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同源四倍体水稻是二倍体水稻通过染色体加倍获得的水稻种质。利用籼型同源四倍体水稻与粳型同源四倍体水稻杂交组配的杂种一代具有明显的生物学优势和增产潜力,然而其杂种F1育性偏低,难以在生产上直接利用。本实验室通过多年努力,培育出新型高育性四倍体水稻,新材料不但本身育性正常,且能克服杂种F1的低育性。为了加快利用新材料,本文一是对3份高育性四倍体水稻的主要农艺性状和杂种优势进行调查分析;二是利用其中已获得国家植物新品种权的高育性四倍体水稻“华多2号”作为材料,观察其花粉母细胞减数分裂期间染色体行为;三是通过重测序技术对华多2号全基因组变异特征进行研究。取得如下主要结果:(1)高育性四倍体水稻具有优良的农艺性状。与双亲比较,3份高育性四倍体水稻在株高、单株实粒数、结实率、单株实粒重和千粒重等农艺性状上都得到明显提高或改善,结实率分别达到了74%以上。其中华多2号与双亲相比,单株实粒数、结实率、单株实粒重和千粒重等产量性状显著提高,分别比父本T44提高198.55%、143.78%、242.34%和16.49%,比T45提高了76.10%、84.91%、115.81%和24.47%。3份高育性四倍体水稻与不同类型低育性同源四倍体水稻杂交,杂种F1不仅育性正常,平均结实率达到73%以上,而且表现出明显的杂种优势,其中与华多2号杂交F1的单株实粒数、单株总粒数、结实率和单株实粒重上分别产生135.52%、67.47%、57.57%和134.76%的中亲优势,显示了华多2号在多倍体水稻育种上具有利用潜力。(2)华多2号花粉育性正常,花粉母细胞减数分裂期间染色体异常频率低。华多2号的花粉育性到达88%以上,分别比亲本T44和T45的花粉育性提高62.18%和46.89%。华多2号花粉母细胞减数分裂过程与二倍体水稻一致,都经历9个时期。与双亲比较,华多2号花粉母细胞减数分裂过程异常染色体频率明显比双亲低,中期I异常频率降低了72.77%和69.34%,后期I异常频率分别降低了72.45%和68.03%。华多2号较低的染色体行为异常频率可能是其花粉育性高的重要原因之一。(3)华多2号基因组具有丰富变异的序列特征。通过全基因组变异分析,华多2号和双亲T44、T45分别得到23.36 Gb、21.55 Gb和21.49 Gb碱基数据,覆盖深度达到53X、48X和49X。与父本T44比较,华多2号有965679个SNP、141155个InDel和1948个SV;与母本T45比较,华多2号有766585个SNP、121286个InDel和1886个SV,结果显示华多2号与母本T45遗传关系更为接近。华多2号与亲本T44(T45)的SNP和InDel变异主要集中在基因间区和基因下游(内含子),分别合计为88.14%和86.99%。华多2号和双亲之间存在118961个共有SNP、18922共有InDel和972个共有SV。进一步分析发现,华多2号共有1647个基因与双亲间都存在功能性变异,其中12个基因富集到花粉雌蕊互作过程中,可能与其育性有关,值得进一步研究。综合看出,华多2号结实率等产量性状较好、花粉母细胞减数分裂过程异常染色体频率低、花粉育性较高,与同源四倍体水稻杂交F1表现出较强的杂种优势。全基因组存在丰富的变异位点,其中可能具有与育性相关基因。