论文部分内容阅读
水稻是我国和世界上的主要粮食作物之一,是我国60%以上人口的主粮。近十年来,随着我国城镇化进程的不断加快,耕地面积日益的减少;环境污染不断加剧,以及全球气候变化异常,极端气候发生频繁,粮食安全问题已经成为社会稳定的关键因素。我国水稻年播种面积占粮食作物播种面积的近三分之一,而水稻总产量占粮食总产量的41%左右,单位面积产量比粮食作物平均单产要高出46%左右,其中一个重要因素就是杂交水稻的大面积种植。杂交水稻的产量比常规水稻要增产10-20%左右。但由于水稻产量等性状一般属于多基因控制的数量性状,采用常规的亲本杂交衍生的分离群体,如简单的两亲本杂交的F2和回交BC1F1等群体,对控制水稻产量性状的数量性状位点、数目以及遗传效应进行初步的分析,也取得了一些进展。但由于这些由两亲本的简单杂交而的成分析群体,亲本遗传背景复杂,所获得的位点往往不太准确,特别是一些效应值较小的位点就很难检测到。染色体片段置换系群体（chromosome segment substitution lines,CSSLs）的遗传背景简单,群体遗传变异小,较容易进行多年多点的重复验证试验等特点,近年来越来越受到水稻育种家的关注。此外,染色体片段置换系群体不仅可以提高对复杂数量性状基因定位的精确性,而且可以通过建立较大的次级分离群体对目标位点进行基因精细定位和图位克隆。本研究利用生产上大面积应用的超级稻杂交组合两优培九,其中光温敏不育系培矮64S（PA64S）作母本,已测序的优良恢复系籼稻9311作父本;通过杂交、回交和自交,并在高世代构建DNA池,利用分子标记辅助选择的方法,将生产上大面积应用的光温敏不育系PA64S的染色体片段导入到9311的遗传背景中,培育出一套置换片段相互重叠、覆盖全基因组的水稻染色体片段置换系群体,旨在为超级杂交水稻重要产量相关性状的基因定位、基因克隆提供研究材料。同时,也对两系杂交稻组合两优培九的杂种优势机制做了初步探索,构建的部分置换家系可以作为育种的中间材料,为水稻杂种优势利用提供育种亲本。本研究的实验结果如下:1.从实验室公共的975对SSR引物中,筛选出138对在双亲间表现出多态性的标记,分子标记的多态性比例为14.15%。分子标记的多态性在不同染色体上的分布比例也存在有一定的差异,其中在第9染色体的分子标记多态性比例最高,达到25%;在第12染色体的分子标记多态性的比例最低,仅有10.98%。随后,在本研究中选择在12条染色体上分布相对均匀的123个分子标记构建连锁图谱,连锁图谱覆盖全基因组1573.4cM,标记间平均间距为12.13cM。在"PA64S/9311"置换系构建过程中,各个回交世代以及分离群体单株的基因型均用以上标记检测,通过分子标记辅助选择单株进行回交和自交,从而获得置换系所需的目标单株。在置换系构建的各个世代中,分子标记全基因组的检测主要是从BC3F4及其以后各世代群体开始,其选择的标准是每个单株含有尽可能少的包含有供体染色体片段,及含有单一的供体亲本的片段,如果含有多个片段就进行回交、杂交、自交等方式获得较为单一的目标片段,最终所有家系包含的置换片段能够最大程度覆盖整个供体亲本"PA64S"全基因组,构成了一套包含有156个家系的染色体片段置换系群体。对该置换系群体的遗传组成分析,结果表明该群体平均每个家系包含置换的片段数目占全基因组的比例为4.76%。该群体的156个家系置换的片段总长度为2586.3 cM,相当于水稻基因组总长度的1.8倍,能够较好的代表了水稻的全基因组。与已报道的置换系相比较,我们构建的置换系家系较多,置换的片段也相对较小,能够较好的用于基因定位和图位克隆分析。2.利用该置换系群体分析了从2007年南京至2010年海南六个不同环境下的株高、抽穗期、穗长、每穗粒数、分蘖数、千粒重、结实率和单穗重等8个重要农艺性状的QTL,6个不同环境（E1-E6）共检测到46个农艺性状相关的QTL,它们分布在水稻的11条染色体上,其中有12个主效QTL能至少在两个环境下重复检测到,即抽穗期 QTL-qHD8.1 和 qHD8.2,株高 QTL-qPH2 和 qPH5,分蘖数 QTL-qGPP2.1,每穗粒数QTL-qPPP2.1,千粒重QTL-qTGW7,qTGW10和qTGW12,以及单株重QTL-qGWP2.1。同时,通过染色体片段置换系群体将与产量密切相关的位点发掘出来,可为育种过程中利用分子标记技术聚合增效等位基因以及消除减效等位基因工作提供参考信息。3.选取156个能完全覆盖供体亲本PA64S全基因组的置换系单株与背景亲本9311组配了 156个杂交组合群体（CSSLHs）,利用改良的QTL IciMapping v2.2软件对CSSLs和CSSLHs的产量及产量相关性状在2010（E1）和2011（E2）年两年两点分别进行QTL分析,在两年两点共检测到40个产量及产量相关性状的QTL。对于置换系群体而言,在环境E1中,检测到15个产量及产量相关性状的QTL;在环境E2中,检测到17个产量及产量相关性状的QTL;其中,有8个与产量性状相关的QTL在置换系的两年中均能检测到。对于杂交F1群体而言,在环境E1中,检测到8个产量及产量相关性状的QTL;在环境E2中,检测到15个产量及产量相关性状的QTL;其中,有3个与产量性状相关的QTL在置换系的两年中均能检测到。在置换系以及相应的杂交F1群体两年两点均检测的有一个QTL。通过显性效应值D和加性效应值A的比值（|D/A|）分析发现,有13个QTL表现为超显性效应,约占全部QTL的32.5%;14个QTL表现为部分显性效应,约占全部QTL的35%;7个QTL表现为加性效应,约占全部QTL的17.5%;6个QTL表现为完全显性,约占全部QTL的15%。以上数据分析表明在单位点水平上,在超级杂交稻组合两优培九超显性对增加产量及产量相关性状杂种优势的形成起到具有重要作用,同时,由于产量构成的复杂性,数量性状位点的部分显性可能也是超级杂交稻产量构成性状杂种优势形成的重要因素。