论文部分内容阅读
水稻是世界上最重要的粮食作物之一。随着世界人口的迅速增长,粮食短缺成为困扰世界各国的重大问题。同时,随着人们物质生活水平的提高,稻米品质越来越受到消费者的重视。水稻粒型包括粒长、粒宽和长宽比,是水稻粒重的决定因子,也是外观品质的重要指标。因此改良水稻粒型是提高产量和改善稻米品质的有效途径。发掘和深入研究水稻粒型基因对分子标记辅助选择进行水稻育种具有重要的理论和实践意义。本研究利用以珍汕97B为受体、热带粳稻Cypress为供体的染色体片段代换系,定位和鉴定水稻粒型主效QTL,研究其遗传效应,精细定位QTL,结合测序、表达量分析和生物信息学的方法确定候选基因,揭示该QTL的作用模式；考察该QTL对籽粒灌浆速率、产量和品质等相关性状的影响。主要结果如下：1.通过对水稻染色体片段代换系的筛选,鉴定出一份粒型与受体亲本珍汕97B有显著差异的代换系08Q043。08Q043较珍汕97B粒长增加约1.5mm,粒宽减小约0.7mm,长宽比增加约1.5,千粒重下降约3g。图示基因型显示08Q043共有8个Cypress导入片段,分别位于第1、4、5、6、7和12染色体,基因组其它背景与珍汕97B一致。2.通过08Q043与珍汕97B构建的F2分离群体及F2：3群体,采用BSA法将控制粒型的QTL定位于第7染色体长臂上RM21930-RM21936区间内,08Q043等位基因同时增加粒长和长宽比,减小粒宽,不影响粒重,故命名为qSS7。3.在F2：3群体中挑选了一个目标片段为杂合且只在第4染色体长臂上有一个纯合导入片段的单株衍生了一个含有1025个单株的分离群体,共筛选到18个重组交换单株。通过对这18个单株的后代家系考察,将qSS7精细定位到23kb的区间。分析重组交换单株的后代表型发现,该区间可能有两个紧密连锁的基因对粒型产生影响。4.对双亲候选区间测序及基因预测发现该区间共有4个预测基因,其中两个基因双亲间没有序列差异,另两个基因(LOC_Os07g41200和LOC_Os07g41210)存在一定序列差异。双亲LOC_Os07g41200的启动子区和编码区分别有26个和14个SNP和InDel,其中编码区2个SNP导致编码氨基酸的改变；LOC_Os07g41210在启动子区和编码区分别有30个和9个SNP和InDel,其中编码区3个SNP导致编码氨基酸的改变,1个SNP导致珍汕97B编码蛋白的提前终止。5.两个侯选基因在08Q043和珍汕97B的穗发育阶段存在表达差异。随着幼穗发育,LOC_Os07g41200的表达量随之降低,08Q043的表达量都比珍汕97B高。LOC_Os07g41210两亲本呈U字形表达,幼穗发育前期该基因的表达量较高,随着幼穗发育,该基因的表达量逐渐下降,到幼穗发育后期,该基因又呈上升表达,在幼穗发育成熟前的所有时期08Q043的表达量均比珍汕97B低。6.利用两个InDel标记和LOC_Os07g41210编码区的序列将核心种质的qSS7分为10种单倍型。其中珍汕97B单倍型(H1)主要分布于籼稻,08Q043单倍型(H2)主要分布于热带粳稻,日本晴单倍型(H3)主要分布于温带粳稻。籼稻H4粒长显著长于H1和H5；温带粳稻H2粒长显著大于H3和H5,粒宽显著大于H1、H3和H5。7.构建了目标位点qSS7的近等基因系,观察发现08Q043近等基因系外稃内表皮细胞长度比珍汕97B长13.7%,宽度窄11.8%,与粒型的差异基本吻合,表明qSS7主要通过影响颖壳细胞大小控制粒型。8.利用近等基因系考察了颖壳发育动态和灌浆速率。穗长大于8cm时,08Q043等位基因近等基因系颖壳比珍汕97B等位基因近等基因系细长,与表达量分析和颖壳细胞观察的结果吻合。在水稻灌浆过程中,两个近等基因系间灌浆速率没有显著差异。9.近等基因系的产量和品质相关性状的考察结果显示,qSS7除了影响粒型外,还影响抽穗期、穗长、着粒密度、垩白率和垩白度,不影响其他农艺性状。