论文部分内容阅读
氮是作物生长和发育所必需的大量营养元素,也是农田生态系统最为关键的营养元素。氮营养供应不充足则会导致作物减产,而过量施用氮肥会造成农业和生态环境的破坏。因此,挖掘水稻耐低氮基因、培育氮高效的水稻品种对农业的可持续发展具有十分重要的意义。本研究以籼稻特青(TQ)为背景的云南元江普通野生稻渗入系为材料,通过对渗入系水培苗期和大田全生育期的耐低氮性状鉴定,结合渗入系的基因型,进行苗期和全生育期耐低氮QTL分析。并利用一个苗期对低氮敏感渗入系YIL105,与特青杂交构建的次级定位群体,精细定位并克隆了水稻耐低氮基因Tolerance Of Nitrogen Deficiency1(TOND1),并对其功能进行了分析。主要结果如下：1.以云南元江普通野生稻渗入系为材料,共定位到28个影响苗期耐低氮相关性状的QTL,它们所解释的表型变异范围为7%-22%。通过对渗入系田间全生育期耐低氮性状的鉴定,定位了22个耐低氮QTL,77.3%的QTL元江普通野生稻等位基因能提高群体耐低氮能力。2.利用苗期对低氮敏感渗入系YIL105与受体亲本特青回交,构建次级F2分离群体,将水稻耐低氮基因TOND1定位在水稻第12染色体长臂末端SSR标记RM1300-RM17区间,然后利用重点交换单株进一步将TOND1限定在一个约269kb的区间内。通过对定位区间的候选基因表达分析、测序和遗传转化,克隆了TOND1,发现该基因编码一个具有指纹基序的甜味蛋白,RNAi该基因能显著降低低氮条件下水稻苗期的SPAD值、株高、根长、植株干重、氮浓度和植株总氮量以及大田成熟期的有效穗数、每穗实粒数以及单株产量,过表达TOND1能提高水稻苗期耐低氮能力以及大田成熟期的产量。3.不同组织器官表达分析以及GUS检测结果表明该基因主要在水稻幼芽、新叶和幼穗中表达,在水稻新根和茎中也有少量表达；GFP共表达载体轰击洋葱表皮的亚细胞定位结果表明该基因作用于细胞膜。4.通过对来自18个国家和地区75份籼稻品种和75份粳稻品种的序列分析表明,只有41份籼稻品种含有TOND1基因,而34份籼稻品种和所有检测的粳稻品种均不含有耐低氮的TOND1基因。由此可见,TOND1基因在水稻育种中具有广泛的应用前景。进一步关联分析表明,启动子区域3个SNP和编码区2个SNP使携带TOND1基因品种的耐低氮特性增强。