運用分子標(biāo)記對水稻遺傳多樣性的研究.pdf

1、本文應(yīng)用ISSR和SSR等長度多態(tài)性標(biāo)記和序列多態(tài)性標(biāo)記分析了普通野生稻和栽培稻細(xì)胞核、葉綠體和線粒體DNA的遺傳多態(tài)性，進(jìn)而探討了水稻種質(zhì)資源的遺傳多樣性，主要結(jié)果如下： 1、水稻核遺傳多樣性研究16個ISSR引物(從43條篩選出)17個不同水稻材料擴(kuò)增出多態(tài)性帶176條，平均每個引物出帶11條，其中具多態(tài)性的條帶140條，比例為79.54﹪。發(fā)現(xiàn)有5條帶為粳型核DNA特異帶，7條帶為秈型核DNA特異帶，這些特異帶被本文確定為

2、區(qū)分秈亞種和粳亞種核DNA的分子標(biāo)記。39對SSR引物(從65對篩選出)共檢測到50個基因座的171等位基因，平均每個基因座有等位基因3.4個。新發(fā)現(xiàn)7個SSR標(biāo)記可進(jìn)行秈粳分型。 海南普通野生稻和茶陵普通野生稻之間具有ISSR差異帶47條，共在22個SSR基因座上有52個等位基因的差異，表明我國普通野生稻分化比較大，遺傳多態(tài)性高。普通野生稻野獨有而栽培稻沒有的ISSR帶有15條，野生稻比栽培稻多4個SSR基因座，兩個野生稻共有

3、22個等位基因與栽培稻不同，表明野生稻與栽培稻兩個種間存在較大的遺傳差異，也表明野生稻含有比栽培稻更豐富的基因資源。低緯度的海南普野的秈型特異性ISSR和SSR標(biāo)記比粳型特異性標(biāo)記多，而較高緯度的茶陵普野粳型特異性ISSR和SSR標(biāo)記比秈型特異性標(biāo)記多，表明野生稻的核DNA有秈粳分化趨勢，即海南普野偏秈，茶陵普野偏粳。 培矮64S為秈粳雜交選育后代，有3條粳型特異性SSR擴(kuò)增帶，有2條粳型特異性ISSR擴(kuò)增帶，表明它帶有少量粳型

4、血緣，也表明ISSR和SSR分子標(biāo)記可以檢測雜交選育后代的核DNA來源。 供試水稻材料的平均ISSR標(biāo)記遺傳距離為0.3322(0.1469～0.6195)，而平均SSR標(biāo)記遺傳距離為1.0411(0.2952～2.1029)。栽培稻和普通野生稻種間平均遺傳距離比各自種內(nèi)的平均遺傳距離均要高，表明種間遺傳多樣性水平比種內(nèi)要高。在栽培稻種內(nèi)，亞種間平均遺傳距離遠(yuǎn)大于亞種內(nèi)的平均遺傳距離，而秈亞種內(nèi)比粳亞種內(nèi)平均遺傳距離要大，表明栽

5、培稻的遺傳多樣性亞種間＞秈亞種內(nèi)＞粳亞種內(nèi)。兩種標(biāo)記估算的遺傳距離呈極顯著正相關(guān)，構(gòu)建的親緣關(guān)系樹十分相似，說明這兩種標(biāo)記均能較好地揭示水稻的遺傳多樣性。 2、細(xì)胞質(zhì)遺傳多樣性研究。 2.1栽培稻細(xì)胞質(zhì)DNA的遺傳差異比較典型粳稻cpDNA的ORF100中有一個69bp的重復(fù)，但典型秈稻的缺失，而前者的ORF29-TrnCGCA片段序列比后者的多了一個32bp的插入，而且在該插入位點上游32～33bp處粳型全為GG而秈型

6、全為AA，而這三個位點的側(cè)翼序列完全一致，從而從堿基序列水平證實了ORF100和ORF29-TrnCGCA是很好的鑒別秈、粳型cpDNA的標(biāo)記，同時也表明cpDNA序列的高度保守性。典型秈稻的rps16基因內(nèi)含子比典型粳稻多一個ATCCTTT重復(fù)，而后者的TrnTUGU-TrnLUAA間區(qū)的序列比前者多一個ATATA重復(fù)、一個單堿基T重復(fù)中的T(即T8→T9)和一個AGAAAA重復(fù)，說明cpDNA具有較高的遺傳多態(tài)性，也證明這兩個片段是

7、高變區(qū)的看法。 用mtDNA特異引物擴(kuò)增分別包含SSV-500/6位點和SSV-39/178兩個位點的片段，典型秈稻的包含SSV-500/6位點的泳帶落后于典型粳型的泳帶約500bp，而典型粳稻的包含SSV-39/178位點的泳帶落后于典型秈型的泳帶約140bp，再一次證實這兩個標(biāo)記能很好地鑒別秈、粳型mtDNA。 細(xì)胞質(zhì)來源不同的栽培稻的細(xì)胞質(zhì)DNA有一定的遺傳差異，但主要表現(xiàn)為秈粳差異。有些栽培稻品種的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)

