水稻低溫萌發(fā)性狀的基因定位研究.pdf

1、直播稻具有生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視。然而播種季節(jié)經(jīng)常遇到低溫等逆境的影響，造成種子發(fā)芽不整齊、缺苗斷壟等現(xiàn)象，因此，直播稻要求品種在低溫條件下具有很高的發(fā)芽力。本研究利用不同的遺傳背景群體對(duì)水稻耐低溫發(fā)芽性狀進(jìn)行QTL分析，為培育耐低溫萌發(fā)的直播水稻品種分子標(biāo)記輔助選擇育種提供理論基礎(chǔ)。同時(shí)運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)水稻USSR5在低溫萌發(fā)時(shí)期蛋白質(zhì)的差異表達(dá)情況進(jìn)行了研究，為闡述水稻低溫萌發(fā)涉及的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。主要

2、結(jié)果如下： 1．水稻耐低溫發(fā)芽率的QTL表達(dá)穩(wěn)定性分析 利用種植在不同環(huán)境(南京(2002)；海南(2002-2003)；南京(2003))下的Kinmaze/DV85重組自交系(RIL)群體，通過QTLmapping 2.0軟件，對(duì)水稻種子萌發(fā)第10天的低溫發(fā)芽率進(jìn)行QTL分析，共檢測(cè)到11個(gè)QTL，其中qKTG-7和LTG-11在三個(gè)環(huán)境中穩(wěn)定表達(dá)，其最大貢獻(xiàn)率達(dá)到27.9％，增強(qiáng)低溫發(fā)芽的基因分別來自Kinmaze

3、和DV85。同時(shí)分析發(fā)現(xiàn)qLTG-7參與上位性互作，而三LTG-11未有參與。進(jìn)一步與前人的研究比較發(fā)現(xiàn)，這LTG-11還可以在不同遺傳背景中穩(wěn)定表達(dá)。因此，與之連鎖的分子標(biāo)記可以在耐低溫發(fā)芽水稻分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)育種實(shí)踐中加以應(yīng)用。進(jìn)一步利用重組自交株系Ril60與Kinmaze回交，構(gòu)建次級(jí)F2群體(867個(gè)單株，2004年南京)用于三LTG-11的單基因分解。但利用Windows QTL cfirtographer 1.1

4、6軟件分析卻在相應(yīng)的染色體區(qū)段上檢測(cè)不到控制低溫發(fā)芽率的位點(diǎn)。因此，通過RIL群體構(gòu)建的次級(jí)群體并不能完成QTL的精細(xì)定位，仍需通過近等基因系(NIL)或染色體片斷置換系群體(CSSL)構(gòu)建次級(jí)回交或自交群體才能實(shí)現(xiàn)位點(diǎn)的精細(xì)定位及單基因的分離。 2．水稻不同儲(chǔ)藏條件下耐低溫發(fā)芽性狀QTL分析 利用在低溫(4℃)和室溫條件下貯藏半年的98個(gè)株系組成的Nipponbare(japonica)/Kasalath(indica

5、)回交重組自交系(BIL)群體，通過Windows QTL Cartographer 1.16軟件，對(duì)控制水稻種子低溫發(fā)芽力的QTL進(jìn)行檢測(cè)。共檢測(cè)到5個(gè)QTL，其中牡qLTG-5和qLTG-9在低溫萌發(fā)的7d、9d、10d穩(wěn)定表達(dá)，而qLTG-9在兩種貯藏條件下均有被檢測(cè)到表達(dá)，表明此位點(diǎn)可能與種子的耐貯性有關(guān)。與前人的研究比較發(fā)現(xiàn)，qLTG-9與控制種子壽命的位于第9染色體上的主效位點(diǎn)位于相同的區(qū)域。因此，與之連鎖的標(biāo)記可為培育種子

6、活力持久的直播水稻品種的標(biāo)記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。 3．水稻低溫發(fā)芽力QTL在萌發(fā)過程中表達(dá)穩(wěn)定性分析 利用Asominori/IT24衍生的重組自交系(RIL)和染色體片段置換系(CSSL)群體對(duì)不同萌發(fā)階段的低溫發(fā)芽發(fā)芽率以及最終發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間(低溫發(fā)芽力)進(jìn)行觀察和QTL分析。結(jié)果表明水稻種子的低溫發(fā)芽力是由多個(gè)微效基因共同控制的。其中位于第11染色體上控制低溫發(fā)芽率的位點(diǎn)qLTG-11在種子萌發(fā)過程中持續(xù)穩(wěn)定

