【摘要】：粒重和粒形是水稻重要的產(chǎn)量和品質性狀,二者密切相關,均屬于典型的數(shù)量性狀。長期以來,水稻粒重和粒形的數(shù)量性狀座位(Quantitative trait locus,QTL)研究主要圍繞主效QTL開展。近年來,越來越多的證據(jù)顯示,微效QTL在水稻重要農(nóng)藝性狀調控中扮演著重要角色,但微效粒重/粒形QTL研究尚處于起步階段,迄今未見克隆報道。實驗室前期應用秈稻組合珍汕97///珍汕97//珍汕97/密陽46衍生的近等基因系(Near isogenic line,NIL),將qTGW1.2c定位在第1染色體長臂上2.1 Mb區(qū)間內(nèi)。本研究應用來源于同一個BC_2F_9單株的18個NIL-F_2群體和15套NIL群體,對該區(qū)間進一步分析,在420 kb的區(qū)間內(nèi)分解出2個控制粒重和粒形的QTL,進而開展了精細定位和候選基因分析。具體結果如下:1 2個水稻粒形QTL的分解首先,在qTGW1.2c前期定位區(qū)間內(nèi)發(fā)展了7個新的多態(tài)性標記,重新分析其交換區(qū)域的基因型,將qTGW1.2c區(qū)間縮小到RM11800和RM11844之間1.1 Mb的區(qū)域內(nèi)。針對更新后的定位區(qū)間,篩選出雜合區(qū)間分別為RM11807 RM11842和RM265 RM11842的2個BC_2F_(10)單株,自交獲得2個BC_2F_(11)群體;從中篩選珍汕97純合型和密陽46純合型單株,自交發(fā)展成2套BC_2F_(11:12) NIL群體。在這些群體中均檢測到qTGW1.2c對粒重和粒形性狀的顯著作用,因此將該QTL界定在所用群體共有分離區(qū)間RM265-RM11842中。針對RM265-RM11842區(qū)間,發(fā)展了雜合區(qū)間呈梯系排列的4個BC_2F_(13)群體;從中篩選雙親純合單株,自交發(fā)展了4套BC_2F_(13:14) NIL群體。對各NIL-F_2和NIL群體進行QTL檢測,并比較不同群體的試驗結果,在目標區(qū)間內(nèi)分解出2個QTL。一個界定在Wn35183與RM11828之間132.4 kb的區(qū)域內(nèi),對粒長和粒寬作用相反,顯著影響長寬比而不影響粒重;由于該QTL主要控制粒形(Grain shape),定位區(qū)間的第1個分離標記RM265位于水稻第1染色體35.2 Mb處,因此我們將其命名為qGS1-35.2。另一個位于Wn35518與Wn35643之間125.5 kb的區(qū)域內(nèi),主要通過粒寬(Grain width)影響粒重,同理,將其命名為qGW1-35.5。2 qGW1-35.5的精細定位針對qGW1-35.5,發(fā)展了2個在定位區(qū)間呈雜合BC_2F_(14)群體,并篩選雙親純合單株發(fā)展成2套BC_2F_(14:15) NIL群體,進一步驗證了qGW1-35.5的遺傳作用。繼續(xù)發(fā)展了2個雜合區(qū)間交疊排列并覆蓋目標區(qū)間的BC_2F_(15)群體,并篩選純合單株構建了2套BC_2F_(15:16)5:16 NIL群體。應用這2個NIL-F_2和2套NIL群體,將qGW1-35.5定位區(qū)間縮小至Wn35518-Wn35618。針對更新區(qū)間,自交發(fā)展3個雜合區(qū)間呈梯系排列的BC_2F_(16)群體。比較這3個群體的QTL分析結果,最終將qGW1-35.5界定在Wn35518和Wn35604之間86.3 kb的區(qū)域內(nèi)。在qGW1-35.5分離的2套BC_2F_(15:16)5:16 NIL中,密陽46等位基因分別增加粒寬0.008 mm和0.013 mm,提高粒重0.09 g和0.08 g。qGW1-35.5在增加粒寬的同時可顯著提高粒重,為水稻高產(chǎn)育種提供了新的基因資源。3 qGS1-35.2的精細定位針對qGS1-35.2區(qū)間,發(fā)展了3個雜合區(qū)間呈梯系排列的BC_2F_(14)群體,從中篩選雙親純合型單株,自交產(chǎn)生3套BC_2F_(14:15) NIL群體。利用這些群體,將qGS1-35.2界定在Wn35183與Wn35263之間。針對更新區(qū)間,進一步發(fā)展了雜合區(qū)間交疊排列的2個BC_2F_(15)群體,利用其中雙親純合型單株自交構建了2套BC_2F_(15:16) NIL群體。比較這些群體的QTL檢測結果,最終將qGS1-35.2界定在Wn35183-RM11824之間57.7 kb的區(qū)間內(nèi)。在qGS1-35.2分離的BC_2F_(15:16)5:16 NIL中,珍汕97等位基因可增加粒長0.030 mm,降低粒寬0.006 mm,從而使得長寬比增加0.015;結果還表明,該QTL對粒厚、粒重、單株穗數(shù)、每穗實粒數(shù)和單株產(chǎn)量均無顯著影響。qGS1-35.2僅控制粒形而對其他產(chǎn)量性狀無顯著作用,可在不降低產(chǎn)量的情況下改變粒形以提高稻米外觀品質。采用qGS1-35.2 NIL群體中2種純合型株系進行電鏡觀察、細胞周期基因的表達水平檢測和轉錄組分析。與密陽46型株系相比,珍汕97型株系的穎殼縱向細胞顯著增多,細胞周期調控基因CYCB2.1的轉錄水平顯著增高,而細胞周期抑制基因KRP4的表達顯著降低。這些結果表明,qGS1-35.2主要通過調控細胞分裂影響粒長。根據(jù)水稻基因組注釋系統(tǒng),qGS1-35.2所在區(qū)間包含6個注釋基因,其中,3個含有已知功能結構域,參與泛素介導的蛋白降解途徑和/或植物激素途徑有關;其余3個編碼假設蛋白。序列比對和Real-time PCR分析顯示,3個含有已知功能結構域的基因中,2個在雙親間存在核苷酸變異,另1個在兩種基因型株系間存在表達差異;3個編碼假設蛋白的基因均在雙親間存在核苷酸變異,其中2個在兩種基因型株系間存在表達差異。針對這些注釋基因,開展CRISPR/Cas9基因編輯和/或過表達研究,轉化獲得轉基因植株,為qGS1-35.2的圖位克隆提供了基礎。
【圖文】：

群體構建流程圖Fig.2.1Populationdevelopment2.2.3DNA標記檢測

圖2.5攜帶ZS97純合型和MY46純合型qGS1-35.2等位基因的近等基因系的籽標尺：20 mmFig. 2.5 Grains of NILZS97and NILMY46for qGS1-35.2Scale bar：20 mm圖2.6攜帶ZS97純合型和MY46純合型qGW1-35.5等位基因的近等基因系的籽標尺：20 mmFig. 2.6 Grains of NILZS97and NILMY46for qGW1-35.5Scale bar：20 mm據(jù)此，，我們將第一個 QTL 界定在 Wn35183 與 RM11828 之間 132.4 kb 區(qū)域
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S511

【參考文獻】

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1 陳玉宇;朱玉君;張宏偉;王琳琳;樊葉楊;莊杰云;;水稻第1染色體長臂上微效千粒重QTL qTGW1.2的驗證與分解[J];作物學報;2014年05期

本文編號：2651088