8、的秈粳屬性不一致，認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于栽培稻育種過程中不同亞種間的核置換導(dǎo)致的。 2.2野生稻cpDNA的遺傳差異比較用上述4個標(biāo)記對野生稻細(xì)胞質(zhì)cpDNA進(jìn)行秈粳分化分析，發(fā)現(xiàn)我國不同地域的野生稻的細(xì)胞質(zhì)cpDNA均存在秈粳分化趨勢，且這種分化趨勢與緯度相關(guān)，即來自較低緯度地區(qū)如海南樂東等地的普野偏秈，而來自較高緯度地區(qū)如湖南茶陵等地的普野偏粳。cpDNA序列比較保守，但在兩個多變位點有少量的插入/缺失和單堿基多態(tài)性方面的差異。

9、海南普野在rps16基因內(nèi)含子擴(kuò)增片段的43位發(fā)生了C→G轉(zhuǎn)換，O.nivara在214-219位有一個GTTGAG重復(fù)。茶陵普野等偏粳型cpDNA在TrnTUGU-TrnLUAA間區(qū)有一個TATAT重復(fù)，單堿基T重復(fù)為T9，而海南普野等偏秈型cpDNA在該片段沒有TATAT重復(fù)，單堿基重復(fù)為T8，O.nivara沒有TATAT重復(fù)，但單堿基重復(fù)為T9。扶綏普野在擴(kuò)增片段的762和768位缺失堿基A；茶陵普野和東鄉(xiāng)普野也在768位缺失堿

10、基A。 2.3雜交后代中cpDNA的變異農(nóng)墾58S衍生的兩用不育系中，培矮64S、7001S、1103S和廣占63S的cpDNA與農(nóng)墾58S一樣，都為粳型cpDNA。W6154S的cpDNA不是系譜提供的粳型，而是秈型，這可能是由于選育者在雜交選育過程中更換過父母本的關(guān)系。與農(nóng)墾58S的cpDNA相比，7001S和廣占63S的cpDNA在rps16基因內(nèi)含子擴(kuò)增片段的第50位各缺失了一個A，1103S在第485位發(fā)生了T→A轉(zhuǎn)換

11、，7001S和廣占63S在TrnTUGU-TrnLUAA間區(qū)的第55位缺失A，還在第748位各多了一個G。這些研究結(jié)果表明，雖然cpDNA比核DNA具有較高的保守性，但雜交后代中的cpDNA發(fā)生了堿基變異。 在野敗型CMS的cpDNA中也有變異，例如T98A在rps16基因內(nèi)含子擴(kuò)增片段的第48位發(fā)生了A→G顛換，在第530位發(fā)生了G→A顛換，而珍汕97A在TrnTUGU-TrnLUAA間區(qū)擴(kuò)增片段的第55位發(fā)生了堿基缺失。從而

12、，本文在DNA堿基水平上首次證實水稻細(xì)胞核的更換引起了細(xì)胞質(zhì)DNA的變異。 3、ISSR和SSR標(biāo)記遺傳距離與雜種優(yōu)勢的相關(guān)性研究。4個粳稻和5個秈稻的不完全雙列雜交得到34個F1，親本的ISSR和SSR標(biāo)記的平均遺傳距離分別為0.3322(0.1469～0.6195)和1.0411(0.2952～2.1029)。測定了材料的生物學(xué)產(chǎn)量(干重)、穎花數(shù)、結(jié)實率和株高，計算出F1中親優(yōu)勢。遺傳距離與生物學(xué)產(chǎn)量中親優(yōu)勢呈極顯著正相關(guān)

13、性，與株穎花數(shù)和株高中親優(yōu)勢呈顯著相關(guān)，而與結(jié)實率中親優(yōu)勢成極顯著負(fù)相關(guān)。表明隨著親本遺傳距離的增大，雜交組合的生物學(xué)優(yōu)勢顯著增強(qiáng)。來自同一母本的F1的生物學(xué)產(chǎn)量中親優(yōu)勢與親本GD間的正相關(guān)性系數(shù)比所有F1和來自同一父本的F1的高得多，而且正反交之間中親優(yōu)勢差異明顯，表明母本細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)對相關(guān)性有一定影響，認(rèn)為同一母本與不同遺傳距離父本雜交的F1的生物學(xué)優(yōu)勢可以用分子標(biāo)記進(jìn)行預(yù)測。 4、用ISSR標(biāo)記構(gòu)建雜交組合分子指紋的初步研究