中國(guó)主栽水稻品種抽穗期基因型分析及隱性感光抑制子的精細(xì)定位.pdf

1、水稻生育期決定了品種的地區(qū)和季節(jié)適應(yīng)性，是復(fù)雜的質(zhì)量數(shù)量性狀，它是水稻育種的主要目標(biāo)性狀之一。它主要受基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)基因Ef-1、lf-1和感光基因E<,1>、E<,2>、E<3,>歷Se-1(Hd1)等的調(diào)控，其中，主效感光基因E<,1>和Se-1是影響水稻抽穗期的主要因子，此外隱性基因efl和se-1的同時(shí)存在可顯著延長(zhǎng)水稻的基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期。E<,2>與E<,3>本身的效應(yīng)不大，但E<,2>和(或)歷的存在可以增強(qiáng)E<,1>的感光性，

2、明顯延遲水稻抽穗。而隱性感光抑制基因i-Se-1的存在，可抑制Se-1的感光性，使得水稻在長(zhǎng)日照下提前抽穗。研究表明，中國(guó)許多早秈品種雖然帶有感光基因卻不表現(xiàn)出感光特性，原因就在于這些品種存在隱性感光抑制基因i-Se-1。 本研究應(yīng)用抽穗期基因型明確的測(cè)驗(yàn)系EG0-EG7，ER，LR，T65-T65m以及抽穗期QTL近等基因系，分析了中國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華南稻區(qū)的早、中、晚秈水稻品種的抽穗期基因型；利用六套重組自交系和染色體片段

3、置換系群體分析了抽穗期QTL表達(dá)的穩(wěn)定性，并構(gòu)建了部分近等基因系；根據(jù)重組自交系和置換系定位的結(jié)果，構(gòu)建了Asominori和AIS61的回交次級(jí)F<,2>群體，證明并圖位克隆了隱性感光抑制基因dth-8；探討了水稻抽穗期基因型分布規(guī)律，對(duì)不同類型或地區(qū)適宜生育期水稻品種進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 1.早秈水稻品種抽穗期基因型分析 早秈主要分布在華南雙季稻作區(qū)和華中雙、單季稻作區(qū)，四川、云南、貴州和華東部分地區(qū)也有種植，在早秈育種尤其

4、雜交稻育種中，經(jīng)常存在“早而不優(yōu)，優(yōu)而不早”的現(xiàn)象，這嚴(yán)重阻礙了早秈雜交稻在生產(chǎn)上推廣。為闡明這些水稻材料的抽穗期基因型及其遺傳規(guī)律，本研究采用一套抽穗期基因型明確的EGO～EG7、ER、LR，T65～T65m以及4個(gè)QTL近等基因系為測(cè)驗(yàn)品種，分析了我國(guó)早秈水稻的抽穗期基因型，結(jié)果表明： 我國(guó)長(zhǎng)江流域、華南稻區(qū)的早秈水稻品種都帶有顯性早熟基因Ef-1，不帶有或只帶有E<,1>、Se-1<'t>兩個(gè)主效感光基因中的一個(gè)，同時(shí)帶有

5、隱性感光抑制基因i-Se-1，表現(xiàn)為弱感光性或無感光性，基本營(yíng)養(yǎng)期短，生育期短。 2．中秈水稻品種抽穗期基因型分析 中秈在我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)廣泛種植，其中，中秈雜交稻極大地發(fā)揮了水稻品種博士學(xué)位論文：中國(guó)秈稻品種抽穗期基因型分析及隱性感光抑制基因dth-8的精細(xì)定位的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，但同時(shí)存在的雜種F<,1>的超親晚熟限制了雜種優(yōu)勢(shì)的利用。用一套抽穗期主基因型明確的近等基因系EG0、EG1、ER、LR，T65Eb、T65Ebm

6、以及2個(gè)QTL近等基因系Nipponbare，NIL(Hd2)為測(cè)驗(yàn)品種，分析了這些材料的抽穗期主基因基因型，結(jié)果表明：長(zhǎng)江流域、華南稻區(qū)的中秈水稻品種抽穗期遺傳比較復(fù)雜，但基本上可以分為兩類：一類只帶有E<,1>、Se-1<'n>兩個(gè)主效感光基因中的一個(gè)，同時(shí)帶有顯性早熟基因Ef-1，表現(xiàn)為具有一定的感光性和短的基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期；另一類帶有非感光基因e<,1>、Se-1<'e>，同時(shí)帶有隱性遲熟基因ef-1，表現(xiàn)為具有弱的感光性，但有較

