水稻种子休眠性和重要经济性状的遗传基础分析

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水稻是我国重要的粮食作物,提高水稻产量和改善稻米品质是众多水稻育种者追求的目标。水稻种子休眠性是影响稻米品质及稻种质量的重要性状,与穗发芽抗性相关,这就要求培育出的优良品种具有适度的种子休眠性;同时稻米品质和重要农艺性状也直接影响着水稻品质和产量的形成,因此对影响水稻产量和品质形成的相关性状进行QTL分析具有重要意义。而这些性状大多为数量遗传,受多基因控制且容易受环境的影响,利用传统的育种方法改良这些性状比较困难。本文利用分子标记的方法从种子休眠性、稻米品质和重要农艺性状3个方面分析影响水稻产量和品质形成的遗传基础,为提高水稻产量和稻米品质提供科学依据。本文以常规水稻ZS97B(母本)和典型旱稻IRAT109(父本)为亲本材料构建的重组自交系(RILs)群体,通过对亲本材料进行RNA-Seq,利用生物信息学方法开发Indel功能标记,再结合本实验室已有的SSR标记构建遗传连锁图谱。同时考察RILs群体各家系的种子休眠性、稻米品质以及重要农艺性状相关的17个性状指标,包括1个种子休眠性状,6个稻米品质性状(精米率、整精米、糙米率、长宽比、垩白粒率和垩白度)以及10个重要农艺性状(株高、播始历期、有效穗数、穗着粒密度、穗长、每穗实粒数、结实率、千粒重、每穗颖花数和单株产量),结合遗传连锁图谱对RILs群体这17个相关性状进行QTL分析。主要研究结果如下:1、通过分析亲本RNA-Seq数据,寻找了811个插入/缺失位点,从中随机挑选259个位点,筛选到209个在亲本ZS97B和IRAT109间有多态性差异的Indel标记,筛选率达到80.7%。利用新开发的209个Indel标记和本实验室已有的207个SSR标记,共416个分子标记构建RILs群体遗传连锁图谱,图谱全长为3212.57 cM,两个标记间的平均图距为7.72 cM。2、在RILs群体中定位到一个与种子休眠相关的QTL(qDOG7-1),位于第7号染色体上,LOD值为2.93,贡献率为13.9%。这一区间与前人研究结果可以相互验,众多研究者均在第7号染色体上定位到控制种子休眠的QTL位点,并且其中一个位点(qSD7-1/qRC7)已被克隆,表明在第7号染色体上存在种子休眠性基因。3、对RILs群体稻米品质相关性状进行QTL定位分析,共检测到控制6个稻米品质性状相关的QTLs位点14个,其中包括控制精米率的位点1个,控制整精米率的位点2个,控制糙米率的位点2个,控制垩白粒率的位点2个,控制垩白度的位点4个,控制粒型的位点3个。并且定位到的控制垩白度的QTL位点中有2个主效QTLs位点,分别是位于第1号染色体上的qCD1-2和第6号染色体上的qCD6-1,效应值均较大,对表型的贡献率分别达到52.32%和53.69%。4、对RILs群体10个重要农艺性状进行QTL分析,共定位到15个控制株高、播始历期、穗长、千粒重、有效穗数、结实率和产量相关的QTLs位点,而在本次实验中未检测到控制每穗实粒数、每穗颖花数和穗着粒密度相关的QTL位点。其中检测到的位点中有1个控制播始历期的位点,1个与株高有关的位点,1个与千粒重相关的位点,4个控制有效穗数的基因位点,2个与穗长有关的位点,3个控制结实率的位点和3个控制产量的位点。并且定位到的QTL位点中部分位点对表型的贡献率较大,如控制播始历期的位点qDSP1-1,位于第1号染色体上,LOD值为4.83,可解释表型变异的20.60%,以及控制有效穗数的位点qEPN6-1,位于第6号染色体上,LOD值为6.5,可解释表型变异的19.22%。
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