水稻第4染色體抗旱性相關(guān)基因的定位與挖掘.pdf

1、干旱是對我國糧食生產(chǎn)影響面最大、程度最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，糧食需求日益增大和缺水情況難以短時期改善，使得抗旱研究變得尤為關(guān)鍵和緊迫。水稻是我國最主要糧食作物之一，生產(chǎn)中耗水量最大同時也最容易受干旱影響。因此節(jié)水抗旱稻的研究和培育對發(fā)展現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)，保證糧食安全有著重大的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)影響。對抗旱相關(guān)性狀進(jìn)行QTL定位、基因克隆是當(dāng)前水稻抗旱研究的重要手段，也是研究熱點(diǎn)。已報道的定位結(jié)果主要集中于生理性狀、根系性狀以及產(chǎn)量和產(chǎn)量相關(guān)性狀，并且

2、獲得了大量的QTL。由于抗旱性表型鑒定的復(fù)雜性，進(jìn)行大規(guī)模群體的鑒定難度很大，外加鑒定結(jié)果極易受到鑒定環(huán)境影響的原因，抗旱QTL的后續(xù)精細(xì)定位進(jìn)展非常緩慢。
　　本實驗室早在2004年就利用以珍汕97B和IRAT109為親本構(gòu)建的RIL群體(F9)進(jìn)行了抗旱QTL定位，在Chr4的RM273-RM255區(qū)間內(nèi)定位到PL、PN、PH、SNP、GY、BY等多個產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL。將該QTL聚集區(qū)段為IRAT109來源的株系與輪回親本Z

3、S97B進(jìn)行連續(xù)回交和自交，獲得回交導(dǎo)入系群體(BC4F4)。利用該群體在該區(qū)段內(nèi)精細(xì)定位了PL、PN、SNP的QTL。但該回交導(dǎo)入系群體基因型主要分為兩類，一類是目標(biāo)區(qū)段大部分為IRAT109來源，另一類則相反。因此，目標(biāo)區(qū)段中重組交換較少、仍存在大片段的連鎖，這可能會影響定位的結(jié)果。針對這一問題，本研究旨在通過再次與ZS97B回交并自交，在F2大群體中篩選目標(biāo)區(qū)段不同位點(diǎn)的重組個體用于精細(xì)定位。研究結(jié)果如下:
　　1.構(gòu)建新導(dǎo)

4、入系定位群體。篩選Chr4目標(biāo)區(qū)段的多態(tài)性分子標(biāo)記。利用ZS97B和IRAT109的基因組測序數(shù)據(jù)，共設(shè)計合成SSR和InDel標(biāo)記115對，結(jié)合已公布的分子標(biāo)記，最后篩選出20對可在瓊脂糖凝膠電泳檢測，32對可在聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測出多態(tài)性。通過標(biāo)記結(jié)果選擇出目標(biāo)區(qū)段為IRAT109染色體大片段導(dǎo)入的株系C98與ZS97B回交并自交得到F2(BC5F2)群體7000株。利用20對多態(tài)性標(biāo)記檢測F2大群體，共篩選到527株材料在Chr

5、4目標(biāo)區(qū)段內(nèi)不同位點(diǎn)發(fā)生重組交換，最終選取其中115個單株組成Chr4目標(biāo)區(qū)段的導(dǎo)入系，用于抗旱QTL的定位研究。
　　2.干旱脅迫和田間表型調(diào)查。2013年在水旱兩種處理下分別對導(dǎo)入系群體的產(chǎn)量及相關(guān)性狀進(jìn)行鑒定。所調(diào)查的各性狀除了正常水分下的株高、抽穗期、結(jié)實率、每穗穎花數(shù)、相對含水量、一次枝梗數(shù)和干旱脅迫下的產(chǎn)量、穗長、實粒數(shù)、抽穗期、百粒重以外，在親本之間均表現(xiàn)顯著差異，其中兩種處理下親本間的抽穗期差異均不顯著。群體的所有

6、性狀在水、旱處理間均表現(xiàn)出極顯著差異。采用通徑分析的方法將產(chǎn)量相關(guān)性狀對產(chǎn)量的作用大小和作用途徑進(jìn)行對比分析。正常水分條件下各相關(guān)性狀與產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)大小順序為:DGN＞HGW＞FBN＞BY＞TN＞PH＞SNP＞PL＞PN＞SF＞SBN，而由于水分脅迫影響，產(chǎn)量構(gòu)成因素的直接通徑系數(shù)順序有所變化:DGN＞HGW＞PH＞FBN＞BY＞PL＞SF＞SNP＞TN＞PN＞SBN。
　　3.Chr4目標(biāo)區(qū)段抗旱相關(guān)QTL定位。根據(jù)F2群

7、體基因型數(shù)據(jù)和F2∶3家系材料(BC5F3)的抗旱表型數(shù)據(jù)，在LOD≥2.0的水平檢測到正常水分下穗長、穗長脅迫指數(shù)、百粒重、每穗穎花數(shù)、二次枝梗、包頸性狀相關(guān)的QTL。干旱脅迫下則檢測到分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、實粒數(shù)、空粒數(shù)和穗長、株高脅迫指數(shù)相關(guān)的QTL，定位結(jié)果顯示定位到的QTL集中于M13-M20-M21-RM241區(qū)段，此次定位結(jié)果與2009定位結(jié)果吻合。區(qū)段內(nèi)找到注釋基因273個，在已構(gòu)建的水稻抗旱基因網(wǎng)絡(luò)中篩選得到26個抗旱性相