【摘要】：水稻是一種喜溫作物,在整個(gè)生長發(fā)育過程中對溫度異常敏感。低溫冷害是水稻生產(chǎn)的主要限制因子之一,也是世界上水稻主產(chǎn)區(qū)普遍存在的問題。因此,水稻耐冷性遺傳機(jī)制的研究顯得十分重要。水稻的耐冷性是一個(gè)較為復(fù)雜的數(shù)量性狀,各個(gè)時(shí)期均具有特異性。本研究利用粳稻品種Sasanishiki和秈稻品種Habataki構(gòu)建而成的染色體片段代換系群體(CSSLs)作為研究材料,開展了5℃低溫條件下生長10 d的芽期耐冷性QTL定位分析;自然低溫條件下孕穗期耐冷QTL定位分析;孕穗期后期連續(xù)7 d的不同低溫梯度脅迫下結(jié)實(shí)機(jī)制分析,以及在水稻幼穗分化時(shí)進(jìn)行20℃低溫脅迫處理7 d,利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)進(jìn)行差異表達(dá)基因分析等研究,獲得以下主要研究結(jié)果:1、檢測出3個(gè)與芽期耐冷性相關(guān)的QTL qCTP4,qCTP10和qCTP11,分別位于水稻第4、10和第11染色體上。所檢測到的QTL加性效應(yīng)值的變化范圍為-14.3~-30.3%,解釋表型變異的變化范圍為15.4~32.5%。其中qCTP11的加性效應(yīng)最大(a=-30.3%),能夠解釋表型變異的貢獻(xiàn)率為32.5%,且在兩次重復(fù)試驗(yàn)中均能檢測到。qCTP10可能為新發(fā)現(xiàn)的QTL。芽期耐低溫發(fā)芽的效應(yīng)主要來自輪回親本Sasanishiki的等位基因,導(dǎo)致染色體片段代換系的芽期耐冷性減弱的主要原因?yàn)閷?dǎo)入了秈稻供體親本Habataki片段。2、鑒定出8個(gè)孕穗期耐低溫結(jié)實(shí)QTL,分別位于水稻第3、4、5、6、7、8和第9染色體上。其中有6個(gè)QTL在兩次重復(fù)中都能檢測到,可以解釋13.4%~25.3%的表型變異。相比2011年的試驗(yàn)結(jié)果,2014年多檢測到兩個(gè)效應(yīng)相對較小的QTL qCTSF3.1和qCTSF4。通過與前人研究比較發(fā)現(xiàn)有5個(gè)QTL(qCTSF3.2,qCTSF4,qCTSF5,qCTSF6和qCTSF8)可能為新發(fā)現(xiàn)的QTL,其余3個(gè)(qCTSF3.1,qCTSF7和qCTSF9)位于前人報(bào)道的相同染色體區(qū)段上。耐低溫的效應(yīng)主要來自輪回親本Sasanishiki的等位基因。3、在孕穗期進(jìn)行連續(xù)7 d的低溫梯度脅迫處理,秈稻品種Habataki與粳稻品種Sasanishiki相比表現(xiàn)出明顯的低溫敏感性。在23℃處理后,Habataki的結(jié)實(shí)率與正常自然條件下生長(28℃)的對照表現(xiàn)出顯著差異(a=0.05),22℃處理的差異達(dá)極顯著水平(a=0.01);而粳稻品種Sasanishiki的結(jié)實(shí)率與正常生長條件相比,在20℃時(shí)才表現(xiàn)出顯著差異,在19℃時(shí)差異達(dá)極顯著。在低溫脅迫下雌性器官柱頭的活力表現(xiàn)正常,而雄性器官中的花粉不能夠正常萌發(fā)導(dǎo)致受精受阻。4、孕穗期低溫脅迫下差異表達(dá)基因分析結(jié)果如下:4.1供試樣品共得到1.33億條高質(zhì)量的reads(50 bp)用于轉(zhuǎn)錄組分析。在3個(gè)實(shí)驗(yàn)比較組中共發(fā)現(xiàn)1472個(gè)差異表達(dá)基因至少在1個(gè)比較組中表達(dá),表明低溫脅迫響應(yīng)代謝途徑可能受到了抑制或者激活。通過整合共獲得149個(gè)低溫脅迫差異表達(dá)基因。4.2經(jīng)GO富集分析、KEGG數(shù)據(jù)庫分析和STRING數(shù)據(jù)庫分析,推測水稻在孕穗期低溫脅迫下導(dǎo)致結(jié)實(shí)不正常的最主要原因可能是低溫脅迫導(dǎo)致光合作用和前體物質(zhì)能量代謝過程中一系列基因表達(dá)和相互作用發(fā)生變化,尤其可能是涉及光合作用過程的相關(guān)基因(LOC_Os03g07300,LOC_Os03g39610和LOC_Os12g17600)與涉及前體物質(zhì)能量代謝過程中的相關(guān)基因(LOC_Os08g01380,LOC_Os11g07020和LOC_Os12g19381)等基因在低溫脅迫下導(dǎo)致表達(dá)差異和互作關(guān)系的變化造成花粉在發(fā)育過程中所需的物質(zhì)或能量得不到充足供應(yīng),導(dǎo)致小孢子不能完全發(fā)育或所積累的營養(yǎng)物質(zhì)不夠,致使花粉的萌發(fā)過程受到影響不能正常完成受精,最終導(dǎo)致結(jié)實(shí)率大幅下降。
【學(xué)位授予單位】：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S511
【圖文】：

