当前人口数量增加与耕地面积减少之间的矛盾日益凸显,粮食安全形势日趋严峻。水稻是我国重要的粮食作物,选育高产、高抗水稻品种,对确保国家粮食安全和社会稳定意义重大。挖掘新的产量和抗性相关基因并用于育种实践中,是提高水稻产量最直接、有效的途径。一、水稻茎秆直径、叶宽、穗粒数QTLs的基因定位株型改良与杂种优势相结合选育超高产水稻新品种是提高水稻产量的重要途径,而茎秆粗、叶片宽、穗子大是高产水稻的重要株型特征。为定位克隆新的控制茎秆、叶片、穗部相关性状的重要QTL或基因,本研究选取具有上述典型特点的育种中间材料CLP为供体亲本,日本晴(Nip)为受体亲本,构建F2群体和回交群体。对F2群体进行QTL检测,分析CLP在茎秆、叶片及穗部等株型性状上的遗传基础;同时利用回交群体,培育近等基因系,缩小QTL的定位区间,为相关基因克隆奠定基础。主要结果如下:1.CLP与Nip在多个农艺性状上存在极大差异。CLP的茎秆直径、叶片宽度、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、着粒密度表型值均是Nip的2倍左右。2.利用CLP×NipF2群体的265个单株,使用110对多态性引物,构建了总长为1526.6cM的连锁图谱,标记间平均距离为13.88cM。偏分离分析发现,共有24对偏分离标记。对16个农艺性状进行QTL定位分析,共检测到42个QTL,其中控制分蘖数、株高、茎秆直径、剑叶长、剑叶宽、剑叶长宽比、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗总粒数、着粒密度、粒长、粒宽、种子长宽比、种子面积和千粒重的QTL分别为1、2、2、1、4、1、2、2、4、4、3、3、4、3、3 和 3 个。3.利用完备区间作图的加性QTL统计模型对CLP×Nip的F2群体进行上位性分析,除粒宽外,其余15个性状共检测到68个两点互作,主要为非QTL位点之间的互作,互作方式在不同性状上表现各不相同。4.在F2群体中定位到的42个QTL中,部分QTL具有较高的贡献率或者与株型相关。针对这些QTL,我们构建了 BCiF2群体再次进行检测验证。结果表明绝大部分QTL的贡献率增加。结合之前文献报道,推测第3染色体上RM15281-Ind9 之间的qGL3 qGLWR3、qGA3和qTGW3,可能是 GS3 或者GL3.1;第 5 染色体 RM405-RM169 之间的qGW5和RM169-RM5140 之间的qGLWR5,可能是GW5或者GS5;第8染色体Ind22-Ind23的qCD8、qFLW8和qSPP8可能是IPA1。5.通过分析F2、BC1F2、BC2F2群体发现,第11染色体RM206-RM224之间控制茎秆直径、叶片大小、穗粒数的三个QTLqCD11、qFLW11、qSPP11在不同环境和不同世代中均稳定存在,且随着背景纯合贡献率增加。qCD11、qFLW11、qSPP11在F2群体中贡献率分别为5.46%、5.68%、5.22%,在BC1F2群体中贡献率分别为12.04%、12.26%、11.42%,在BC2F2群体中分别为33.29%、29.48%、28.34%。6.根据前述结果,我们选择第11染色体上控制茎秆直径、叶宽和穗粒数的RM206-RM224区间作为研究对象深入研究。然后以CLP的RM206和RM224之间片段为供体片段,以Nip为受体亲本,借助分子标记,构建该目标区间的近等基因系。在BC6F2群体中,茎秆直径、叶片大小、穗粒数开始表现双峰分离,而其他性状仍然呈连续分布。因此在RM206和RM224之间加密标记,最终将控制茎秆直径、叶宽和穗粒数的目标区间缩小到标记M11-3和M1 1-4之间。7.根据文献报道,定位区间内有8类蛋白可能与茎秆、叶片、穗部性状相关,分别为:F-box结构域蛋白、富亮氨酸重复蛋白、漆酶前体、第Ⅲ类脂肪酶、ARM重复家族蛋白、马达蛋白、脂肪酶前体和转移酶家族蛋白。二、水稻叶片类病斑暨外卷突变体llmrm1的基因定位在水稻生产中,各种病害所带来的减产严重威胁水稻粮食安全。类病斑是一类自身缺陷导致植株局部细胞死亡的水稻病害,对类病斑突变体的挖掘、鉴定及基因的克隆和功能研究,可以为解析水稻抗病机制提供理论支撑,并通过抗性育种,培育高抗水稻品种以保障水稻粮食安全。本研究在育种材料的EMS诱变群体中筛选到一份叶片带类病斑且向外卷曲的突变体,以93-11为受体亲本,经多代回交,突变体性状稳定,命名为llmrm1。通过对llmrm1的表型观察、组织切片分析、遗传分析及基因定位研究,主要取得如下结果:1.llmrm1的主要特征为叶片上出现类病斑和叶片向外卷曲,同时还影响株高等多个农艺性状。表型观察显示,从四叶期开始,llmrm1突变体叶片开始出现红褐色类病斑,类病斑从叶尖向叶片中部延伸。在类病斑出现大约一周后叶片开始向外卷曲,且随着生长发育卷曲变得明显。2.光合色素测定表明,类病斑出现之前野生型与llmrm1光合色素含量没有明显差别,而类病斑出现之后llmrm1光合色素含量急剧下降,叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量分别比野生型降低了约70%、51%、67%和53%;光合作用测定显示,类病斑出现后llmrm1的净光合速率(Pn)降低了76%,气孔导度(Gs)降低了 56%,胞间CO2浓度(Ci)降低了 14%,蒸腾速率(Tr)降低了 53%。3.投射电镜观察显示,llmrm1叶绿体呈不规则圆形,基粒片层堆叠不规则,并且不同程度地相互粘在一起,说明llmrml的叶绿体发育受到影响。台酚蓝染色结果显示,野生型叶片整体显示淡蓝色,无深蓝色染色,而llmrml类病斑周围对应着严重的深蓝色小点,表明斑点部位周围有细胞死亡,说明llmrm1类病斑的形成与细胞死亡有关。4.石蜡切片观察显示,在叶片卷曲处llmrm1泡状细胞数为7.7±0.48个,野生型5.6±0.70个,同时未发现其他部位存在显著差异,表明llmrm1突变体叶片向外卷曲是由于近轴面泡状细胞数量增加所致。5.通过调查分析llmrm1×93-11和llmrm1×Nip的F2群体,表明llmrm1突变体叶片类病斑和向外卷曲受一对隐性核基因控制,基因定位和测序分析表明LOC_Os05g31530 第 3086bp 处(CDS 区第 1588bp)发生突变(C-T),导致第530个氨基酸由脯氨酸突变为丝氨酸。LOC_Os05g31530是一个未报道过的新基因。LOC_Os05g31530编码一个NBS-LRR蛋白,具有NBS和LRR两个保守结构域。6.病程相关基因定量PCR分析显示,与野生型相比,病程基因Betv1、nPR10和PR1a的表达量,分别提高了约29倍、18倍和4倍,表明突变体的抗性可能增强;卷叶相关基因定量PCR分析显示,与野生型相比,叶卷曲基因NAL7、NRL1和RL14的表达量分别提高了约5倍、3倍和2倍,SRL1的表达量降低了约1/2,表明LLMRM1可能与这4个基因处于同一遗传通路中。