利用回交导入系剖析水稻产量与品质QTL及其表达的遗传背景效应

【摘要】：随着人们生活水平的不断改善,对稻米品质的要求亦越来越高,如何在维持现有高产水平基础上不断改善稻米品质是水稻育种的主要目标之一。利用优质恢复系测258和和优质常规籼稻中广香1号为轮回亲本与从国际水稻研究所引进的锌含量高的粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC1F7回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、千粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)、碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)及微量元素铁、锌、镉、汞和铅的主效QTL,并剖析QTL检测的遗传背景效应与环境互作效应。得到以下主要结果: 1测258与IR75862双亲在穗实粒数、千粒重、粒长、粒宽、整精米率及铁、锌、镉微量元素浓度等性状上存在显著差异;中广香1号与IR75862则在穗实粒数、穗总粒数、千粒重、单穗重、精米率及铁、锌微量元素浓度上差异达显著水平。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。 2在南宁和三亚环境下,分别检测到影响测258/IR75862和中广香1号/ IR75862群体产量相关性状、粒型、碾磨品质和5种微量元素浓度的主效QTL 98个和90个,分布在所有12条染色体上。 3 2个群体在南宁和三亚两种环境检测到的9个整精米率QTL中,有7个QTL存在显著的环境互作效应。相似地,中广香1号/IR75862群体在两种环境没有检测到影响各微量元素浓度的相同QTL,仅测258/ IR75862群体检测到影响Zn浓度的2个相同的QTL,说明与产量和粒形性状相比,影响整精米率和微量元素浓度的QTL具有较强的环境互作效应。 4 IR75862供体基因导入测258品种背景的平均导入频率为5%,是导入中广香1号品种背景平均导入频率的2.5倍。同样,2个品种背景在同一环境定位到的所有性状的QTL中,不同遗传背景检测到影响同一性状的QTL数占所有性状QTL总数的5.3%。表明供体等位基因导入和QTL表达受遗传背景影响较大。同一QTL在不同遗传背景下的加性效应大小可能相似,也可能存在较大差异。 5许多影响粒数和粒重的QTL被定位在同一或相邻区间,基因效应方向相反。但鉴定出一些影响这两种性状的遗传独立位点,如位于第2染色体RM262~RM475、第5染色体RM509~RM430、第6染色体RM587~RM510和第9染色体RM566~RM242区间,只影响粒数而与粒重无关;相反,位于第7染色体RM478~RM134和第12染色体RM519~RM235区间,只影响粒重而与粒数无关。因此,针对这些独立于粒重的枝梗数和穗粒数位点或独立于枝梗数和穗粒数的粒重位点进行标记辅助选择,有可能在现有品种的穗粒数基础上进一步提高产量。 6 2个群体的影响糙米率、精米率和整精米率的多数QTL与枝梗数、粒数和粒重QTL定位在染色体的不同区域,表明碾磨品质与枝梗数、粒数和粒重是相互独立遗传的。通过影响这些性状QTL的重组有可能实现产量和碾磨品质的最佳配置。 7影响不同微量元素的许多QTL被定位在同一或相邻区间,基因效应方向大多相同,表明控制这些微量元素浓度的QTL表现为紧密连锁或一因多效作用。暗示在提高水稻铁﹑锌营养元素含量的同时,对人体有毒害的镉﹑汞和铅等重金属元素也有一定程度的增加。鉴定出影响籽粒铁锌浓度的主效QTL(qFe2、qZn2a和qZn6a),其与其它重金属元素的QTL独立,即利用这些位点提高水稻籽粒铁、锌浓度的同时不会引起重金属元素含量的增加,因而在水稻铁、锌生物强化育种中具有应用价值。