【摘 要】
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水稻(Oryza sativa L.)是世界上最主要的粮食作物之一,穗粒数是水稻产量形成的重要因素之一,是重要的农艺性状。此外,粒型不仅影响水稻的粒重,进而影响产量,而且还影响稻米外观品质,因而也是水稻的一个重要农艺性状。本研究以日本晴为受体亲本、西恢18为供体亲本分别鉴定了1个水稻长粒染色体片段代换系Z744和1个增加粒数的染色体片段代换系Z1364。主要研究结果如下:1水稻长粒染色体片段代换系
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“水稻杂种优势利用新技术研究”子课题(2016YFD0101107); 西南大学基本科研业务费专项“创新团队”项目“水稻密粒、长粒、粒重染色体片段代换系鉴定及基因克隆和功能研究(XDJK2017A004)”;
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水稻(Oryza sativa L.)是世界上最主要的粮食作物之一,穗粒数是水稻产量形成的重要因素之一,是重要的农艺性状。此外,粒型不仅影响水稻的粒重,进而影响产量,而且还影响稻米外观品质,因而也是水稻的一个重要农艺性状。本研究以日本晴为受体亲本、西恢18为供体亲本分别鉴定了1个水稻长粒染色体片段代换系Z744和1个增加粒数的染色体片段代换系Z1364。主要研究结果如下:1水稻长粒染色体片段代换系Z744的鉴定及农艺性状QTL分析1.1 Z744代换片段的鉴定和表型分析Z744是以日本晴为受体亲本、西恢18为供体亲本选育而成。Z744含有来自西恢18的6个代换片段,平均代换长度为3.01Mb,与日本晴相比,Z744的粒长、长宽比和千粒重显著增加。1.2 Z744的籽粒颖壳细胞学分析Z744的颖壳外表皮细胞比日本晴平均长33.49μm,细胞宽度没有显著差异,相同面积的细胞数目减少,Z744的长粒表型主要是由于籽粒颖壳细胞变长引起。1.3 Z744长粒的遗传分析Z744的粒长性状主要受一个主效QTL控制,且长粒对短粒表现为显性。1.4 Z744携带的重要农艺性状的QTL利用日本晴和Z744杂交构建的次级F2群体为QTL定位群体,共鉴定出8个QTL。其中2个影响籽粒长度的QTL(qGL1和qGL7-3)。1.5 Z744的次级代换片段系选育在QTL定位的基础上,利用MAS进一步选育出4个单片段代换系(SSSL,S1-S4)及3个双片段代换系(D1、D2和D3)。1.6基于SSSLs的QTL加性效应分析利用单片段代换系S1-S4验证了4个QTL-qGL1、qGWT1、qGWT6和qGWT7。2基于水稻多粒染色体片段代换系Z1364的粒数相关QTL鉴定及qSP1精细定位2.1 Z1364染色体片段代换系的鉴定和表型分析Z1364的染色体片段分布于1、6和8染色体,平均代换长度为1.19 Mb。与日本晴相比,Z1364的每穗总粒数、二次枝梗数和着粒密度等重要性状显著增加。2.2 Z1364的每穗粒数相关性状的遗传分析Z1364的穗粒数的增加主要受单基因隐性遗传控制。2.3 Z1364携带的重要农艺性状的QTL利用日本晴与Z1364杂交构建的次级F2代群体进行QTL定位,共检测到17个QTL。Z1364的总粒数增加主要通过二次枝梗数的增加和着粒密度的增加引起。2.4 Z1364的次级代换片段系选育在QTL定位的基础上,利用MAS进一步选育出2个SSSLs(S5和S6)和1个双片段代换系(D4)。2.5基于SSSLs的QTL加性效应分析和双片段QTL间的上位性效应分析单片段代换系S5携带QTL-q PN1、qNSB1、qGW1、qSSD1、qGP1和qSP1。单片段代换系S6还存在QTL-qNSB6、qGP6和qSP6。qSP1和qSP6聚合后,DSSL-D4比S5或S6产生了更多的每穗总粒数。2.6 qSP1的精细定位和候选基因分析在QTL定位的基础上,进一步将主效多粒QTL-qSP1精细定位于第一染色体短臂50kb区域内。经候选基因预测和测序分析,发现qSP1的候选基因是一个在水稻中未报道过的拟南芥AT4G32551基因的同源基因。2.7 qSP1和其他粒数相关基因的表达模式分析qSP1在所有的组织中表达,尤其在1cm穗中表达最多。以日本晴为参考,Os MADS22、GN1A和DST在Z1364中表达下调,而LAX2、GNP1和GHD7在Z1364中表达上调。
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