水稻品種N22強(qiáng)休眠性的QTL定位及遺傳解析.pdf

1、水稻種子休眠性是一個(gè)重要的農(nóng)藝性狀，與穩(wěn)發(fā)芽抗性密切相關(guān)，關(guān)系到稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)。在水稻常規(guī)育種中，近年來培育的高產(chǎn)品種一旦在收獲季節(jié)遇到高溫多雨的天氣就很容易發(fā)生穗發(fā)芽。休眠性強(qiáng)的品種可以抵抗穗發(fā)芽，但會(huì)導(dǎo)致田間出苗率低，出苗參差不齊，不利于水稻直播栽培方式的推廣。因此，培育具有適度休眠性的優(yōu)良水稻品種顯得尤為重要。N22是強(qiáng)休眠的栽培品種，前人研究表明N22的強(qiáng)休眠性由1-2個(gè)主基因控制。本研究通過兩種不同的方法對(duì)N22種子的強(qiáng)休眠

2、性進(jìn)行遺傳研究。一是以無休眠的粳稻品種南粳35為輪回親本，N22為供體分別構(gòu)建了兩個(gè)主效QTL，qSdn-1和qSdn-5的高代回交群體和近等基因系(NIL)，利用高代回交群體分別對(duì)qSdn-1和qSdn-5進(jìn)行了精細(xì)定位;二是對(duì)強(qiáng)休眠品種N22進(jìn)行誘變處理，篩選與休眠相關(guān)的突變體，對(duì)篩選到的突變體進(jìn)行遺傳分析。兩種方法相互結(jié)合，為揭示N22種子強(qiáng)休眠性的遺傳機(jī)理奠定良好的基礎(chǔ)。
　　 1.以無休眠粳稻品種南粳35為輪回親本，強(qiáng)

3、休眠的秈稻品種N22為供體，通過不斷的回交和標(biāo)記輔助選擇分別構(gòu)建了qSdn-1和qSdn-5的高代回交群體及近等基因系。
　　 2008年正季利用482株BC4F2（qSdn-1）和367株BC4F2（qSdn-5）分別對(duì)qSdn-1和qSdn-5進(jìn)行了定位驗(yàn)證，將qSdn-1定位在SSR標(biāo)記RM11669和RM1216之間，與標(biāo)記RM11694共分離，qSdn-1可解釋休眠表型變異的24.58％;將qSdn-5定位在標(biāo)記RM4

4、80和RM3664之間，可解釋休眠表型變異的17.58％。qSdn-1和qSdn-5的定位區(qū)間與之前定位的位置一致。并利用同時(shí)含有qSdn-1和qSdn-5位點(diǎn)的449株BC4F2（qSdn-1/qSdn-5）高代回交群體對(duì)兩個(gè)位點(diǎn)間的互作進(jìn)行了分析，結(jié)果表明qSdn-1和qSdn-5間不存在上位性，基因在休眠表型上的效應(yīng)是可以累加的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證qSdn-1和qSdn-5對(duì)種子休眠的作用，我們還構(gòu)建了含有qSdn-1或qSdn-5單

5、個(gè)QTL，或含有qSdn-1和qSdn-5兩個(gè)QTL位點(diǎn)及在這兩個(gè)位點(diǎn)上都不舍有N22片段的BC3F5高代群體。對(duì)這些高代回交家系的發(fā)芽情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，BC3F5(qSdn-1)、BC3F5(qSdn-5)、BC3F5（qSdn-1/qSdn-5）和BC3F5(CK)的平均發(fā)芽率分別為7.9％、11.1％、6.1％和86.3％，這一結(jié)果進(jìn)一步證明了qSdn-1和qSdn-5對(duì)N22種子的強(qiáng)休眠性起重要作用，是兩個(gè)主效休眠位點(diǎn)，同時(shí)含有qS

6、dn-1和qSdn-5兩個(gè)位點(diǎn)的高代回交群體發(fā)芽率更低，這也證實(shí)了它們的作用是可以累加的。經(jīng)7天50℃的干熱處理，qSdn-1和qSdn-5控制的種子休眠便能徹底打破。
　　 2009和2010年正季利用遺傳背景更加純合的BC5F2和BC5F3高代回交群體對(duì)qSdn-1和qSdn-5分別進(jìn)行了精細(xì)定位。2009年利用SSR標(biāo)記RM128和RM11781從7300株BC5F2（qSdn-1）群體中篩選到95株極端表型的重組個(gè)體，對(duì)

