作物在不同生长发育时期对环境温度有不同的要求。在作物生长发育时期内,满足其生长的温度条件存在一定范围,超过或不足该作物生长发育对应的适宜温度,将导致作物面临不同程度的减产。随着全球工业化进程加快,大量温室气体排放,全球温度持续上升,高温胁迫已经成为影响作物产量的重要因素。通过研究作物中响应高温胁迫的候选区间,精确定位耐热基因,进而通过分子育种培育耐高温作物品种,是目前降低高温胁迫对作物产量负面影响的主要方式。作为重要粮食作物的水稻,生长发育初期的异常高温将会直接影响水稻的正常生长发育。前人判断杂交水稻两优培九的双亲材料93-11和PA64s具有差异,二者的杂交后的重组自交系(RIL)重组较好,均携带亲本不同的片段,另有学者完成了3010份水稻测序工作。在此基础上,本课题拟选用124份具有不同基因型的RIL材料和3010份水稻种质材料中255份籼稻种质,围绕高温胁迫对水稻苗期的影响,分别进行连锁和关联分析。同时,将对筛选到的苗期耐热和不耐热的水稻品种进行转录组分析,确定耐热响应的差异表达基因。结合以上分析最终确定控制水稻苗期耐热响应的候选基因位点,为后续水稻耐高温新材料的选育提供依据。具体研究结果如下:1.不同群体苗期生物量性状表现:本研究统计了RIL及自然籼稻群体热处理前后幼苗的株高、干重、鲜重三个生物量性状,获得热处理前后幼苗生长的变化。RIL和自然群体在热胁迫处理后各性状均比相应对照组生长速率减缓,证实水稻苗期遭遇热胁迫对水稻生长有负面影响。2.QTL定位:本研究基于高通量重测序得到的高分辨率遗传图谱,对124份RIL材料苗期热胁迫处理前后性状进行QTL定位和比较分析。共计在2、3、4、6、7、9、11和12号染色体上鉴定到20个QTLs。其中,对照组生物量性状中鉴定到10个生物量相关QTLs,高温胁迫的试验组生物量性状中鉴定到8个QTLs。另外,对试验组的存活率性状进行连锁分析后,在3号和9号染色体上各鉴定到1个QTL。3.自然籼稻群体全基因组关联分析:本研究应用覆盖全基因组的14,779,691个S NP对255份自然籼稻群体进行关联分析。试验组和对照组生物量性状的关联到的显著位点有明显区别,不同的候选区间中存在响应水稻苗期高温胁迫的基因座,这些基因座通过协调水稻苗期生物量对高温胁迫做出响应。在对照组中,本次研究鉴定获得了10个生物量性状的候选区间。对试验组生物量性状及存活率进行关联分析,我们确定了106个候选区间,包括生物量性状鉴定到的29个候选区间和存活率性状鉴定到的77个候选区间。4.极端存活率材料转录组分析:为了进一步确定水稻对苗期高温响应候选位点,本研究选择了自然籼稻群体中两个耐热品种和两个热敏品种分别进行转录组分析。通过比较耐热组和热敏组之间的基因表达,确定在四个组中共有529个基因差异表达,并且认为可能存在关键基因响应水稻幼苗高温胁迫。5.水稻苗期响应高温胁迫候选位点的联合鉴定:将本研究中应用的三种分析方式——连锁分析、关联分析和转录组分析获得结果进行比对分析,进一步丰富和完善实验结果。我们将在两种及以上分析方法结果中可以同时鉴定到的23个基因作为候选基因,并结合同源性分析和已知的基因信息,确定了可以在后续研究中重点研究的多个候选基因,为水稻耐热基因的克隆和分子育种提供参考。