“C418-9311”染色體片段置換系群體的構(gòu)建及產(chǎn)量相關(guān)性的研究.pdf

1、水稻(Oryza sativa L.)是世界上三大主要糧食作物之一。秈稻(O.sativa ssp.Indica)和粳稻(O.sativa ssp.Japonica)作為亞洲栽培稻的兩個(gè)重要亞種,經(jīng)歷了漫長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化,其基因組存在著高度的遺傳分化,在產(chǎn)量性狀和生態(tài)適應(yīng)性等諸多方面表現(xiàn)出較大的差異。作為水稻兩個(gè)典型的雜種優(yōu)勢(shì)群,秈稻和粳稻的雜交又能產(chǎn)生巨大的優(yōu)勢(shì)。因此,明晰秈(或粳)稻的等位基因在粳(或秈)稻遺傳背景中的遺傳特點(diǎn),挖掘影響

2、產(chǎn)量等相關(guān)性狀的基因,對(duì)于秈粳亞種間優(yōu)良基因的轉(zhuǎn)移及雜種優(yōu)勢(shì)利用具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。水稻產(chǎn)量等性狀一般屬于多基因控制的數(shù)量性狀,通常采用秈粳雜交衍生的分離群體,如F2、RIL以及DH等對(duì)控制這些性狀的數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitative traits locus,QTL)數(shù)目、染色體上的位置及遺傳效應(yīng)進(jìn)行分析,也取得了一定進(jìn)展。但這些傳統(tǒng)的分析群體遺傳背景復(fù)雜,估計(jì)的QTL往往不太準(zhǔn)確,一些效應(yīng)值較小的QTL很難檢測(cè)到。染色

3、體片段置換系群體(chromosome segmentsubstitution lines,CSSLs)是指一套以相同親本為遺傳背景,置換了供體親本一個(gè)或少數(shù)染色體片段的系列單株組成的群體,由于其遺傳背景簡(jiǎn)單,群體變異小,便于研究者進(jìn)行多年多點(diǎn)的重復(fù)試驗(yàn)等特點(diǎn),備受研究者的重視,染色體片段置換系群體不僅大大提高了對(duì)復(fù)雜數(shù)量性狀基因定位的精確性,而且通過(guò)構(gòu)建次級(jí)分離群體可以對(duì)目標(biāo)QTL進(jìn)行精細(xì)定位和克隆分析。
　　 本研究通過(guò)雜交

4、、回交和自交,并在高世代構(gòu)建DNA池,利用分子標(biāo)記輔助選擇的方法,將優(yōu)良粳稻品種C418的染色體片段導(dǎo)入到了優(yōu)良的、并已完成測(cè)序的秈稻品種9311的遺傳背景中,培育出一套置換片段相互重疊、覆蓋粳稻全基因組的水稻染色體片段置換系群體,旨在為水稻重要產(chǎn)量性狀的基因(QTL)定位、圖位克隆以及水稻雜種優(yōu)勢(shì)研究提供基礎(chǔ)材料。研究結(jié)果如下:
　　 1)從實(shí)驗(yàn)室公共的1000對(duì)SSR引物和自行設(shè)計(jì)的40對(duì)In/del標(biāo)記中,篩選出158對(duì)在

5、雙親間表現(xiàn)出多態(tài)性的標(biāo)記,多態(tài)性比例為14.25％。多態(tài)性標(biāo)記在不同染色體上的分布頻率有一定差異,其中第3和6染色體最低,僅有11.11％；第9染色體相對(duì)較高,達(dá)24.39％。選擇其中在12條染色體上分布相對(duì)均勻的136個(gè)標(biāo)記,參考Temnykh,McCouch和the International Rice Genome Sequencing Project等發(fā)表的遺傳圖譜,構(gòu)建了分子標(biāo)記連鎖圖。該圖譜覆蓋全基因組1480.9 cM,標(biāo)