圖 1.1 質(zhì)量性狀（a）與數(shù)量性狀（b）在 F2群體中的表型分布示意圖Fig 1.1 Phenotype distribution charactersitics of qualitative (a) and quantitive (b) traitpopulation

植物有性生殖過程中，同源染色體會(huì)發(fā)生配對和聯(lián)會(huì)過程，染色體片段也就在這個(gè)過程中得以置換（圖1.2a）。在分離世代中，不同單株可能具有不同的交換位點(diǎn)，因而會(huì)產(chǎn)生豐富的遺傳重組類型，利用分子標(biāo)記（Marker）對各單株的基因型進(jìn)行鑒定，最后結(jié)合與表型的共分離規(guī)律實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)基因的精細(xì)定位（圖 1.2b）。結(jié)合基因功能預(yù)測、目標(biāo)片段測序、基因表達(dá)等技術(shù)預(yù)測候選基因，最后通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對候選基因進(jìn)行功能驗(yàn)證，從而最終實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)基因的圖位克隆。圖 1.2 圖位克隆的基本原理示意圖Fig 1.2 Scheme for map-based cloning theory(a)減數(shù)分裂過程中，同源染色體配對、聯(lián)會(huì)過程導(dǎo)致染色體發(fā)生部分交換；(b)基于染色體交換規(guī)律，在 F2 群體中根據(jù)重組單株的基因型和表型實(shí)現(xiàn)精細(xì)定位。(a)Partially exchanged of chromosome will be occurred during homologous chromatid synapsis;(b)Gene mapping could be achieved based on genotypes and phenotypes in F2population.圖位克隆得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是基因定位，經(jīng)典圖位克隆技術(shù)在實(shí)際進(jìn)行過程中又演化出了多種策略，如利用 BSA 法或基因芯片技術(shù)尋找與目標(biāo)基因連鎖的染色體區(qū)段。但上述過程僅能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的初定位，后續(xù)的精細(xì)定位依賴于大量隱性單株的篩選，以及分子標(biāo)記的加密。制約精細(xì)定位的主要因素仍是重組交換的頻率，此外還有雙親的遺傳差異程度和后代表型鑒定的準(zhǔn)確性。圖位克隆得以發(fā)展的關(guān)鍵前提是分子標(biāo)記的開發(fā)，目前主要應(yīng)用的分子標(biāo)記主要有 SSR 標(biāo)記（簡單重復(fù)序列標(biāo)記）、indel 標(biāo)記（插入/缺失標(biāo)記）和基于 SNP 檢測的 CAPS 標(biāo)記等[14,15,16]。圖位克隆極大地依賴于分子標(biāo)記的開發(fā)

圖 1.3 MutMap 技術(shù)在水稻中的利用原理示意圖[13]Fig 1.3 Simplified scheme for application of MutMap on rice[13]1.1.2.4 數(shù)量性狀的圖位克隆技術(shù)數(shù)量性狀的特點(diǎn)是表型連續(xù)變異，鑒定難度大，易受環(huán)境影響，存在遺傳互作效

【參考文獻(xiàn)】

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1 曾研華;張玉屏;向鏡;王亞梁;陳惠哲;朱德峰;;秈型常規(guī)早稻穗分化期低溫對穎花形成和籽粒充實(shí)的影響[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2015年07期

2 朱金燕;楊梅;嵇朝球;王軍;楊杰;范方軍;李文奇;王芳權(quán);梁國華;周勇;仲維功;;利用染色體單片段代換系定位水稻芽期耐冷QTL[J];植物學(xué)報(bào);2015年03期

3 楊梯豐;張少紅;趙均良;黃章慧;張桂權(quán);劉斌;;水稻耐冷QTL定位的比較分析[J];分子植物育種;2015年01期

4 楊超;胡紅濤;吳平;莫肖蓉;;高等植物鐵氧還蛋白-NADP~+氧化還原酶研究進(jìn)展[J];植物生理學(xué)報(bào);2014年09期

5 劉輝;李德軍;鄧治;;植物應(yīng)答低溫脅迫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年18期

6 李保珠;趙孝亮;彭雷;;植物葉綠體發(fā)育及調(diào)控研究進(jìn)展[J];植物學(xué)報(bào);2014年03期

7 劉曉月;張婷;黃立鈺;王文生;傅彬英;;水稻MYB轉(zhuǎn)錄因子冷脅迫表達(dá)譜分析[J];分子植物育種;2014年01期

8 楊莉芳;刁現(xiàn)民;;植物細(xì)胞核雄性不育基因研究進(jìn)展[J];植物遺傳資源學(xué)報(bào);2013年06期

9 趙明輝;張文忠;馬殿榮;徐正進(jìn);陳溫福;;水稻耐冷基因研究進(jìn)展[J];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年06期

10 楊川航;王玉平;涂斌;曾玉清;李仕貴;;利用秈粳交RIL群體對水稻耐寒性及再生力的QTL分析[J];中國水稻科學(xué);2012年06期

本文編號(hào)：2794716