水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的糧食作物之一,占全世界人口熱量攝入的21%。近年來,隨著全球人口的激增,耕地面積的逐年減少,土地流轉(zhuǎn)與非糧化趨勢加劇,糧食短缺仍舊是困擾許多國家的重大問題。因此,開展水稻遺傳育種研究一直成為國家的重中之重,保持糧食的穩(wěn)產(chǎn)及高產(chǎn)成為農(nóng)作物品種選育的首要目標(biāo)并亟需解決。水稻的產(chǎn)量性狀是由多基因決定的復(fù)雜性狀,主要受單株有效穗數(shù)、每穗有效粒數(shù)和千粒重3個因素共同調(diào)控,千粒重遺傳力最高,主要由灌漿程度和粒型控制,粒型性狀又由粒長、粒寬和粒厚共同構(gòu)成。此外,粒型還是重要的品質(zhì)性狀,在中國南部、美國及東南亞各國,消費者通常會更偏愛細長粒水稻。而日本、朝鮮半島和中國北方更傾向于短圓粒水稻。因此,改良水稻粒型是提高產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)的有效途徑。本研究的第一份材料是利用一個來自中國廣東的傳統(tǒng)地方品種T5486(秈稻品種)作為親本之一,與典型的粳稻品種日本晴雜交,構(gòu)建BC1F2群體,利用186個單株,選取間隔均勻且能夠覆蓋整個基因組的標(biāo)記共177對,通過QTL Mapmaker 3.0和QTL Network2.1計算,獲得一張覆蓋了總遺傳距離為2294.2 c M,標(biāo)記間平均距離12.96 c M的遺傳圖譜,定位到4個粒型QTL,選取未報道的q GW12作為研究目標(biāo),繼續(xù)構(gòu)建次級遺傳圖譜,計算顯示,在標(biāo)記SH78和SH93之間存在一個主效的粒寬位點,該位點貢獻率為52.08%,可促進粒寬增加0.79 mm。同時輔以圖位克隆手段,進行精細定位,最終將基因定位在SH78和SH98之間23.9 kb的物理距離范圍內(nèi),該區(qū)間共預(yù)測到3個開放閱讀框。這為對該基因的進一步克隆和功能分析打下了堅實的基礎(chǔ)。本研究的另一個粒型材料是來自日本晴背景、經(jīng)過組培誘變獲得的小圓粒突變體small grain 4(sg4),該突變體表現(xiàn)為葉色深綠、葉片直立、成熟后可見節(jié)間數(shù)目增多(sg4具有6個節(jié)間,日本晴具有4個)、株高略微變高、生育期推遲、小圓粒等性狀。遺傳分析顯示,該突變性狀受純合隱性單基因控制。通過圖位克隆發(fā)現(xiàn),在突變體sg4背景下,候選基因LOC_Os04g39430.1的起始密碼子前一個堿基處發(fā)現(xiàn)8 bp的堿基插入,轉(zhuǎn)基因互補實驗顯示,互補陽性植株能恢復(fù)到野生型表型,表明LOC_Os04g39430.1即為SG4基因,該基因編碼BR生物合成過程的關(guān)鍵酶,與已報道的D11等位。因此,我們開展了一系列BR敏感性測試,結(jié)果顯示,突變體暗形態(tài)建成受阻;隨著2,4-e BL濃度的增加,sg4的第二葉夾角變化超過日本晴;突變體根卷曲,呈波浪形生長,表明sg4對BR敏感。但是在第二葉鞘和胚芽鞘伸長方面,卻沒有明顯變化,說明這些部位對BR不敏感,因此,sg4對BR的反應(yīng)有組織特異性。對BR生物合成和信號途徑的相關(guān)基因進行表達分析顯示,BR生物合成基因在突變體中的表達量較野生型有所降低,信號調(diào)節(jié)途徑的正調(diào)控基因在突變體中表達量升高,表明sg4是BR缺失突變體。隨后,解剖學(xué)觀察證明,sg4的粒長變短是由細胞長度變短所導(dǎo)致,I2-IK實驗也顯示,sg4的花粉育性降低。對上述兩種基因的克隆,為分子標(biāo)記輔助選擇提高水稻產(chǎn)量和改良品質(zhì)提供重要的基因資源,對它們在群體中的自然變異基因型的深入挖掘,有助于分析各種等位基因型的功能,解析粒型的構(gòu)成,為全面理解粒型的遺傳機理,實現(xiàn)粒型的設(shè)計育種提供幫助。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S511;Q943.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2809776