【摘要】：水稻是一種喜溫作物,在整個生長發(fā)育過程中對溫度異常敏感。低溫冷害是水稻生產的主要限制因子之一,也是世界上水稻主產區(qū)普遍存在的問題。因此,水稻耐冷性遺傳機制的研究顯得十分重要。水稻的耐冷性是一個較為復雜的數(shù)量性狀,各個時期均具有特異性。本研究利用粳稻品種Sasanishiki和秈稻品種Habataki構建而成的染色體片段代換系群體(CSSLs)作為研究材料,開展了5℃低溫條件下生長10 d的芽期耐冷性QTL定位分析;自然低溫條件下孕穗期耐冷QTL定位分析;孕穗期后期連續(xù)7 d的不同低溫梯度脅迫下結實機制分析,以及在水稻幼穗分化時進行20℃低溫脅迫處理7 d,利用轉錄組測序技術進行差異表達基因分析等研究,獲得以下主要研究結果:1、檢測出3個與芽期耐冷性相關的QTL qCTP4,qCTP10和qCTP11,分別位于水稻第4、10和第11染色體上。所檢測到的QTL加性效應值的變化范圍為-14.3~-30.3%,解釋表型變異的變化范圍為15.4~32.5%。其中qCTP11的加性效應最大(a=-30.3%),能夠解釋表型變異的貢獻率為32.5%,且在兩次重復試驗中均能檢測到。qCTP10可能為新發(fā)現(xiàn)的QTL。芽期耐低溫發(fā)芽的效應主要來自輪回親本Sasanishiki的等位基因,導致染色體片段代換系的芽期耐冷性減弱的主要原因為導入了秈稻供體親本Habataki片段。2、鑒定出8個孕穗期耐低溫結實QTL,分別位于水稻第3、4、5、6、7、8和第9染色體上。其中有6個QTL在兩次重復中都能檢測到,可以解釋13.4%~25.3%的表型變異。相比2011年的試驗結果,2014年多檢測到兩個效應相對較小的QTL qCTSF3.1和qCTSF4。通過與前人研究比較發(fā)現(xiàn)有5個QTL(qCTSF3.2,qCTSF4,qCTSF5,qCTSF6和qCTSF8)可能為新發(fā)現(xiàn)的QTL,其余3個(qCTSF3.1,qCTSF7和qCTSF9)位于前人報道的相同染色體區(qū)段上。耐低溫的效應主要來自輪回親本Sasanishiki的等位基因。3、在孕穗期進行連續(xù)7 d的低溫梯度脅迫處理,秈稻品種Habataki與粳稻品種Sasanishiki相比表現(xiàn)出明顯的低溫敏感性。在23℃處理后,Habataki的結實率與正常自然條件下生長(28℃)的對照表現(xiàn)出顯著差異(a=0.05),22℃處理的差異達極顯著水平(a=0.01);而粳稻品種Sasanishiki的結實率與正常生長條件相比,在20℃時才表現(xiàn)出顯著差異,在19℃時差異達極顯著。在低溫脅迫下雌性器官柱頭的活力表現(xiàn)正常,而雄性器官中的花粉不能夠正常萌發(fā)導致受精受阻。4、孕穗期低溫脅迫下差異表達基因分析結果如下:4.1供試樣品共得到1.33億條高質量的reads(50 bp)用于轉錄組分析。在3個實驗比較組中共發(fā)現(xiàn)1472個差異表達基因至少在1個比較組中表達,表明低溫脅迫響應代謝途徑可能受到了抑制或者激活。通過整合共獲得149個低溫脅迫差異表達基因。4.2經GO富集分析、KEGG數(shù)據(jù)庫分析和STRING數(shù)據(jù)庫分析,推測水稻在孕穗期低溫脅迫下導致結實不正常的最主要原因可能是低溫脅迫導致光合作用和前體物質能量代謝過程中一系列基因表達和相互作用發(fā)生變化,尤其可能是涉及光合作用過程的相關基因(LOC_Os03g07300,LOC_Os03g39610和LOC_Os12g17600)與涉及前體物質能量代謝過程中的相關基因(LOC_Os08g01380,LOC_Os11g07020和LOC_Os12g19381)等基因在低溫脅迫下導致表達差異和互作關系的變化造成花粉在發(fā)育過程中所需的物質或能量得不到充足供應,導致小孢子不能完全發(fā)育或所積累的營養(yǎng)物質不夠,致使花粉的萌發(fā)過程受到影響不能正常完成受精,最終導致結實率大幅下降。
【學位授予單位】：江西農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511
【圖文】：

圖 1.1 質量性狀（a）與數(shù)量性狀（b）在 F2群體中的表型分布示意圖Fig 1.1 Phenotype distribution charactersitics of qualitative (a) and quantitive (b) traitpopulation

植物有性生殖過程中，同源染色體會發(fā)生配對和聯(lián)會過程，染色體片段也就在這個過程中得以置換（圖1.2a）。在分離世代中，不同單株可能具有不同的交換位點，因而會產生豐富的遺傳重組類型，利用分子標記（Marker）對各單株的基因型進行鑒定，最后結合與表型的共分離規(guī)律實現(xiàn)對目標基因的精細定位（圖 1.2b）。結合基因功能預測、目標片段測序、基因表達等技術預測候選基因，最后通過轉基因技術對候選基因進行功能驗證，從而最終實現(xiàn)對目標基因的圖位克隆。圖 1.2 圖位克隆的基本原理示意圖Fig 1.2 Scheme for map-based cloning theory(a)減數(shù)分裂過程中，同源染色體配對、聯(lián)會過程導致染色體發(fā)生部分交換；(b)基于染色體交換規(guī)律，在 F2 群體中根據(jù)重組單株的基因型和表型實現(xiàn)精細定位。(a)Partially exchanged of chromosome will be occurred during homologous chromatid synapsis;(b)Gene mapping could be achieved based on genotypes and phenotypes in F2population.圖位克隆得以實現(xiàn)的關鍵技術是基因定位，經典圖位克隆技術在實際進行過程中又演化出了多種策略，如利用 BSA 法或基因芯片技術尋找與目標基因連鎖的染色體區(qū)段。但上述過程僅能實現(xiàn)目標基因的初定位，后續(xù)的精細定位依賴于大量隱性單株的篩選，以及分子標記的加密。制約精細定位的主要因素仍是重組交換的頻率，此外還有雙親的遺傳差異程度和后代表型鑒定的準確性。圖位克隆得以發(fā)展的關鍵前提是分子標記的開發(fā)，目前主要應用的分子標記主要有 SSR 標記（簡單重復序列標記）、indel 標記（插入/缺失標記）和基于 SNP 檢測的 CAPS 標記等[14,15,16]。圖位克隆極大地依賴于分子標記的開發(fā)

圖 1.3 MutMap 技術在水稻中的利用原理示意圖[13]Fig 1.3 Simplified scheme for application of MutMap on rice[13]1.1.2.4 數(shù)量性狀的圖位克隆技術數(shù)量性狀的特點是表型連續(xù)變異，鑒定難度大，易受環(huán)境影響，存在遺傳互作效

【參考文獻】

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本文編號：2794716