水稻苗期抗高溫鑒定程序的建立及其基因定位.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和二氧化碳排放量的逐年增加，高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生頻率日趨頻繁，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致農(nóng)作物大面積減產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)下降。面對(duì)這樣的栽培逆境，如何穩(wěn)定和提高作物產(chǎn)量，確保農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和糧食安全，已成為農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域迫切需要解決的重大科研課題。水稻是最重要的糧食農(nóng)作物，全球有一半以上的人口以水稻為主食。目前，人們就水稻對(duì)高溫響應(yīng)及其抗高溫特性開(kāi)展了廣泛的研究，包括水稻受高溫脅迫后的蛋白質(zhì)表達(dá)譜變化、生理生化反應(yīng)和QTL定位等，但迄今為止，還沒(méi)有通

2、過(guò)圖位克隆發(fā)掘耐熱基因的報(bào)道，所報(bào)導(dǎo)的耐熱相關(guān)基因均為同源克隆法獲得，且主要為熱激蛋白。
　　 本研究以廣東省農(nóng)科院水稻所鐘旭華研究員篩選并提供使用的水稻抗高溫地方品種HT54和感高溫品種HT13為材料，于不同生育期和不同栽培方式條件下對(duì)其進(jìn)行不同溫度處理，試圖建立適宜的水稻抗高溫鑒定程序和抗性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)HT54中的抗高溫性狀進(jìn)行遺傳分析和基因定位以及生理生化指標(biāo)測(cè)定。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.抗高溫

3、鑒定程序及判別標(biāo)準(zhǔn)的建立:對(duì)抗感高溫水稻品種HT54和HT13分別進(jìn)行水培和土培種植，待秧苗生長(zhǎng)至兩葉一心和三葉一心期移入生長(zhǎng)箱，進(jìn)行42℃、45℃和48℃的高溫處理，空氣相對(duì)濕度和其它栽培條件保持在相同水平上，之后，每隔一定時(shí)間觀察其對(duì)高溫的反應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果顯示:兩葉一心期48℃高溫處理至84h，水培的秧苗恢復(fù)5d后呈現(xiàn)抗性品種秧苗完全存活和感性品種秧苗一致死亡的顯著差異;而土培的秧苗處理至79h恢復(fù)相同天數(shù)后即可達(dá)到相同的效果。這些結(jié)

4、果表明，土培和水培的方法都可用于抗高溫材料的篩選鑒定，但后者比前者的鑒定用時(shí)短、效率高。分蘗期土培剝蘗秧苗抗感品種間達(dá)到存活與死亡差異效果的處理溫度是45℃，處理時(shí)間是72h，但秧苗培養(yǎng)和剝蘗較費(fèi)時(shí)費(fèi)工，好處是取樣不受材料死亡的限制。抽穗期由于抗高溫特性的考察指標(biāo)通常為結(jié)實(shí)率，當(dāng)以平均溫度為36℃的高溫處理48h時(shí)，其抗感高溫品種的差異達(dá)到了顯著水平，但此時(shí)抗高溫品種HT54的結(jié)實(shí)率和常溫下相比也顯著降低，因此，不是全生育期抗高溫特性鑒

5、定的最佳處理時(shí)期。據(jù)此，本研究最終確定的水稻全生育期抗高溫特性苗期鑒定程序?yàn)?兩葉一心的土培或水培苗，48℃高溫、相對(duì)濕度75％處理至79h或84h，恢復(fù)5d后，以秧苗能否存活作為抗感鑒定指標(biāo).
　　 2.抗高溫基因的遺傳分析:以優(yōu)化的抗高溫鑒定程序?qū)垢懈邷赜H本品種HT54和HT13、F1及F2群體進(jìn)行高溫處理，發(fā)現(xiàn)雜種F1秧苗經(jīng)高溫處理后的表現(xiàn)與抗高溫品種HT54的表現(xiàn)一致，F(xiàn)2群體中抗感高溫植株的分離符合3∶1的分離比率。

6、這些結(jié)果證實(shí)HT54在苗期鑒定的抗高溫特性是受顯性主效單基因控制，據(jù)此，我們將其命名為OsHTAS。
　　 3.抗高溫基因的定位:應(yīng)用隱性極端集團(tuán)群體法從F2群體中挑選131株敏感植株構(gòu)建了作圖群體，同時(shí)，隨機(jī)從相同的F2群體中分別挑選10株抗感高溫極端單株構(gòu)建了用于初步連鎖群分析的兩個(gè)DNA池，籍此對(duì)HT54中的抗高溫基因OsHTAS進(jìn)行了定位。試驗(yàn)結(jié)果顯示:位于第9染色體上的一對(duì)SSR引物RM444在兩個(gè)DNA池間具有多態(tài)性

7、，之后，通過(guò)F2群體中61株感高溫，驗(yàn)證了RM444和抗高溫基因OsHTAS間的連鎖關(guān)系。再先后以61株和群體擴(kuò)大后的131株感高溫單株為作圖群體，圍繞RM444擴(kuò)增片段所在的位點(diǎn)進(jìn)行了標(biāo)記加密分析，結(jié)果顯示OsHTAS是位于InDel5和RM7364之間，遺傳上分別相距2.5cM/3.2cM和1.7cM/1.2cM，標(biāo)記間的總物理距離為420kb,根據(jù)此區(qū)間候選基因功能分析及基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)的比較，篩選出兩個(gè)候選基因并進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果發(fā)

8、現(xiàn)只有其中一個(gè)基因的序列在兩親本之間存在兩處差異;根據(jù)其中一處差異開(kāi)發(fā)了一個(gè)CAPS標(biāo)記，該標(biāo)記和抗高溫基因OsHTAS表現(xiàn)共分離。
　　 4.抗高溫特性相關(guān)生理指標(biāo)SOD和POD的測(cè)定:以已知抗高溫的黃華占品種為對(duì)照，在兩葉一心時(shí)期對(duì)抗感高溫水稻品種HT54和HT13進(jìn)行高溫處理，然后與不同時(shí)間點(diǎn)分別取樣測(cè)定高溫處理過(guò)程中水稻幼苗的POD和SOD活性，結(jié)果顯示:三個(gè)水稻品種黃華占、HT54和HT13在熱脅迫處理過(guò)程中，各時(shí)間點(diǎn)