7、長(zhǎng)的基本營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期。 3．晚秈水稻品種抽穩(wěn)期基因型分析 晚秈主要分布在華南雙季稻作區(qū)和華中雙、單季稻作區(qū)，四川、云南、貴州和華東部分地區(qū)也有種植，占整個(gè)水稻播種面積的三分之二。用一套抽穩(wěn)期主基因型測(cè)驗(yàn)系EGO、EGl、ER、LR，T65Eb、T65Ebm以及2個(gè)QTL近等基因系Nipponbare，NIL(Hd2)對(duì)這些材料的抽穗期主基因型進(jìn)行分析表明：長(zhǎng)江流域、華南稻區(qū)的晚秈水稻品種也都帶有顯性早熟基因Ef-1，同時(shí)帶

8、有E<,1>、Se-1<'n>兩個(gè)主效感光基因或只帶其中的一個(gè)，表現(xiàn)為強(qiáng)感光性，基本營(yíng)養(yǎng)期較短，生育期適中。 4．抽穗期QTL的穩(wěn)定性表達(dá) 水稻抽穗期是一個(gè)復(fù)雜的遺傳性狀，其QTL的檢測(cè)依賴于所用分離群體的遺傳結(jié)構(gòu)。不同親本組合檢測(cè)到的抽穗期QTL不同，相同組合的分離群體在不同環(huán)境中檢測(cè)到的影響抽穗期的QTL位點(diǎn)也不完全相同，難以準(zhǔn)確估測(cè)不同染色體區(qū)段對(duì)抽穗期的影響。在一個(gè)群體檢測(cè)到的抽穗期QTL，在其它群體是否也存在，

9、要回答這個(gè)問題，有必要用不同的群體及相同的群體在不同環(huán)境中的抽穗期進(jìn)行QTL穩(wěn)定性表達(dá)分析。 本研究利用4個(gè)重組近交系(RIL)“(Nipponbare×Kasalath)×Nipponbare”、“密陽23×秋光”、“越光×桂朝2號(hào)”、“Asominori×IR24”及兩套染色體片段置換系為材料，進(jìn)行多年多點(diǎn)種植調(diào)查，檢測(cè)穩(wěn)定性表達(dá)的抽穗期QTL，結(jié)果表明，位于第2、3、6、7染色體上的感光性位點(diǎn)和第8、10染色體上的早熟位點(diǎn)

10、在多種環(huán)境下能夠穩(wěn)定表達(dá)。并根據(jù)這些QTL構(gòu)建部分抽穗期近等基因系，明確每個(gè)QTL的具體效應(yīng)。 5．隱性感光抑制基因dth-8的精細(xì)定位 本研究利用1個(gè)非感光性秈稻IR24與強(qiáng)感光性粳稻Asominori構(gòu)建的重組自交系(RIL)群體及其相應(yīng)的全基因組染色體片段置換系(CSSL)群體，在3種環(huán)境下對(duì)水稻抽穗期QTLs進(jìn)行定位及感光效應(yīng)分析，并利用CSSL群體與雙親的測(cè)交組合，研究QTLs的雜合效應(yīng)及遺傳性質(zhì)。分析了Aso

11、minori和IR24的抽穗期基因型，在秈稻IR4中精細(xì)定位了1個(gè)感光抑制基因dth-8，該基因能夠抑制E<,1>的感光性，同時(shí)用W2281/9311F2群體進(jìn)一步驗(yàn)證了該基因的功能，并證實(shí)這個(gè)基因具有顯著促進(jìn)亞種間雜交稻抽穗的作用。文章討論了該基因可能遺傳模式以及在分子設(shè)計(jì)育種和雜交稻選育中的應(yīng)用價(jià)值。 6．水稻抽穗期設(shè)計(jì)育種 探討作物分子設(shè)計(jì)育種在作物全基因組序列分析的基礎(chǔ)上，明確主要農(nóng)藝性狀基因的功能及效應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)

12、控和基因表達(dá)產(chǎn)物互作的前提下，根據(jù)育種目標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)軟件分析和模擬，得出最優(yōu)育種技術(shù)方案，通過轉(zhuǎn)基因和分子標(biāo)記技術(shù)，結(jié)合常規(guī)育種技術(shù)使目標(biāo)有利基因進(jìn)行有機(jī)重組，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)育種”到定向、高效的“精確育種”的轉(zhuǎn)化。本文利用抽穗期研究已有的結(jié)果，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室抽穗期研究多年來的數(shù)據(jù)，針對(duì)水稻育種中存在的秈粳交超親晚熟、雜交稻組合選配時(shí)的盲目性、不同生態(tài)區(qū)適宜生育期品種的選育等問題，對(duì)水稻抽穗期進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了抽穗期的