亚洲栽培稻籼粳亚种间杂种不育的遗传基础

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ericlin1985
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亚洲栽培稻以籼稻和粳稻两个亚种为主,但其种内存在丰富的变异,是世界上最重要的粮食作物之一。水稻增产对保障我国乃至世界的粮食安全和提高人民生活水平具有极其重要的作用,但在很长一段时间以来,水稻产量出现了徘徊不前的局面。现阶段,籼粳亚种间杂种优势利用仍是水稻超高产育种的重要途径,然而籼粳亚种间存在生殖隔离,严重阻碍了亚种间杂种优势的利用。本研究既考虑到亚洲栽培稻以籼、粳亚种为主,又考虑到亚洲栽培稻种内丰富的遗传变异,选用国际水稻研究所筛选的20份代表五种不同生态类型的亚洲栽培稻品种为父本,用云南温带粳品种滇粳优1号、国际水稻所选育的籼稻品种IR64为母本,全面系统地研究了亚洲栽培稻种内不同生态类型材料与籼、粳亚种杂交F1的育性情况。在此基础上,利用滇粳优1号和IR64两份材料构建籼/粳稻背景下不同回交世代的定位群体来研究亚洲栽培稻籼粳亚种间杂种不育的遗传基础。主要研究结果如下:(1)对亚洲栽培稻种内不同生态类型品种与籼、粳亚种杂交的育性情况进行研究发现:不同生态类型与籼、粳杂种间表现杂种不育较普遍存在,杂种不育的程度因组合而不同。温带粳和热带粳、籼稻品种间都存在杂种不育现象,Aus稻与籼粳杂交育种分化较大,与品种密切相关,而籼粳亚种间杂种不育更为普遍,不育的程度表现最为明显。(2)在滇粳优1号/IR64 F1杂交种中,花粉和小穗育性均表现为半不育。在以滇粳优1号为轮回亲本、IR64为供体的BC1F1、BC2F1及BC3F1的定位群体中,随着回交的不断进行,花粉育性由连续双峰分布逐渐转化为明显可划分为可育与不育的双峰分布,且部分家系表现为不连续双峰分布,表明连续回交使得控制花粉育性的基因发生分离,逐渐演变为少数孟德尔因子控制的质量性状;而小穗育性由连续单峰分布向连续双峰分布转化后又表现为连续分布,且部分家系表现为三峰分布,表明小穗育性是一个复杂性状,受到多个育性基因控制,同时容易受环境影响。(3)在滇粳优1号/IR64//滇粳优1号BC1F1定位群体中,检测到7个控制杂种不育的QTL。其中5个影响小穗育性,分别为位于第4染色体上的q SSF4,LOD值为9.40,贡献率为16.65%,与已知位点S9定位区间相同;第4染色体上的q SSF4.1,LOD值为3.12,贡献率为5.07%;第5染色体上的q SSF5,LOD值为5.01,贡献率为27.60%,与已知位点S31(t)定位区间相同;第6染色体上的q SSF6,LOD值为7.21,贡献率为18.81%,分析其位置发现与已克隆的S5位点定位区间相同;第10染色体上的q SSF10,LOD值为7.46,贡献率为13.57%。其中q SSF4.1、q SSF10为新发现的QTL位点。有2个QTL影响花粉育性,分别为第10染色体上的q SPF10,LOD值为4.52,贡献率为2.98%;第12染色体上的q SPF12,LOD值为29.61,贡献率为34.34%,分析其位置发现与籼粳亚种间杂种的育性基因S25位点定位区间相同。在滇粳优1号/IR64/2/滇粳优1号BC2F1定位群体中,检测到4个控制杂种不育的QTL。其中有2个影响小穗育性,分别为第4染色体上的q SSF4,LOD值为5.13,贡献率为18.05%,分析其位置发现与S9位点定位区间相同。第6染色体上的q SSF6,LOD值为20.77,贡献率为33.04%,分析其位置发现与已克隆的S5位点定位区间相同。