7、表達(dá)，且與控制種子發(fā)芽指數(shù)的qIG-11位于相同的染色體區(qū)域；qLTG-2在種子萌發(fā)的前期(6d、8d、9d)穩(wěn)定表達(dá)，且與qGI-2以及控制種子平均發(fā)芽時(shí)間的位點(diǎn)qMILT-2均位于相同區(qū)域；qLTG-10只在低溫萌發(fā)的后期(8d-10d、14d)穩(wěn)定表達(dá)，且與qGI-10位于相同區(qū)域。進(jìn)一步利用兩套CSSL群體，驗(yàn)證了qLTG-2與qLTG-11可穩(wěn)定表達(dá)，且qLTG-11增強(qiáng)低溫發(fā)芽率的效應(yīng)相對(duì)于qLTG-2較高。該研究結(jié)果為耐低

8、溫發(fā)芽水稻品種的分子標(biāo)記輔助選擇育種提供了重要信息。 4．水稻種子耐低溫萌發(fā)與耐其他非生物脅迫萌發(fā)的相關(guān)性分析 利用Asominori/IR24衍生的重組自交系(RIL)群體對(duì)種子在低溫、干旱、鹽漬、銅離子的毒害脅迫條件下發(fā)芽率和種子的休眠性進(jìn)行相關(guān)性分析。表型相關(guān)性分析結(jié)果表明水稻耐低溫萌發(fā)與耐干旱、鹽漬萌發(fā)存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與耐重金屬毒害萌發(fā)存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時(shí)進(jìn)行QTL檢測(cè)，結(jié)果表明種子萌發(fā)階段耐不同

9、非生物脅迫抗性是由多個(gè)微效基因共同控制。共檢測(cè)到24個(gè)QTL，其中在第7染色體上標(biāo)記區(qū)間(R2394-R1789)和第10染色體上標(biāo)記(C797-C405)檢測(cè)到控制耐低溫、干旱和鹽漬萌發(fā)的QTL，且增強(qiáng)抗性的等位基因均來源于親本IR4。而在第2染色體標(biāo)記區(qū)間(XNpb250-C370)檢測(cè)到控制耐低溫和耐重金屬毒害抗性的QTL，在第11染色體標(biāo)記區(qū)間(R1466-C104B)檢測(cè)到控制耐低溫萌發(fā)和種子休眠性的QTL，這些QTL的染色體

10、位置的趨向性與表型相關(guān)性的一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了這些性狀間存在顯著的相關(guān)性。因此，以上區(qū)間可作為分子輔助選擇培育耐多重非生物脅迫的直播稻的潛在的遺傳靶定目標(biāo)。 5．水稻品種USSR5低溫萌發(fā)過程中差異蛋白質(zhì)研究 運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)水稻USSR5種子在低溫萌發(fā)0d、ld、2d、3d 4個(gè)時(shí)期蛋白質(zhì)的差異表達(dá)情況進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過分步提取種子蛋白的方法，可以獲得相對(duì)于其他研究更多的蛋白點(diǎn)和較好的蛋白圖譜，而對(duì)胚和胚乳

11、組織單獨(dú)分析有利于獲得在各個(gè)組織中特異表達(dá)的蛋白質(zhì)。PDQuest圖像分析軟件分別識(shí)別各個(gè)時(shí)期胚中表達(dá)的點(diǎn)在1900個(gè)點(diǎn)以上，而胚乳也在1300個(gè)以上。其中胚中表達(dá)量變化2.5倍以上的總蛋白質(zhì)點(diǎn)有177個(gè)，胚乳中表達(dá)的有144個(gè)。這些差異蛋白絕大多數(shù)為低豐度蛋白，而高豐度蛋白在水稻種子低溫萌發(fā)過程中變化并不顯著。并推測(cè)差異蛋白的功能并分為以下幾類：參與種子萌發(fā)的吸脹過程的蛋白；參與種子發(fā)育過程殘留蛋白；參與低溫脅迫響應(yīng)過程的蛋白；參與基