水稻分蘗和葉片相關性狀的QTL分析及突變體基因定位.pdf

1、人們依賴稻米作為主要口糧使水稻成為最重要的糧食作物之一，較小的基因組、已知的基因組序列以及易于農桿菌介導的遺傳轉化和與其它禾谷類植物的共線性使水稻占據了單子葉模式植物的位置。正是水稻在社會生活中如此重要的地位，在生物研究中如此優(yōu)秀的品質，人們對水稻的優(yōu)良種質的篩選和各類生物學過程機理的研究從未停止過，尤其是關系水稻產量形成和穩(wěn)定的各種性狀和生物學過程。這其中，分蘗和光合無疑非常重要，分蘗和光合過程的穩(wěn)定及相關各類性狀的正常發(fā)展對水稻最終

2、產量起著無可替代的作用。同時，分子生物學的快速發(fā)展為研究某類性狀或生物學現象提供了成熟便捷的解決方案。突變體庫構建、QTL分析和圖位克隆等平臺的成熟與廣泛流行，促使水稻的生物學研究步入了一個嶄新的時期。正是基于這樣的背景,本研究利用目前已經非常成熟的QTL分析，對關系水稻最終產量形成的分蘗和光合相關性狀一葉片耐光氧化力進行了QTL定位研究，以期明晰這些性狀的遺傳特性，為分子育種提供可資利用的分子標記；本研究還借助本試驗室龐大的水稻突變體

3、庫，鑒定出了多個少分蘗和葉色突變體，并采用圖位克隆策略對引發(fā)這些突變體表型變異的基因進行了分子定位，為將來深入研究分蘗和光合相關性狀的分子機理奠定了基礎。以下為本研究所進行的相關研究、目前所取得的研究進展及研究意義的簡要概述： 1 本研究利用兩份在粳稻日本晴EMS化學誘變庫中發(fā)現的兩個少蘗突變體rcn8和rcn9為實驗材料。兩者最高分蘗數都在4個以下，株高較野生型未發(fā)生顯著改變，此外，rcn9還伴有少量斑點銹。遺傳分析表明，這兩

4、份rcn突變體分別受一對隱性基因控制；與7個已知的少蘗突變體進行等位性分析表明，兩者皆屬于新發(fā)現的少蘗突變體，并命名為rcn8和rcn9。將兩者再分別與93-11雜交，建立了兩個F2分離群體。根據已公布的水稻SSR標記及水稻基因組序列設計SSR引物，利用分離群體進行了連鎖分析，將這兩個隱性少分蘗基因分別定位于第1染色體的長臂(119.6 cM)和第6染色體的短臂(63.6 cM)上，為進一步對RCN8和RCN9基因的克隆和功能研究奠定了

5、基礎； 2 莖蘗消長動態(tài)是水稻發(fā)育過程中重要的生理現象，同時莖蘗數也是重要的農藝指標。本研究利用非條件及發(fā)育QTL分析方法研究水稻莖蘗消長的遺傳控制。利用由127和120個株系組成，分別來源于窄葉青8號和京系17及春江06和臺中本地1號的兩個DH群體為材料(分別稱為DH-1和DH-2群體)，以多個時期的莖蘗數為指標進行相關非條件及發(fā)育QTL定位，并對兩個群體的定位結果進行全基因組比較QTL定位。DH-1群體定位到條件與非條件QT

6、L共44個，分布于第3和12條染色體以外的其他10條染色體上；DH-2群體定位條件和非條件QTL共計70個，除第7染色體外其他11條染色體均有分布。通過全基因組比較QTL定位，在兩個群體間共計確定了10對(共26個)處于相似的物理位置可能為相同QTL的位點，其中有6對(14個)位點均在相同時期內被檢測到，很可能包含有控制莖蘗數的主效數量基因。發(fā)育QTL的分析結果表現出了豐富的時空性，并能夠在不同程度上解釋影響莖蘗數的非條件QTL的變化。

