“C418-9311”染色體片段置換系群體的構(gòu)建及產(chǎn)量相關性的研究.pdf

1、水稻(Oryza sativa L.)是世界上三大主要糧食作物之一。秈稻(O.sativa ssp.Indica)和粳稻(O.sativa ssp.Japonica)作為亞洲栽培稻的兩個重要亞種,經(jīng)歷了漫長時間的進化,其基因組存在著高度的遺傳分化,在產(chǎn)量性狀和生態(tài)適應性等諸多方面表現(xiàn)出較大的差異。作為水稻兩個典型的雜種優(yōu)勢群,秈稻和粳稻的雜交又能產(chǎn)生巨大的優(yōu)勢。因此,明晰秈(或粳)稻的等位基因在粳(或秈)稻遺傳背景中的遺傳特點,挖掘影響

2、產(chǎn)量等相關性狀的基因,對于秈粳亞種間優(yōu)良基因的轉(zhuǎn)移及雜種優(yōu)勢利用具有十分重要的理論和實踐意義。水稻產(chǎn)量等性狀一般屬于多基因控制的數(shù)量性狀,通常采用秈粳雜交衍生的分離群體,如F2、RIL以及DH等對控制這些性狀的數(shù)量性狀位點(quantitative traits locus,QTL)數(shù)目、染色體上的位置及遺傳效應進行分析,也取得了一定進展。但這些傳統(tǒng)的分析群體遺傳背景復雜,估計的QTL往往不太準確,一些效應值較小的QTL很難檢測到。染色

3、體片段置換系群體(chromosome segmentsubstitution lines,CSSLs)是指一套以相同親本為遺傳背景,置換了供體親本一個或少數(shù)染色體片段的系列單株組成的群體,由于其遺傳背景簡單,群體變異小,便于研究者進行多年多點的重復試驗等特點,備受研究者的重視,染色體片段置換系群體不僅大大提高了對復雜數(shù)量性狀基因定位的精確性,而且通過構(gòu)建次級分離群體可以對目標QTL進行精細定位和克隆分析。
　　 本研究通過雜交

4、、回交和自交,并在高世代構(gòu)建DNA池,利用分子標記輔助選擇的方法,將優(yōu)良粳稻品種C418的染色體片段導入到了優(yōu)良的、并已完成測序的秈稻品種9311的遺傳背景中,培育出一套置換片段相互重疊、覆蓋粳稻全基因組的水稻染色體片段置換系群體,旨在為水稻重要產(chǎn)量性狀的基因(QTL)定位、圖位克隆以及水稻雜種優(yōu)勢研究提供基礎材料。研究結(jié)果如下:
　　 1)從實驗室公共的1000對SSR引物和自行設計的40對In/del標記中,篩選出158對在

5、雙親間表現(xiàn)出多態(tài)性的標記,多態(tài)性比例為14.25％。多態(tài)性標記在不同染色體上的分布頻率有一定差異,其中第3和6染色體最低,僅有11.11％；第9染色體相對較高,達24.39％。選擇其中在12條染色體上分布相對均勻的136個標記,參考Temnykh,McCouch和the International Rice Genome Sequencing Project等發(fā)表的遺傳圖譜,構(gòu)建了分子標記連鎖圖。該圖譜覆蓋全基因組1480.9 cM,標

6、記間平均間距為10.89 cM,用于分析"C418/9311”BC3F4,BC3F6,BC3F8和SF2世代單株或DNA池的基因型,分子標記輔助選擇目標單株。
　　 2)利用上述的136對多態(tài)性標記分析了“C418/9311”BC3F4及其以后各世代群體的基因型,以每個單株含有盡可能少的供體染色體片段及所有家系包含的置換片段能最大程度覆蓋整個供體親本"C418”全基因組兩個條件為標準,最終從BC3F8和SF2兩個不同世代中篩選出

7、108個株系,構(gòu)成了一套新的秈、粳染色體片段置換系群體。
　　 3)通過對置換系群體的遺傳組成分析表明,置換系群體平均每個株系包含置換的分子標記數(shù)目占總標記數(shù)的比例為4.76％,置換的標記數(shù)變異范圍在1～15個之間；其中5.96個為純合供體基因型標記,0.51個為雜合基因型標記。
　　 108個置換系家系置換的片段總長度為2586.3 cM,相當于水稻基因組總長度的1.7倍,代表了水稻的12條染色體。代表每條染色體的家系

8、數(shù)目是有差別的,其中,第2染色體的代表家系數(shù)最多,有16個；其次是第4和7染色體,分別有11個；第5和10染色體的代表家系數(shù)較少,分別有6個和5個。每條染色體平均代表家系數(shù)目為9個。
　　 4)以"C418/9311”染色體片段置換系為材料,采用改良的QTL IciMapping v2.2Mapping軟件,分析了2008年南京,2008年海南兩個不同環(huán)境下籽粒性狀的QTL(粒長、粒寬、粒厚、長寬比、長厚比和千粒重),共檢測到7

9、0個籽粒性狀QTL,分布在水稻的11條染色體上,其中11個QTL能在兩個環(huán)境下重復檢測到,即千粒重QTL-qTGW6.1和qTGW7,粒長QTL-qGL5、粒寬QTL-qGW5,qGW6.1和qGW7.2以及共同作用于長寬比的QTL-qLW5.1和谷粒體積QTL-qGV2,qGV7.4,qGV8.1和qGV9,其中,qTGW7位于第7染色體RM8261標記的染色體區(qū)段,是一個新的千粒重QTL。通過建立次級F2分離群體,將qTGW7定位在

10、第7染色體的短臂上,與標記RM22034緊密連鎖；后代近等基因系(NIL)的表型結(jié)果也證明了前期QTL定位的正確性,同時確定qTGW7與RM22034緊密連鎖。利用C418/9311的置換系群體對籽粒性狀研究的結(jié)果證實"C418/9311”染色體片段置換系應用于數(shù)量性狀基因座分析是可行的。
　　 5)選取了64個能覆蓋C41812條染色體全基因組的置換系家系分別與9311雜交形成了含64個家系的雜交組合群體(CSSLHs),采用

11、QTL IciMapping v2.2軟件分析了CSSLs和CSSLHs兩群體中產(chǎn)量和產(chǎn)量相關性狀具有顯著遺傳效應的位點(QTL)。2008和2009兩年,分別檢測到87和93個QTL,這些QTL大部分的貢獻率都小于20％。在2008年,62.1％(54)QTL具有超顯性效應,2009年61.3％(57)QTL具有超顯性效應,表明在單位點水平上,超顯性對產(chǎn)量及產(chǎn)量相關性狀雜種優(yōu)勢的形成具有重要的作用,而含這些雜種優(yōu)勢位點的家系也成了雜交