【摘要】：千粒重是稻谷產(chǎn)量三要素之一,解析雜交稻親本間千粒重的變異既可以挖掘?qū)αＶ鼐哂酗@著作用的數(shù)量性狀座位(Quantitative trait locus,QTL),又能促進這些QTL在水稻育種中的應(yīng)用。實驗室前期已構(gòu)建3個由重要秈型三系雜交稻親本配組衍生的重組自交系群體(Recombinant inbred line,RIL),并獲得多年千粒重表型數(shù)據(jù)。3個RIL群體分別來源于特青(TQ)/IRBB抗白葉枯病聚合品系(TI)、珍汕97B/密陽46(ZM)和協(xié)青早B/密陽46(XM)。本研究在此基礎(chǔ)上,首先應(yīng)用3個RIL群體完成千粒重QTL的初定位,然后在第10染色體長臂4.2 Mb區(qū)間內(nèi)鑒定到3個控制粒重和粒型的QTL,最后將其中1個精細定位至70.7 kb區(qū)間。具體結(jié)果如下:1.3個RIL群體的千粒重QTL檢測結(jié)果應(yīng)用QTL IciMapping對3個RIL群體的千粒重QTL及基因型和環(huán)境互作進行分析。共檢測到27個QTL,其中,17個在2個或3個群體中檢測到,其余10個僅在1個群體檢測到。在17個QTL中,有8個所在區(qū)間可能包含已克隆的與千粒重相關(guān)的QTL。在其余9個QTL中,位于第10染色體長臂的qTGW10.1和qTGW10.2呈緊密連鎖。qTGW10.1同時在ZM和XM群體中檢測到,qTGW10.2同時在TI和ZM群體中檢測到。后續(xù)試驗以這2個QTL為目標進行驗證和分解。2.第10染色體長臂3個控制粒重和粒型QTL的分解針對qTGW10.1,應(yīng)用1個F_(9:10)家系進行驗證。該群體除在包含qTGW10.1區(qū)間分離外,在第1、9和11染色體上各有1個區(qū)間分離。通過QTL分析,4個分離區(qū)間共檢測到7個控制粒重和粒型的QTL。在qTGW10.1區(qū)間僅檢測到對粒長的顯著作用,來自IRBB52的等位基因增加粒長0.020 mm,貢獻率為9.00%。與初定位結(jié)果一致,該區(qū)間內(nèi)TQ和IRBB52等位基因?qū)ηЯＶ氐淖饔脽o顯著差異,將該QTL重新命名為qGL10。針對qTGW10.2,首先應(yīng)用1個NIL-F_2群體進行初步驗證,然后應(yīng)用5個F_(9:10)近等基因系群體(Near isogenic line,NIL)進行分解。在該QTL所處區(qū)間分解出2個主要控制千粒重的QTL,增效等位基因均來自TQ,分別命名為qTGW10.2a和qTGW10.2b。在qTGW10.2a分離的2個NIL中,僅千粒重呈雙峰分布。TQ等位基因分別增加千粒重0.66 g和0.59 g、粒長0.110 mm和0.098 mm、粒寬0.019 mm和0.016 mm。在qTGW10.2b分離的2個NIL中,TQ等位基因分別增加千粒重0.13 g和0.12 g、粒寬0.012 mm和0.011 mm。這3個QTL被定位在第10染色體長臂4.2 Mb區(qū)間內(nèi),該結(jié)果為控制同一數(shù)量性狀的QTL往往是成簇分布的理論提供新的證據(jù)。3.qTGW10.2a的精細定位和候選基因分析針對qTGW10.2a,首先應(yīng)用5個雜合區(qū)間更小且呈連續(xù)交疊排列的F_(11:12) NIL群體將其精細定位至70.7 kb區(qū)間。因該QTL主要控制千粒重且分離區(qū)間第1個標記位于第10染色體20.8 Mb處,故重新命名為qTGW10-20.8。然后應(yīng)用1個僅在qTGW10-20.8區(qū)間分離的F_(12:13) NIL群體對其遺傳效應(yīng)進行驗證。在陵水和杭州,對該NIL群體的粒重、粒長、粒寬和抽穗期進行鑒定。結(jié)果顯示這4個性狀在NIL~(TQ)和NIL~(IRBB52)株系間均表現(xiàn)出極顯著差異,來自TQ的等位基因在陵水和杭州分別增加千粒重0.54 g和0.52 g、粒長0.055 mm和0.078 mm、粒寬0.016 mm和0.021 mm、促進抽穗1.9 d和1.2 d。通過比較目標區(qū)間內(nèi)7個開放閱讀框(Open reading frame,ORF)的序列和注釋功能,ORF7編碼1個MIKC型MADs-box蛋白OsMADS56最有可能是qTGW10-20.8的候選基因。在葉片和不同發(fā)育階段的幼穗中,ORF7的表達量在NIL~(TQ)株系中顯著高于NIL~(IRBB52)。