一个籼粳交加倍单倍体群体的构建与分析

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亚洲栽培稻(O.sativaL.)是世界上重要的粮食作物。加倍单倍体(doubled haploid,DH)群体在植物遗传和基因组研究中有着多种应用,但除从培矮64S/02428杂种获得少量DH系外,迄今报道的水稻DH群体均不带S5n广亲和基因。为了创制新的水稻种质资源,本研究从粳稻品种668B和广亲和籼稻T23的杂种F1花培后代获得了由178个株系组成的DH群体,并利用S5位点特异性标记和34对特异性区分籼粳亚种的InDel标记对DH群体了的遗传特征进行了研究。此外,还考察了DH群体的农艺性状并对三个籼粳不育系与不同籼粳属性DH系的F1杂种结实率进行了考查,深入分析了广亲和性基因,双亲遗传差异等因素对结实率的影响。主要结果如下:  1、DH群体构建。通过对668B×T23的F1杂种进行花药培养,最后得到了一个无遗传冗余的由178个花培系组成的DH群体。  2、DH群体的籼粳属性鉴定和S5位点单倍型分析。利用34对InDel标记对178个DH系进行籼粳属性鉴定,结果发现多数DH系属于中间类型,占74.15%,只有少数株系属于典型的籼稻(1.8%)或粳稻(0.6%)类型。在中间类型DH系中,具有粳稻属性(Fi<0.5)的DH系较具有籼稻属性的数量少。利用广亲和基因S5n的ORF3,ORF4和ORF5基因序列设计三对特异性标记对S5位点进行分型,结果表明:有65个DH系与668B(ORF3-/ORF4+/ORF5j)单倍型相同,109个DH系与T23(ORF3+/ORF4-/ORF5n)相同,另外4个DH系表现为一种新的单倍型,ORF3+/ORF4+/ORF5j。这个结果表明广亲和籼稻亲本中的等位基因得到更好的传递,并且ORF3-ORF4区域很可能是一个重组热点。  3、DH群体的亚种特异性和遗传相似性。基因型分析结果显示DH群体中籼型等位基因偏多。此外,只有少于一半(13/34)的InDel标记符合1∶1的分离比,其余的标记或是表现籼型等位基因偏多(12/34)或是表现粳型等位基因偏多(9/34)。其中部分籼型等位基因频率低至1.8%或者高达98.3%。对DH群体进行聚类分析发现:178个DH系的相似性系数在0.51-0.97之间,平均为0.74。当相似性系数小于0.6时,UPGMA将DH系分为8个主要的类型,表明DH群体的遗传相似性较高。  4、DH群体杂交F1结实率的分析。本研究利用3个籼粳不育系与不同籼粳属性的54个DH系杂交共获得139个组合。按照父本是否携带广亲和基因将所有组合分为两类,分别对其杂种F1的结实率进行分析。结果表明:与华201S、GS113所配组合,父本是否含有广亲和基因对其杂交F1的结实率影响不大。668A与Sub-S5n和Sub-S5j两类DH系的所配组合的平均结实率普遍较高,表明DH父本和668A的亲和力较高。进一步分析发现,无论是Sub-S5n还是Sub-S5j的籼基因型纯度和遗传距离均与结实率无相关性(华201S/DH系组合和668A/DH系组合)或相关性极弱(GS113/DH系组合)。  总之,本研究构建了一个携带广亲和基因的DH建群体,并对其遗传特征及籼稻特异性分子标记位点和广亲和基因的单倍型分离开展研究,创制了材料和相关发现对以后而且所构对以后的水稻遗传育种和研究具体重要价值。
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