36份材料中，16份材料检测到上位性，占总数的44%，上位性效应全部是正效应。这些结果表明，千粒重和直链淀粉含量在遗传上是加性效应与上位性效应影响表型值；而粒长在遗传上则主要是上位性效应影响表型值。
3.早晚两季通过品系比较试验对43份聚合系进行表型测定，有32份材料聚合的目标基因(QTL)与表型相符，11份材料只有个别基因与表型不相符；这些结果再次证明聚合的基因(QTL)获得稳定表达，设计育种达到了预期的目标。
本研究通过单片段与多片段聚合系杂交聚合多个优良基因，应用功能标记对目标基因进行检测，快速高效地选择到携带多个目标基因(QTL)的聚合系材料，为应用生物信息学及功能标记开展设计育种提供了一定的实践经验；不同性状上位性效应的研究为水稻设计育种提供一定的理论基础；筛选到的携带多个优良基因(QTL)的聚合系可作为育种的中间材料，也为将来聚合更多优良基因(QTL)，培育更高产更优质的材料打下良好基础。