利用粳稻恢復系C堡與穞稻衍生的BIL群體定位籽粒灌漿QTL和構建染色體片段置換系

利用粳稻恢復系C堡與穞稻衍生的BIL群體定位籽粒灌漿QTL和構建染色體片段置換系中國每年水稻種植面積3067萬hm2左右,其中粳稻種植面積828hm2。雜交粳稻年種植面積僅占粳稻種植面積的3～5%,仍有很大的發(fā)展空間。雜交粳稻產量優(yōu)勢主要表現在大穗上,但大穗雜交粳稻存在兩段灌漿現象,導致部分籽粒充實度差,影響了雜交粳稻產量優(yōu)勢的發(fā)揮。提高籽粒充實度的關鍵在于提高籽粒的灌漿速率。穞稻是一種較原始的亞洲栽培稻粳稻類型,具有灌漿時間短、灌漿速率快的特點。充分挖掘穞稻中與灌漿速率相關的有利等位變異,并通過分子標記輔助育種的方法將其導入到粳稻恢復系中,有助于改善雜交粳稻F1植株部分籽粒充實度不足的缺點。本研究室前期利用穞稻與粳稻恢復系C堡雜交產生的BC1F1群體,通過世代平均數和主基因+多基因混合遺傳模型對籽粒灌漿進行的遺傳分析表明,該組合籽粒平均灌漿速率受2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因共同控制,以主基因遺傳為主。之后,通過一粒傳方法,將上述組合回交群體加代至BC1F5,形成了具有102個株系的堡穞堡BIL群體。本論文在上述工作的基礎上,進行了以下兩項研究。一是在兩個生長環(huán)境下對堡穞堡(C堡/穞稻//C堡)BIL群體各個株系6個不同灌漿期籽粒灌漿速率進行調查,結合SSR分子標記遺傳連鎖圖譜,采用非條件QTL定位、與時間相關的動態(tài)QTL定位和將糙米粒重調至同一水平下的條件QTL三種定位方法,利用基于混合線性模型的QTLmapper2.0軟件和基于多元回歸模型的WinQTLCart2.5軟件對影響籽粒灌漿速率的位點進行定位。二是利用上述遺傳連鎖圖譜,通過SSR分子標記輔助選擇和連續(xù)回交+自交的方法,構建以穞稻為供體、C堡為受體的染色體片段置換系。獲得的主要研究結果如下：1.非條件QTL定位方法中,利用QTLmapper2.0軟件和WinQTLCart2.5軟件共檢測到10個控制籽粒灌漿速率的非條件QTL,以及15個非條件QTL互作位點對。這10個非條件主效QTL分布于第1、4、5、6(2個)、8、9和10(2個)等7條染色體上。4個QTL的增效等位基因來自穞稻,其中位于第9染色體上RM1328-RM3912區(qū)段內的qGFR9.1在兩種遺傳模型中均被檢測到,表型變異解釋率分別為12.62%(混合線性模型)和38.46%(多元回歸模型),加性效應分別為0.10mg/(?！ぬ?和0.14mg/(?！ぬ?；位于第10染色體上RM1146-RM3773區(qū)段內的qGFR10.2在兩種遺傳模型中均可檢測到,表型變異解釋率分別為7.17%(混合線性模型)和16.57%(多元回歸模型),加性效應分別為0.07mg/(粒·天)和0.09mg/(?！ぬ?。6個QTL的增效等位基因來自C堡,它們分別是位于第1染色體上RM237-RM5389區(qū)段內的qGFR1.1和RM8105-RM84區(qū)段內的9GFR1.2、位于第4染色體上RM518-RM3471區(qū)段內的qGFR4.1、位于第6染色體RM3330-RM162區(qū)段內的qGFR6.1和RM6811-RM5753區(qū)段內的qGFR6.2和位于第10染色體上RM3470-RM1125區(qū)段內的qGFR10.1.2.與時間相關的動態(tài)QTL定位方法中,利用兩種遺傳模型共檢測到8個控制籽粒灌漿速率的QTL；以及13對互作位點對。這8個動態(tài)QTL分布于第1、2、5、6(2個)、8、9和第10染色體上。5個QTL的增效等位基因來自稽稻,其中qGFR10.2在兩種模型中均被檢測到,表型變異解釋率分別為9.35%(混合線性模型)和17.18%(多元回歸模型),加性效應分別為0.06mg/(粒·天)和0.09mg/(?！ぬ?。3個QTL的增效等位基因來自C堡,它們分別是位于第1染色體RM5-RM5461區(qū)間的qGFR1.3、位于第2染色體RM3688-RM6617區(qū)間qGFR2.3以及位于第6染色體RM510-RM225區(qū)間的qGFR6.6。3.將粒重矯正到同一水平,利用兩種遺傳模型共檢測到13個控制籽粒灌漿速率的條件QTL以及11個位點間互作。這13個條件QTL分布于第1(2個)、4、5、6(3個)、8、9和10(2個)染色體上。8個條件QTL的增效等位基因來自穞稻,其中qGFR9.1在兩種遺傳模型中檢測到,表型變異解釋率分別為12.15%(混合線性模型)和34.05%(多元回歸模型),加性效應分別為0.07mg/(?！ぬ?和0.10mg/(?！ぬ?；qGFR10.2在兩種遺傳模型中也檢測到,表型變異解釋率分別為7.17%(混合線性模型)和16.58%(多元回歸模型),加性效應分別為0.07mg.(?！ぬ?和0.09mg.(?！ぬ?。5個條件QTL的增效等位基因來自C堡,它們分別是位于第1染色體RM237-RM5389區(qū)段內的qGFR1.1和RM5-RM5461區(qū)段內的qGFR1.3、位于第4染色體RM518-RM3471區(qū)段內的qGFR4.1、位于第8染色體RM3572-RM4085區(qū)段內的qGFR8.1和位于第10染色體RM3470-RM1125區(qū)段內的qGFR10.1、4.利用回交和SSR分子標記輔助選擇相結合的方法構建了以C堡為遺傳背景的稽稻染色體片段置換系群體。該群體由55個置換系組成,覆蓋了96.54%的穞稻基因組。其中含7個穞稻染色體片段的置換系有4個,含有6個、5個、4個、3個、2個和1個穞稻染色體片段的置換系數目分別為1個、17個、13個、11個、4個和5個。12條染色體上穞稻供體等位基因導入頻率最大為18.42%,最小為0.44%,平均為4.72%。5.K111005-1、K111005-2、K111005-6、K111010-5、K111010-2、K111010-7等6個置換系攜帶的RM1328-RM3912段含有控制籽粒灌漿速率增效等位基因的雜合位點QTLqGFR9.1。K111009-1、K111009-5、K111009-10和K111011-7等4個置換系攜帶的RM1108-RM3773片段含有控制籽粒灌漿速率增效等位基因雜合位點QTLqGFR10.2。綜合上述籽粒灌漿速率QTL的定位結果,發(fā)現qGFR9.1和qGFR10.2是兩個控制籽粒灌漿速率的穩(wěn)定的主效QTL,在稽稻和C堡中均存在多個控制籽粒灌漿速率的有利等位基因,1個來自穞稻