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《西南农业大学》 2001年
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水稻杂种优势及其相关特性的分子生物学研究

何光华  
【摘要】: 人口不断增长、可利用耕地面积日益减少,导致粮食问题的艰巨性,提高水 稻产量尤为重要。水稻杂种优势利用是增加稻谷产量的重要途径之一。我国杂交 水稻的年种植面积达到1533~1600万hm~2,占水稻种植总面积的50%左右,产量 则占稻谷总产的57%,单产达到6.60t/hm~2,比常规稻增产20%~30%(袁隆平 1996 1999)。这一技术已被联合国粮农组织以及一些发展中国家作为水稻增产的 关键技术。国外有关人士认为,到目前为止,还找不到一个能比杂交稻更能增产 粮食的方法,现在已有20多个国家和地区引进和推广了杂交稻。杂交稻由于具 有高于普通栽培稻的增产优势,自推广以来为我国水稻产量的提高发挥了极其重 要的作用,为解决世界范围内的粮食危机作出了巨大贡献。 但近二十年来,杂交水稻的产量水平一直处于徘徊不前的局面。为改变这一 局面,育种家们从多方面进行了艰苦的探索,然而收效甚微。生产上仍是几个当 家组合长盛不衰。推测其原因可能多样性的,但与杂种优势相关特性机理研究不 清是有必然联系的。 恢复基因、杂种优势、雄性不育是水稻杂种优势利用的三个重要特性,国内 外对它们进行了许多的研究,取得了不少有益的结果。但也存在一些不足之处: 恢复基因的遗传有多种假说,分子图谱定位还不完善,获得的分子标记还没有用 于辅助育种实践;杂种优势的预测一直是育种工作者的追求,但进展缓慢;细胞 质与雄性不育的研究由于受手段等影响而主要集中在线粒体上,而对叶绿体研究 较少。 由于80年代后期出现的DNA分子标记可直接对作物的遗传物质进行研究, 具有信息量大、覆盖面广、不受环境和作物生长发育阶段影响等优点。因此,分 子标记技术的出现和迅猛发展,促进了真核生物遗传图谱的构建,定位了重要的 目的基因,为基因图位克隆奠定了基础,为分子标记辅助育种提供了技术手段, 为进一步深入研究水稻杂种优势及其相关特性的机理提供了可能。本研究利用分 子标记技术探讨野败型恢复基因的遗传机理、杂种优势的预测、雄性不育与叶绿 体的关系等,主要结果如下: 一、野败型恢复基因的分子标记研究 1、利用极大似然法和EM算法对野败型杂交籼稻恢复性的主基因进行了探 测。结果表明,恢复性由两对主基因控制,两对恢复基因间表现显性上位性互作, 两对基因的作用存在强弱之分,强恢复基因的加性效应是弱基因的2倍。 &8 2、选择汕优63 FZ代的高可育株和高不育株分别建立2个基因池,利用AFLP 标记技术对2池问的多态性进行了研究。多数引物在基因池间未呈现多态性, 只有引物组合 E-AGC/M(AA在基因池间表现多态性,用双亲、FI、FZ单株以 及生产和育种上的骨干不育系与恢复系验证均表明这组引物所揭示的多态性片 段与恢复基因有关(命名为 AP0oAPI为单拷贝,与恢复基因间的距离为 4,76 CM。 序列测定表明,该片段为 11 sbP。 3、利用 302组SSR引物对可育与不育基因池进行了多态性分析,结果表明 位于第1染色体上的RMI和位于第10染色体上的IUi258、IUi304在亲本、基 因池间表现多态性,用FZ单株验证证明它们与野败型恢复基因连锁,用完全不 育株分析表明与恢复基因间的遗传距离分别为l.9、2.9和0.OCM。 4、分子标记在育种上的重要应用之一便是辅助选择,利用与野败型恢复基 因连锁的AFLP标记API和SSR标记IUil、RM258、Ili304对保持系、常规品 种、两用系、恢复系等遗传资源以及杂交后代单株的的恢复性进行了辅助选择。 结果表明,AP和IIAI在遗传资源的恢复性鉴定上具有很好的效果,而RM258 和RM304由于与第10染色体上的恢复基因连锁,表现较为复杂,符合率不太高, 其原因可能与第10染色体恢复基因的复杂性有关。但IUi258和Ili304在杂交 后代植株的恢复性鉴定方面具有较好的效果。 二、产吕及莫构成困素邀传效应的分子标记预测 5、利用9条随机引物对42个中舢“三系”杂交稻骨干亲本(保持系和恢复 系)进行了DNA遗传差异分析。结果表明:恢复系、保持系遗传多样性小。恢 保间遗传一致性高达 0.87,遗传距离则为 0.1377。保持系己选育出较多的材料遗 传差异超过了珍汕97B,而恢复系选育仍未突破明恢63,杂交稻遗传差异未明 显大于汕优63。双亲遗传差异小是产量徘徊的重要原因,限制因素在于恢复系 的选育。 6、利用 57个 KAPD引物和 15个 AFLP引物分析了明恢 63与珍汕 97A之 间 1209个位点的杂合性。结果表明,57个 RAPD引物能扩增出 394条带,平均 每个引物扩增69条,多态性带1二9条,汕优63的杂合性为3二尸4%;15组AFLP 引物共扩增出815个位点,平均每组引物扩增54.33条,多态性带289条,汕优 63的杂合性为35.46O。1209个位点显示汕优63的杂合性为34.57O。 7、利用 AFLP、MPD、SSR技术分析了 10个恢复系和 5个不育系的 9引 个位点,利用15个亲本配制了SO个杂交组合,在沪州和重庆两个环境下同时种 植,考察了
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