水稻高节位分蘖突变体W33表型分析及基因定位

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水稻是我国及世界大部分人口的主要口粮,随着人口的增加,以及工业用量增多,用量和缺口将不断增大,因此,培育高产水稻品种仍是水稻品种遗传改良的主旋律。水稻产量主要由单位面积穗数、每穗实粒数和千粒重三要素构成,穗数又由基本株数、单株分蘖数、分蘖成穗率三者组成,当基本株数一定时,单株分蘖数和分蘖成穗率便是每亩穗数的重要决定因素。因此,研究水稻分蘖数和成穗率的遗传机制,可为创制分蘖较多、成穗率较高的育种材料或品种奠定较好的理论基础,对水稻的高产育种具有重要指导意义。本研究以一个高节位分蘖突变体W33为研究材料,通过表型分析,遗传分析和图位克隆技术对高节位成穗分蘖基因的进行了定位。得到以下研究结果:1、突变体的株叶形态调查。在幼苗期,突变体W33地上部分和地下部分生长发育正常,其苗高、叶片大小颜色、主根长、侧根数等表型特征与野生型R818无明显差异;至拔节期后,二者在株高上逐渐显现出差异,直至植株完全成熟,突变体W33株高明显变矮。2、w33突变体高位分蘖增加。进入分蘖期,W33分蘖发生速度明显快于R818,至孕穗期后,R818分蘖芽逐渐进入休眠状态直至停止,而W33主茎及分蘖穗颈节以下节位的分蘖芽仍处于活跃状态。最终W33单株平均分蘖数是R818的8.8倍,平均有效穗数是R818的8.6倍,分蘖平均成穗率与R818相当,但单穗穗长、枝梗数和着粒数明显低于R818,而千粒重与R818无明显差异。3、产量比较试验结果表明,W33和R818单株产量随密度增大而降低。尽管W33单穗产量明显低于R818,但在同一密度条件下,W33和R818群体产量差异不显著(F=3.78680.05 1,5);在一定密度范围内,W33能充分发挥其旺盛的分蘖力和较高的成穗率优势,以弥补单穗产量较低的缺陷,其群体产量最终达到与R818相当的水平。4、突变体的遗传分析。W33自交后代高位分蘖性状无分离现象,表现遗传稳定;(W33×R818)正反交F1均无高位分蘖特性;F1与W33的回交后代表现无高位分蘖和有高位分蘖两种表型,经卡方检验,其分离比符合1:1;正反交F2代均表现无高位分蘖和有高位分蘖两种表型,经卡方检验,其分离均符合3:1。表明W33高位分蘖特性的遗传受一对隐性核基因控制,W33是该基因的隐性突变体。5、高位分蘖性状的基因定位。通过对F2代植株的分子标记连锁分析将W33高节位分蘖基因初步定位于第2号染色体短臂RM53和RM145标记之间长度约3.3Mbp;再采用BSA将定位区域进一步缩小到1.7Mbp(下同)范围内;用重测序中找到的indel开发新的标记,把目标基因区域缩小到262Kbp中。6、候选基因分析。根据水稻基因注释信息在该区段找到17个候选基因,参照InterPro、GO、KEGG、Swissprot、TrEMBL等数据库,结合基因功能注释信息和共分离试验,将目标基因锁定在7687-TA,7688-TA,7691-TA,7695-TA,7701-TA,6989-TA,6988-TA,6986-TA,6984-TA 9个基因上,再对其进行定量分析,最终将候选基因锁定在7688-TA,7691-TA,7701-TA三个基因上。
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