论文部分内容阅读
高等植物雄性不育现象在自然界普遍存在,其中细胞质雄性不育（Cytoplasmic Male Sterility,CMS）和光温敏核雄性不育（Photoperiod andThermo-sensitive Genic Male Sterile,PTGMS）最具利用价值。20世纪70年代,继李必湖率先发现野败型CMS后,我国水稻育种工作者成功地培育出“三系”杂交水稻,并在生产上大面积应用,为我国乃至全世界的粮食生产的持续发展发挥了重大作用。同时,石明松1973年首次发现水稻光敏核雄性不育自然突变体,为杂种优势利用开辟了另一条新途径。由于PTGMS系的花粉育性会随日长和温度变化而转变,它在长日高温条件下,不仅可作为不育系用于杂交制种,并且在短日低温条件下能自交繁殖种子;从而使种子生产过程得以简化,可以免去用于产生不育系种子的保持系,即将“三系”减为“两系”。目前两系法,也已在水稻生产上广泛应用。PTGMS的遗传研究业已表明,农垦58S和农垦58之间杂交后代的育性分离比例呈典型的单基因遗传,而由其衍生的多种不育系,则通常受两对基因控制,且其等位性较为复杂。有关光温敏核不育基因定位研究也已有较多报道,然而,尚未涉及大面积应用的温敏不育系培矮64S。因此,很有必要对其光温敏核不育基因作进一步遗传分析、基因精细定位以及遗传效应评估。本研究首先对用于基因定位的SSR（Simple Sequence Repeats）标记分析体系进行优化,试图改进目前实验过程中样品DNA提取工作量大、实验成本高以及现有SSR标记数量不足等问题;然后,以协青早A、培矮64S等为对照,通过花粉育性镜检观察和种子育性的调查,重点对嘉浙A雄性不育系育性不稳定性问题作了比较分析;最后,利用两优培九的F2构建极端隐性雄性不育群体,对光温敏不育基因进行了精细定位,并试图确定其候选基因,为分子标记辅助选择和基因克隆作准备。本研究获得的主要结果如下:1.建立了一套水稻SSR标记应用技术体系,内容包括:（1）大群体DNA样品高效提取;（2）籼粳亚种间SSR标记信息的比较分析及多态性预测;（3）PAGE（Poly-Acrylamid Gel Electrophoresis）及其银染体系的优化。运用这套体系可以提高效率,降低成本,节约时间。因此,对分子育种有一定的参考价值。2.比较了CMS和PTGMS花粉育性的变化趋势,和协青早A（0～11.67%）相比,嘉浙A群体会出现较高正常（可育）花粉率（0～30.00%）,正常花粉主要集中在第5和第3枝梗。通过花粉育性与温度相关性分析发现,嘉浙A花粉育性恢复与抽穗前9d～11d田间温度有关,平均温度为25.2±1.4℃时,可育花粉百分率将达到最高值,当平均温度升至29.8±2.1℃时将表现稳定不育。与CMS系相比,培矮64S在7月上旬至8月下旬长日高温条件下,不同穗位间花粉育性无差异,表现为稳定不育,且典败花粉率占90%以上。培矮64S的正常可育花粉百分率与抽穗前12d～16d的温度变化达最大负相关,自然长日条件下育性转换临界温度为平均24.8±1.7℃;可育花粉率峰值出现在4月22日（95.00%）和10月18日（87.67%）。杭州安全制种期为7月下旬至8月上旬。3.对培矮64S/93-11组合F2和BC1F1遗传分析表明,培矮64S的光温敏雄性不育性状受2对隐性重叠基因控制。从F2代获得320株极端不育单株构建成定位群体,应用SSR为主的分子标记以及极端集团隐性分类法（bulked-extremeand recessive-class approach）,进行光温敏雄性不育基因定位。在第7染色体上合成了72对引物,试验表明有32对多态性引物与pms1连锁。其中pms1与第7染色体短臂上的SSR标记RM6776共分离,且与两侧的连锁标记RM21242和YF11之间的遗传距离均为0.2cM。查询日本晴基因组序列信息,发现RM21242和YF11之间的物理距离为101.1kb,TIGR基因组注释表明,该区间共有14个预测基因;其中的LOCOs07g12130位点编码一个含DNA结合结构域的MYB类蛋白,通过GO（Gerie Ontology）分析,发现该基因产物与热刺激的敏感反应相关,推测LOCOs07g12130最有可能是pms1可育等位基因的候选基因。另一对不育基因初步定位在第12染色体上,8个SSR标记与pms3连锁,其中RM7018和RM28390分别位于pros3两侧,遗传距离分别为1.0 cM和4.1 cM。标记基因型与花粉育性和结实率方差分析表明,pms1和pms3基因均表现雄性不育遗传主效应,且前者效应值是后者的1.3～1.4倍。