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水稻是我国最重要的粮食作物之一。近年来,随着水稻直播、轻简型栽培技术的大面积推广以及农村劳动力投入的减少,杂草稻作为水稻同种的生物正逐渐给我国水稻的生长和生产造成严重的威胁。江苏省和广东省作为我国水稻生产的主产区,同时也是我国三系籼型杂交稻的种植大省。与此同时,它们也是我国杂草稻危害最为严重的地区。本研究主要针对以下几个方面进行研究:(1)CMS-WA基因特异性标记开发。在对杂草稻发生及危害情况调查过程中,常常发现在一些田块中同时混杂着常规栽培稻、三系籼型杂交稻和杂草稻的情况,调查时容易造成混淆。因此,为了有效的区分开常规栽培稻、三系籼型杂交稻和杂草稻,急需开发一对标记加以区分。以ZS97克隆的线粒体CMS-WA基因序列为参考,以在三系籼型杂交稻和其他常规栽培稻287-439bp处的差异片段为依据,进行引物设计,最终得到一对能有效区分三系抽型杂交稻和常规栽培稻的特异性引物WA7(Forward:5-TTTGCCTTATTTTGACCTGTTTGA-3;Reverse:5-TACTTTCAGG AGGGGAGGCA-3)。对扩增产物进行测序,得到产物大小为75bp。此外,将杂草稻红色果皮Rc基因RED4标记与之结合,得到一对能有效区分杂草稻、常规栽培稻和三系籼型杂交稻的组合标记WA7/RED4。(2)测试了江苏省杂草稻来源于三系籼型杂交稻的假说。利用组合标记WA7/RED4对江苏省63个采样点杂草稻种群(1232份样品)中线粒体CMS-WA基因的比例情况进行检测,结果在1232份杂草稻样品中检测到其中4份含有CMS-WA基因,占样品数的0.3247%,主要存在于JSYZ3、JSYZ6和JSSZ1三个群体中。由于水稻的线粒体为母系遗传,因此我们的实验结果清晰证明江苏省杂草稻主要来源于三系籼型杂交稻的假说并不成立,表明三系籼型杂交稻并不是江苏省杂草稻的主要来源。(3)广东省杂草稻遗传多样性分析及传播路径研究。通过利用30对SSR分子标记对广东省粤中北、粤中南和粤西南三个稻作区的杂草稻进行遗传多样性和UPGMA聚类分析,以了解广东省杂草稻的传播路径。1)30对SSR标记在广东省847份杂草稻样品中共检测到等位基因78个,多态性位点26个,多态性位点占86.67%。平均等位基因观察值(Na)为2.6,等位基因有效值(Ne)平均值为1.5842,香农多样性指数(Ⅰ)平均值为0.511,平均观察杂合度(Ho)为0.0236,期望杂合度(He)平均为0.2968,与其它自交为主的一年生植物的遗传多样性水平(0.23)相比,广东省杂草稻表现出相对较高的遗传多样性。2)42个杂草稻种群观察杂合度指数(Ho)从0到0.1169不等,总体相对较低,表明各种群之间存在明显差异,种群间出现了一定的遗传分化。同时发现总近交系数(Fit)较高(0.8264),异交率(t)较低(0.0426),表明广东省杂草稻群体中杂合基因较少,主要以自交繁育为主。群体内近交系数(Fis)平均值为0.8247;种群内分化系数(Fst)平均值为0.5044,总体而言,群体内的遗传变异程度大于种群内的遗传变异,与AMOVA分子方差分析中结果一致,即群体内遗传分化(51%)大于群体间遗传分化(45%)。三个种植区基因流(Num)在0.193到0.3305之间,平均值为0.2519,所有值均<1,说明广东省三个水稻种植区的杂草稻遗传分化严重。3)Mantel检验分析表明,广东省42个杂草稻种群在地理距离上在不存在显著相关性(R2=0.0113,P=0.116),AMOVA方差分析显示,广东省各个稻作区之间仅存在4%的遗传分化。进一步对广东省42个种群杂草稻进行UPGMA聚类分析,结果发现广东省杂草稻可以分为4个类群,其中两个类群为粤中南地区的杂草稻种群,而其余两个类群则为不同作区种群混合。Structure结果显示不同杂草稻种群之间彼此分享相似的遗传组成。综上所述,本研究认为广东省各个杂草稻种群之间并不是独立发生的,而是相互传播的。(4)广东省杂草稻的近期来源。通过选用常规栽培稻、三系籼型杂交稻和普通野生稻等作为对照样品,利用30对SSR分子标记对广东省42个种群847份杂草稻样品及6类160份对照样品进行Structure及UPGMA聚类分析,结果显示广东省杂草稻与常规籼稻、三系籼型杂交稻及对应田块采集的广东省栽培稻之间的亲缘关系相对较近,而与常规粳稻及普通野生稻之间具有相对较远的亲缘关系。Structure分析也得到类似的结果。综上所述,我们推测广东省杂草稻更可能来源于栽培稻,而不是来源于野生稻。