稻作抗旱相关性状的QTL定位及抗除草剂基因的遗传转化

【摘要】：稻作抗旱的遗传机理是近年来国内外研究的热点之一，本研究以一套水、旱杂交而形成的重 组自交系RIL2F6群体为供试材料，探索了两种抗旱性评价方法用于群体抗旱性评价的可行性，以 及抗旱性、部分形态性状、产量相关性状、生理性状的群体表现：并利用此群体构建了一张包含 115个SSR分子标记的连锁图，把这些抗旱相关性状定位到染色体上的特定位点，详细地比较了 水、旱两种环境下定位结果的差异；利用已构建的分子标记连锁图，对群体的稻苗出土能力和地 下茎进行了系统的分析和QTL定位：为解决旱稻栽培过程中的除草问题，用基因枪法把抗除草 剂的bar基因导入了4个旱稻栽培品种。对稻作抗旱和抗除草剂的研究结果将有助于解决旱稻生 产过程遇到的抗旱性和草荒两大问题。 本研究的主要成果如下： (1) 研究了抗旱性、抗旱相关农艺和生理性状在群体的表现，发现部分性状明显受旱稻亲本毫 格劳的遗传影响，群体在水、旱两种环境的适应性均得到了改善；水旱产量比值法和目测 抗旱性评分法均可用于此群体的抗旱性评价，用前者评价抗旱性对产量是一种正向选择， 而用后者评价抗旱性对营养体的直观抗旱性表现是一种正向选择作用。 (2) 地下茎对稻苗的出土能力有重要影响，长且粗壮的地下茎有利于提高5cm播种深度下的出 苗率；群体中有两种不同类型的稻苗出土方式，即依赖长的地下茎出土和粗壮的苗茎基出 土，它们均有利于出苗，并利用复合区间作图法各定位到1个影响地下茎长、粗度、茎基 粗、出苗率的OTL。 (3) 利用此重组自交系群体构建了一张包含115个SSR标记的遗传连锁图，定位了旱地环境下 根系性状的QTL和水、旱两种环境下地上部形态、产量、生理性状的QTL，8个根系性状 共检测到23个QTL，分布在第2、 3、 4、 6、 9染色体上；旱地环境下16个地上部性状共 定位到25个QTL，水田环境下9个地上部性状共定位到16个QTL，其中根系性状的QTL 有明显集中分布的趋势，同一性状在水、旱两种环境下检测出的QTL的数目和在染色体上 的位置差别很大，表明两种环境下有不同的QTL对同一性状起作用。 (4) 用基因枪法成功地把抗除草剂基因bar导入了4个优良旱稻品种，获得了大量转基因抗性 植株。PCR和Southern blot检测表明外源基因已经整合到旱稻的基因组：发现了山梨醇能 够明显促进愈伤组织的分化：抗性愈伤组织筛选和分化时的PPT浓度分别为20mg／L和1mg／L 时能高效率地获得转基因植株；对T0、 T1、 T2代转基因株系的性状表现进行了系统的考查， 发现了各种类型的性状变异。 bar基因的成功导入为培育抗除草剂旱稻品种奠定了坚实的 基础。 综合本研究的结果可以看出，稻作的抗旱性是一个非常复杂的性状，与多种因素有关；对抗 旱性的研究就是解析这些因素对干旱胁迫的反应表现和相互协调、相互作用的过程。实验所获得 的结论和大量中间材料将为深入探索稻作的抗旱机理和培育改良旱稻新品种提供理论依据和实 践基础。