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水稻粒形相关性状及千粒重QTL表达稳定性分析

王松凤  
【摘要】: 近年来,随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高,优质高产已成为水稻育种最重要的目标之一。由于稻谷粒形相关性状及千粒重是典型的数量性状,利用传统的育种方法对其进行改良,效率较低,而MAS选择是一种比较有效的育种途径。要实现MAS在育种上的应用,需要完成的工作主要包括以下几个步骤:1)获得不同群体在不同环境中重演率高的主效QTLs;2)构建全基因组的单染色体片段置换系或者近等基因系;3)利用分离群体对目标QTL进行单基因分解,并进行精细定位与MAS评估;4)建立分子育种相关的表型与数据库;5)多个优良性状QTLs的转移、渗透与聚合。由于目前绝大部分研究仍停留在利用单一群体,在单一环境下对相关QTLs进行检测,缺乏环境稳定性分析,难以发掘对环境钝感的QTLs,这严重影响了其在优质高产改良育种中的应用。为了发掘利用表达稳定的QTLs,本研究利用多个籼粳交永久性群体,在多个环境条件下对控制稻米粒长、粒宽、粒形及千粒重的QTLs进行了检测、比较和分析。主要结论如下: 1.利用IR36/热研2号RIL群体在2个环境中检测到的控制粒长、粒宽、粒形和千粒重的QTLs的数目分别为3、3、4和6个。在2个环境中都能稳定表达的QTLs包括:qGL-3、qGW-5、qGW-6、qLWR-5和qTGW-3。其中,qGL-3的平均LOD值为3.94,平均贡献率为17.60%;qGW-5和qGW-6的平均LOD值分别为4.35和3.16,平均贡献率分别为16.10%和7.85%;qLWR-5的平均LOD值为2.25,平均贡献率为9.36%;qTGW-3的平均LOD值为2.14,平均贡献率为8.30%。 2.利用Nipponbare/Kasalath∥Nipponbare BIL群体在3个环境中检测到的控制粒长、粒宽、粒形和千粒重的QTLs的数目分别为11、9、8和11个。在3个环境中均被重复检测到的QTLs有:qGL-2、qGW-2-1、qGW-5、qLWR-5和qTGW-2,其平均LOD值分别为5.43、3.06、6.50、3.68和4.26,平均贡献率分别为17.60%、10.30%、25.67%、14.27%和14.17%。进一步,结合以Nipponbare为背景,Kasalath为插入片段的CSSL群体在3个环境中的表型值,可以发现插入片段包含qGL-2、qGW-2-1和qTGW-2-1三个位点的株系NK50在3个环境中的表型值均与背景亲本存在显著差异,主要表现为:粒长明显变长,粒宽明显变窄,千粒重明显降低。而插入片段包含qGW-5的四个株系(NK22、NK32、NK38和NK50)与背景亲本相比,粒宽均明显变窄。 3.利用Koshihikari/Kasalath∥Koshihikari BIL群体在3个环境中检测到的控制粒长、粒宽和粒形的QTLs的数目分别为9、12和13个。可以稳定表达的QTLs包括qGL-5、qGL-6、qGL-7、qGW-2-2、qGW-3-1、qGW-5和qLWR-5,其平均LOD值分别为3.89、4.42、3.93、4.76、5.40、13.49和18.57,平均贡献率分别为8.81%、9.29%、9.76%、8.65%、8.77%、26.6%和39.18%。对以Koshihikari为背景,Kasalath为插入片段的CSSL群体在3个环境中的表型进行分析,发现插入片段包含qGL-5的株系KK12和另外2个插入片段包含qGL-6的株系(KK17和KK18),与背景亲本相比,粒长均明显增长;而插入片段包含qLWR-5的株系KK12和KK14,与背景亲本相比,粒形均明显增大。 4.利用Sasanishiki/Habataki∥Sasanishiki///Sasanishiki BIL群体在3个环境中检测到控制粒长、粒宽和粒形的QTLs的数目分别为6、5和8个。其中控制粒长的QTLs,qGL-12在2006年南京和连云港2个环境中检测到,其平均LOD值为2.46,平均贡献率为8.80%;控制粒宽的QTLs,qGW-3-2和qGW-12在2年南京的环境中均检测到,平均LOD值为分别为5.10和3.91,平均贡献率分别为16.45%和12.40%;控制粒形的QTL,qLWR-3在3个环境中均检测到,其平均LOD值为4.93,平均贡献率为21.40%。 综上,在本研究检测到的众多控制粒形相关性状及千粒重的QTLs中,能够稳定表达的QTLs主要包括:qGL-3、qGL-2、qGL-5、qGL-6、qGL-7、qGW-2-1、qGW-2-2、qGW-3-1、qGW-5、qGW-6、qLWR-3、qLWR-5、qTGW-2和qTGW-3。我们还发现,其中的一些QTLs在染色体上存在成簇分布现象,如在第5染色体上存在一个控制粒宽及粒形的QTLs簇(IR36/热研2号RIL群体,Nipponbare/Kasalath∥Nipponbare BIL群体,Koshihikari/Kasalath/Koshihikari BIL群体,Sasanishiki/Habataki∥Sasanishiki///Sasanishiki BIL群体);在第2染色体上存在一个既控制粒长、粒宽又影响千粒重的QTLs簇(Nipponbare/Kasalath BIL)。这些研究结果为稻米的优质高产MAS育种奠定基础。


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