幼穗轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)NIL~(TQ)和NIL~(IRBB52)之間存在556個差異表達基因。相比NIL~(IRBB52)的表達量,272個基因在NIL~(TQ)中表達量上調(diào),284個基因表達下調(diào)。KEGG和GO富集分析發(fā)現(xiàn)qTGW10-20.8可能通過參與植物激素信號通路的方式來影響籽粒大小。這些結(jié)果為qTGW10-20.8的分子機制研究奠定基礎(chǔ),為籽粒發(fā)育調(diào)控途徑的完善和水稻品種的改良提供新的基因資源。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S511
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮寫名詞表
1 前言
    1.1 QTL圖位克隆的過程
        1.1.1 QTL初定位和驗證
        1.1.2 QTL精細定位
        1.1.3 候選基因功能分析
    1.2 已克隆的控制粒重和粒型的QTL
        1.2.1 主要控制千粒重和粒長的QTL
        1.2.2 主要控制千粒重和粒寬的QTL
        1.2.3 主要控制粒長和粒寬的QTL
    1.3 調(diào)控水稻籽粒大小的分子機制
    1.4 已克隆粒重和粒型QTL在現(xiàn)代品種中的應(yīng)用
    1.5 CRISPR/Cas9 基因敲除技術(shù)為水稻基因功能驗證提供新途徑
    1.6 本研究的目的和意義
2 材料和方法
    2.1 水稻材料
    2.2 田間試驗及性狀考察
    2.3 實驗方法
        2.3.1 DNA標記檢測
        2.3.2 數(shù)據(jù)分析
        2.3.3 注釋基因序列分析
        2.3.4 基因表達差異分析
        2.3.5 轉(zhuǎn)錄組測序分析
        2.3.6 基因敲除載體構(gòu)建
        2.3.7 基因過表達載體構(gòu)建
        2.3.8 大腸桿菌轉(zhuǎn)化
3 結(jié)果和分析
    3.1 RIL群體的千粒重QTL定位結(jié)果
    3.2 qTGW10.1和qTGW10.2 的驗證和分解
    3.3 qTGW10.2a的精細定位
    3.4 qTGW10-20.8 區(qū)間注釋基因分析
    3.5 基因表達差異分析
    3.6 轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果
    3.7 獲得轉(zhuǎn)基因T0植株
4 討論
    4.1 應(yīng)用生態(tài)適應(yīng)性相近品種構(gòu)建分離群體增加QTL檢測功效
    4.2 第10 染色體長臂3 個粒重和粒型QTL的鑒定
    4.3 第1、9和11 染色體上鑒定到的6 個粒重和粒型QTL
    4.4 控制同一性狀的QTL成簇分布
    4.5 剩余雜合體策略構(gòu)建近等基因系群體的優(yōu)勢
    4.6 OsMADS56 最有可能是qTGW10-20.8 的候選基因
    4.7 qTGW10-20.8 對其它相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的影響
    4.8 qTGW10-20.8 可能參與植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路影響籽粒發(fā)育
    4.9 應(yīng)用CRISPR/Cas9 技術(shù)創(chuàng)制候選基因的突變體
    4.10 后續(xù)研究計劃
參考文獻
附錄
    附錄 Ⅰ附表
    附錄 Ⅱ作者簡介
致謝

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 孫宗修;鄂志國;王磊;朱德峰;張玉屏;胡國成;劉文真;付亞萍;;對中國水稻骨干親本評定方法的探索[J];作物學(xué)報;2014年06期

2 湯圣祥;王秀東;劉旭;;中國常規(guī)水稻品種的更替趨勢和核心骨干親本研究[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年08期

本文編號：2857616