7、這些重組單株于2010年對(duì)表型進(jìn)行后代(BC5F3)驗(yàn)證，通過進(jìn)一步的加密標(biāo)記將qSdn-1定位在標(biāo)記L24和L34之間約655kb的范圍內(nèi)，與標(biāo)記L27共分離;同樣利用標(biāo)記RM7452和RM3664從5888株BC5F2（qSdn-5中篩選到111株重組個(gè)體，經(jīng)交換單株驗(yàn)證后將qSdn-5定位在122kb的范圍內(nèi)，與Indel標(biāo)記I5-6共分離。qSdn-1和qSdn-5的精細(xì)定位一方面為進(jìn)一步的圖位克隆工作奠定了良好的基礎(chǔ)，另一方面

8、與休眠位點(diǎn)緊密連鎖的標(biāo)記可被用于分子標(biāo)記輔助選擇育種，培育具有適度休眠性的水稻優(yōu)良品種對(duì)抗穗發(fā)芽。
　　 在精細(xì)定位的同時(shí)我們通過不斷的回交及標(biāo)記輔助選擇構(gòu)建了一套休眠QTL的NILs，即NIL（qSdn-1），NIL（qSdn-5）和NIL(CK)。2010年正季NIL（qSdn-1）、NIL（qSdn-5）和NIL(CK)的發(fā)芽率分別為23％、35％和98％，而NILs其它農(nóng)藝性狀與背景親本南粳35沒有差異，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了

9、qSdn-1和qSdn-5對(duì)N22種子體眠性的作用。
　　 種子休眠通常與植物激素有密切的關(guān)系，通過外源激素及逆境處理實(shí)驗(yàn)表明NIL（qSdn-1）與NIL（qSdn-5）對(duì)ABA、GA和NaCl的敏感性存在差異，NIL（qSdn-5）對(duì)ABA、GA和NaCl表現(xiàn)的更加敏感，IAA處理實(shí)驗(yàn)NIL（qSdn-1）和NIL（qSdn-5）沒有明顯的差異，隨IAA濃度的升高發(fā)芽率都有所上升。對(duì)外源激素及逆境處理響應(yīng)的差異表明qSdn-

10、1和qSdn-5潛在的基因調(diào)控種子休眠的機(jī)制有所不同。
　　 2.利用400Gy60Co輻照N22種子，通過對(duì)突變表型的篩選獲得兩個(gè)弱休眠的突變體，暫時(shí)命名為Q4359和Q4646。Q4359和Q4646抽穗后35天收獲的種子平均發(fā)芽率為43％和45％，較野生型N22發(fā)芽率高，而且在室溫存放過程中突變體種子的休眠性較N22更容易破除，在種子萌發(fā)過程中突變體對(duì)ABA和NaCl的敏感性降低，且Q4359較Q4646對(duì)ABA和NaCl

11、更加不敏感;N22種子發(fā)芽率隨外源GA濃度的增加有所上升，而突變體Q4359和Q4646都表現(xiàn)出對(duì)GA不敏感;在對(duì)IAA的敏感性上突變體與N22沒太大差異，發(fā)芽率都有所上升。
　　 突變體間的正反交實(shí)驗(yàn)表明Q4359和Q4646突變位點(diǎn)不等位，遺傳分析實(shí)驗(yàn)表明兩個(gè)突變性狀都是由隱性單基因控制。之前的研究表明N22種子休眠性由1-2個(gè)主基因控制，通過定位分析檢測(cè)到兩個(gè)主效位點(diǎn)（qSdn-1和qSdn-5，是否是N22中的這兩個(gè)主效

12、基因發(fā)生突變導(dǎo)致種子休眠性減弱？于是我們利用Q4359和Q4646與無休眠的水稻品種南粳35構(gòu)建分離群體對(duì)突變體中的休眠位點(diǎn)進(jìn)行定位分析。在Q4359/南粳35 F2群體中共檢測(cè)到3個(gè)控制種子休眠的QTL，其中第3染色體上檢測(cè)的位點(diǎn)增強(qiáng)休眠性的等位基因來自南粳35;第5染色體檢測(cè)的位置與前面定位的結(jié)果一致，為qSdn-5;另外還檢測(cè)到一個(gè)控制種子休眠的新位點(diǎn)qSdn-9，LOD值5.5，可解釋11.5％的表型變異。在Q4646/南粳35