6、記間平均間距為10.89 cM,用于分析"C418/9311”BC3F4,BC3F6,BC3F8和SF2世代單株或DNA池的基因型,分子標(biāo)記輔助選擇目標(biāo)單株。
　　 2)利用上述的136對(duì)多態(tài)性標(biāo)記分析了“C418/9311”BC3F4及其以后各世代群體的基因型,以每個(gè)單株含有盡可能少的供體染色體片段及所有家系包含的置換片段能最大程度覆蓋整個(gè)供體親本"C418”全基因組兩個(gè)條件為標(biāo)準(zhǔn),最終從BC3F8和SF2兩個(gè)不同世代中篩選出

7、108個(gè)株系,構(gòu)成了一套新的秈、粳染色體片段置換系群體。
　　 3)通過(guò)對(duì)置換系群體的遺傳組成分析表明,置換系群體平均每個(gè)株系包含置換的分子標(biāo)記數(shù)目占總標(biāo)記數(shù)的比例為4.76％,置換的標(biāo)記數(shù)變異范圍在1～15個(gè)之間；其中5.96個(gè)為純合供體基因型標(biāo)記,0.51個(gè)為雜合基因型標(biāo)記。
　　 108個(gè)置換系家系置換的片段總長(zhǎng)度為2586.3 cM,相當(dāng)于水稻基因組總長(zhǎng)度的1.7倍,代表了水稻的12條染色體。代表每條染色體的家系

8、數(shù)目是有差別的,其中,第2染色體的代表家系數(shù)最多,有16個(gè)；其次是第4和7染色體,分別有11個(gè)；第5和10染色體的代表家系數(shù)較少,分別有6個(gè)和5個(gè)。每條染色體平均代表家系數(shù)目為9個(gè)。
　　 4)以"C418/9311”染色體片段置換系為材料,采用改良的QTL IciMapping v2.2Mapping軟件,分析了2008年南京,2008年海南兩個(gè)不同環(huán)境下籽粒性狀的QTL(粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、長(zhǎng)寬比、長(zhǎng)厚比和千粒重),共檢測(cè)到7

9、0個(gè)籽粒性狀QTL,分布在水稻的11條染色體上,其中11個(gè)QTL能在兩個(gè)環(huán)境下重復(fù)檢測(cè)到,即千粒重QTL-qTGW6.1和qTGW7,粒長(zhǎng)QTL-qGL5、粒寬QTL-qGW5,qGW6.1和qGW7.2以及共同作用于長(zhǎng)寬比的QTL-qLW5.1和谷粒體積QTL-qGV2,qGV7.4,qGV8.1和qGV9,其中,qTGW7位于第7染色體RM8261標(biāo)記的染色體區(qū)段,是一個(gè)新的千粒重QTL。通過(guò)建立次級(jí)F2分離群體,將qTGW7定位在

10、第7染色體的短臂上,與標(biāo)記RM22034緊密連鎖；后代近等基因系(NIL)的表型結(jié)果也證明了前期QTL定位的正確性,同時(shí)確定qTGW7與RM22034緊密連鎖。利用C418/9311的置換系群體對(duì)籽粒性狀研究的結(jié)果證實(shí)"C418/9311”染色體片段置換系應(yīng)用于數(shù)量性狀基因座分析是可行的。
　　 5)選取了64個(gè)能覆蓋C41812條染色體全基因組的置換系家系分別與9311雜交形成了含64個(gè)家系的雜交組合群體(CSSLHs),采用

11、QTL IciMapping v2.2軟件分析了CSSLs和CSSLHs兩群體中產(chǎn)量和產(chǎn)量相關(guān)性狀具有顯著遺傳效應(yīng)的位點(diǎn)(QTL)。2008和2009兩年,分別檢測(cè)到87和93個(gè)QTL,這些QTL大部分的貢獻(xiàn)率都小于20％。在2008年,62.1％(54)QTL具有超顯性效應(yīng),2009年61.3％(57)QTL具有超顯性效應(yīng),表明在單位點(diǎn)水平上,超顯性對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀雜種優(yōu)勢(shì)的形成具有重要的作用,而含這些雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)的家系也成了雜交