7、本實驗雖然在不同群體的相似物理區(qū)域定位到了同類型的QTL，但顯著性、效應值和貢獻率差異較大，因此這些QTL的精確位置及基因本質還需深入研究； 3 為進一步研究分蘗的分子機理，本研究選取了一個來源于窄葉青8號和京系17花藥培養(yǎng)獲得的DH群體中的株系DH78，該株系植株表現明顯的少分蘗表型，但株高也顯著降低，能夠正常結實。利用DH78與親本京系17的F2群體中87個突變型單株進行了突變基因初步定位，將突變基因DFT1定位于第2染色體

8、上。利用進一步擴大的群體，最終將DFT1基因所在染色體區(qū)間縮小為91 kb，序列注釋表明該區(qū)域包含有有14個開放閱讀框。更為有趣的是DFT1基因位點與本實驗室之前進行的雙氮條件分蘗數和株高QTL定位研究中定位到的兩個QTL，座位ph2-3和tp2-2處于相同區(qū)域。而DFT1和ph2-3及tp2-2之間的關系則還需要進一步的研究； 4 高位分蘗是水稻生產中常見的現象，同時高位分蘗與水稻的馴化也存在密切的聯系。本實驗利用來源于窄葉青

9、8號和京系17及春江06和臺中本地1號的兩個DH群體為材料(即DH-1和DH-2群體)，對水稻高位分蘗的遺傳特征進行了研究。采用復合區(qū)間作圖法，在DH-1群體中共定位到3個OTL座位qHOT3、qHOT6-1和qHOT8，分別位于第3、6和8染色體；對DH-2群體的QTL，定位共檢測到相關位點2個，分別位于第6和12染色體。同時，在兩個群體中分別檢測到3對和7對上位性互作位點。雖然比較QTL定位表明在兩個群體中并未定位到區(qū)間一致的QTL

10、座位，但兩個群體均在第6染色體定位到QTL座位說明水稻第6染色體對高位分蘗具有重要的影響； 5 通過對一個水稻淡黃葉突變體材料ygl3進行遺傳分析，表明它是受到一個單隱性基因控制。為了定位該突變基因，本實驗利用ygl3和中花11的F2群體進行基因初步定位，將其定位于水稻第二號染色體短臂的SSR標記RM6874和RM5764之間。進一步擴大群體后最終將YGL3定位在位于BAC克隆OSJNBb0088N06上的STS標記STS2和S

11、TS6之間約60 kb的區(qū)間內。對這一區(qū)域進行基因預測分析發(fā)現，其中包含一個與葉綠素合成相關的基因一谷氨酸t(yī)RNA合成酶基因。對該基因測序發(fā)現突變體較野生型相比有三個堿基(GAG)的缺失，導致了一個氨基酸(Glu)的缺失，因此很可能是該基因的突變引起了黃綠葉的表型變異； 6 依托本實驗室龐大的突變體資源，本研究還對另一個黃綠葉突變體ygl4進行了基因定位。借助成熟的圖位克隆策略和ygl4與臺中本地1號配組獲得的1116株F2突變

12、單株，最終將控制ygl4突變表型的隱性基因YGL4定位于第1染色體SSR標記SSR1與RM297間250 kb的區(qū)間內，基因注釋表明該區(qū)間還有一個葉綠體發(fā)育相關的類囊體膜磷蛋白，因此將其確定為候選基因，對該基因的測序研究正在進行之中； 7 利用由127個株系組成，來源于秈稻品種窄葉青8號和粳稻品種京系17的加倍單倍體群體，以耐性指數和敏感性指數為指標，采用QTL Mapper 1.6統(tǒng)計軟件進行水稻耐光氧化反應特性的QTL定位和

13、上位性分析，共檢測到控制耐性指數的1個加性效應QTL，位于第3染色體上；控制敏感性指數的加性效應QTL 5個，分別位于第1、1、6、8和9染色體上。還檢測到3對影響耐性指數的加性×加性上位性互作效應QTL，5對敏感性指數的上位性QTL。同時還對41個常見親本進行了光氧化實驗篩選。本研究利用目前較為流行的QTL分析和圖位克隆策略對水稻分蘗及光合相關性狀進行了研究，并取得一定的成果，對目前取得的研究結果還需要進一步的深入研究才能服務于水稻分