有2个影响花粉育性,分别为第10染色体上的q SPF10,LOD值为4.39,贡献率为1.70%,分析发现与上一季检测到的QTL位置相同。第12染色体上的q SPF12,LOD值为68.68,贡献率为39.02%,分析其位置发现与控制杂种育性的基因S25位点定位区间相同。在BC2F1定位群体中,与上一季的定位结果相比,有4个相同的QTL被检测到,分别为q SSF4、q SSF6、q SPF10、q SPF12;同时有有3个QTL未被检测到,分别是位于第4染色体上的q SSF4.1、位于第5染色体上的q SSF5和位于第10染色体上的q SSF10。在滇粳优1号/IR64/3/滇粳优1号BC3F1定位群体中,则检测到分别位于第4染色体和第6染色体上控制小穗育性的q SSF4、q SSF6以及位于第12染色体上控制花粉育性的q SPF12。在一个滇粳优1号/IR64/2/滇粳优1号BC2F2定位群体中,小穗育性正常可育,而花粉育性呈现明显可以划分为半不育和可育的不连续分布。在该群体中检测到位于第12染色体上影响花粉育性的基因S25,该目标位点位于RM1208与RM8215之间,与双翼标记的距离分别为0.3c M和0.90c M,配子偏分离分析表明来自粳稻的配子被消除。综合BC1F1、BC2F1、BC3F1、BC2F2群体的定位结果表明,随着回交世代的增加,连续的选择使贡献率较低的位点被淘汰,控制育性的位点由多个QTL逐渐演变为少数孟德尔因子控制的质量性状。(4)在以IR64为轮回亲本、滇粳优1号为供体的BC1F1定位群体中,花粉育性呈现连续的双峰分布,而小穗育性表现为不育株极少,呈现连续的单峰分布。在该群体中检测到了4个控制杂种不育的QTL,其中有2个影响小穗育性,分别为位于第2染色体上的q SSF2,LOD值为2.63,贡献率为4.40%,分析其位置发现与已报道的S29(t)位点比较接近;第9染色体上的q SSF9,LOD值为3.26,贡献率为5.34%,该位置未有过相关不育QTL的报道,为新的和小穗育性相关的QTL。有2个QTL影响花粉育性,分别为第2染色体上的q SPF2,LOD值为4.42,贡献率为6.21%,该位置未有过相关的报道,为新的和花粉育性相关的QTL;第12染色体上的q SPF12.1,LOD值为10.74,贡献率为16.02%,分析其位置发现与籼粳亚种间的杂种育性基因S25定位区间相同。(5)比较滇粳优1号/IR64//滇粳优1号和IR64/滇粳优1号//IR64 BC1F1群体定位结果发现,不同背景下会检测到相同的QTL,例如q SPF12和q SPF12.1;也会检测到不同的QTL,例如在滇粳优1号/IR64//滇粳优1号BC1F1群体中检测到的q SSF4、q SSF4.1、q SSF5、q SSF6、q SSF10、q SPF10未在IR64/滇粳优1号//IR64BC1F1群体中检测到;相反地,IR64/滇粳优1号//IR64 BC1F1群体中检测到的q SSF2、q SSF9及q SPF2也未在滇粳优1号/IR64//滇粳优1号BC1F1群体中检测到。表明杂种不育的发生和遗传背景有关,一些杂种不育位点在不同遗传背景下均可以起作用,而一些杂种不育位点只在特定的遗传背景下起作用。研究成果一定程度上为认识亚洲栽培稻的种内分化、发掘利用亚洲栽培稻种内丰富的遗传变异提供了新的证据,为打破亚洲栽培稻亚种间育性障碍、充分利用杂种优势培育超高产品种提供材料和技术支撑,为利用亚洲栽培稻种内丰富的遗传基础来培育杂交品种及指导不同背景(籼稻或粳稻)下杂交稻的选育工作提供理论指导。
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