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水稻籼粳杂种F1育性偏低是限制杂种优势有效利用的主要原因之一。S5基因的克隆使快速准确筛选含有S5n基因的水稻材料成为可能。普通野生稻是亚洲栽培稻的祖先种,具有丰富的遗传多样性。本研究利用S5基因序列设计功能性标记,通过变性聚丙烯酰胺电泳、琼脂糖凝胶电泳和序列分析,发掘普通野生稻中的S5n基因,对携带S5n基因的材料进行观察并统计结实率、花粉育性和胚囊育性及其结构;此外,还考察了部分栽野杂种F1的结实率。主要结果如下:
(1)普通野生稻S5n基因的发掘。通过功能性标记,一共对417份普通野生稻的DNA进行PCR扩增,发现其中15份材料扩增出现的DNA带与已知携带有S5n基因的品种(包括02428和零轮等)一样,具有一条分子量为381bp目的片断,初步判断这些材料携带有S5n基因。这些材料的编号分别为WR005、WR006、WR008、WR009、WR010、WR013、WR014、WR016、WR017、WR018、WR021、WR022、WR024、WR032和WR051,其中1份来自广东高州市、13份来自广东遂溪市、1份来自江西东乡;进一步对携带有S5n基因普通野生稻的S5n基因缺失区及其2端的序列进行测定,发现在功能区域内,所有材料的序列与已知携带有S5n基因的品种(02428)一样,在TAAT框的两侧,—72~—31bp和—26~67bp区域共计136bp(以NCBI提供的粳稻日本晴序列为参照)的缺失,与已报道的S5n基因缺失片断相同,也就是说这15份普通野生稻S5座位上确实携带有S5n基因。值得指出的是,所有材料在S5座位均为杂合基因型,即S5n/S5j或者S5n/S5j。
(2)携带有S5n基因普通野生稻S5座位序列分析。通过对携带有S5n基因的4份普通野生稻S5基因座位进行序列测定,发现除了功能区缺失片段的差异外,还存在4个位点存在差异,其中两个处于外显子区域,两个处于内含子区域。外显子区域,+1234bp处,南京11和02428中为碱基C,巴里拉中为A,WR5为C,WR51、WR32和WR24为A;+1827bp处,南京11和02428中为碱基C,巴里拉中为T,WR51为T,WR32、WR5和WR24为C和T的双峰,说明在该位点上,WR5和WR24存在点突变;内含子区域也出现了两处差异,+260bp处,02428,巴里拉、南京11、WR51、WR51、WR24和WR32为碱基T,WR5碱基为C;+368bp位点,02428、巴里拉、南京11中为碱基A,WR51,WR5,WR24和WR32碱基为G。
(3)携带有S5n基因的普通野生稻的生殖特性。2008年晚季,携带有S5n基因的普通野生稻的结实率整体偏低,在12份材料中,结实率最低的为WR21,仅为13%,最高的为WR24,其结实率为54.72%。胚囊育性差异显著,最高88.37%(WR22),最低为35.23%(WR14)。胚囊异常类型为:胚囊退化、小胚囊、雌性生殖单位退化、卵器退化、极核数目或位置异常、双套卵器、反足细胞位置异常、无反足细胞团等,其中小胚囊和胚囊退化为主要的异常类型,小胚囊占异常胚囊的比例高达到81.4%(WR16),胚囊退化占异常胚囊的比例达到80%(WR22)。花粉育性差异很大,最高的WR14为98.2%,最少的WR51仅为51.2%。花粉败育的类型主要有染败、典败、圆败、大/小花粉。通过相关分析说明在这些材料中,结实率与花粉育性成极显著相关,与胚囊育性也呈显著相关。
(4)普通野生稻测交F1的结实率表现。利用28份普通野生稻分别与粳稻测验种台中65、籼稻测验种南特号及广陆矮4号进行杂交,发现具有同一个杂交组合的不同单株之间,结实率存在着显著的差异,说明所用的普通野生稻本身是杂合体,无法直接通过测交鉴定是否存在S5n基因。