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三个(半)矮秆水稻基因的遗传分析和基因定位

吴明月  
【摘要】:株高直接影响水稻生物产量和抗倒伏能力,是影响水稻产量的重要农艺性状之一。“绿色革命基因”sd1大幅度提高了水稻的产量。然而,单一矮秆基因的使用会造成遗传背景狭窄、杂种优势利用局限、缺少遗传多样性等问题。因此,挖掘和研究新的矮秆基因可以拓宽水稻矮秆育种的遗传基础并更加深入了解有关水稻株高的分子机制。矮杆基因sdq(t)和sde(t)为本课题组分别从地方品种黔农和特矮中分离获得的与sd1不等位的两个新半矮杆基因,而dn(t)为从浙江矮秆品种丛腊矮携带的新矮秆基因。本研究以携带有sdq(t)、sde(t)和丛腊矮的dn(t)基因的三个中选5号高秆突变体(ZX5T)的近等基因系为研究对象,开展了农艺性状考察、表型及遗传分析和基因定位等方面的研究,同时对sdq(t)和sde(t)进行了精细定位。主要结果如下:1.从双矮秆地方品种黔农中分离得到1份携带sdq(t)的半矮秆材料新黔矮,以高秆突变体ZX5T为轮回亲本,以新黔矮为供体亲本,育成了ZX5T的近等基因系ZX5T-sdq(以下简称sdq)。与ZX5T相比,sdq除了第一节间比例显著增加,其他节间均等比例缩短,表明sdq是“d6”类型的矮秆突变体。通过细胞学观察分析发现,sdq整个第二节间细胞数目极显著减少,纵切面细胞长度极显著缩短,推测sdq第二节间缩短是由细胞数目减少和细胞长度缩短共同决定的,其半矮秆性状是由于细胞分裂和伸长同时受到影响。外源激素处理实验表明sdq对赤霉素(GA3)较为敏感,对油菜素内酯(BR)不敏感。遗传分析发现sdq矮秆表型是由一对隐性基因控制的。进一步通过图位克隆方法将SDQ定位在第2号染色体上InDel标记Q14和I2567之间,其物理距离为99Kb。定位区间内共有12个预测基因。通过BSA测序和定位区域的亲本间测序表明,Os02g0479700基因上sdq存在拷贝数变异,另外在Os02g0480466和Os02g0480800的基因间序列上及Os02g0480800内含子上各存在一个单碱基突变。2.从双矮秆地方品种特矮中分离得到1份携带sde(t)的半矮秆多分蘖材料新特矮,以高秆突变体ZX5T为轮回亲本,以新特矮为供体亲本,育成了携带sde(t)的ZX5T近等基因系ZX5T-sde(以下简称sde)。与ZX5T相比,sde各节间均按比例缩短,表明sde是“dn”类型的矮秆突变体。通过细胞学观察分析发现,sde节间细胞数目极显著减少。外源激素处理实验表明sde对GA3和GR24不敏感。遗传分析发现sde半矮秆表型是由一对隐性基因控制的。基于sde/NJ6的358个F2隐性植株,将SDE基因定位于第6号染色体上的In Del标记DE2和d CAPS标记ME2之间,其物理距离为58Kb。定位区间内共有9个预测基因。通过BSA测序和定位区域的亲本间测序表明,在sde和ZX5T之间,只有Os06g0154200的第一个外显子2102bp处存在一个核苷酸替换(从C到T),导致第702位精氨酸(R)替换为色氨酸(W)。RT-PCR结果表明,该基因在sde茎和穗部的表达显著增加。此外,Os06g0154200已被报道为一种与独角金内酯相关的基因D3,其突变体表现为多分蘖和矮化,与sde相似。因此我们推测SDE是多分蘖矮秆基因D3的一个新的弱等位基因。3.以高秆突变体ZX5T为轮回亲本,以丛腊矮为供体亲本,育成了携带dn(t)的ZX5T近等基因系ZX5T-dn(以下简称dn),dn平均株高为44.74cm,外源激素处理实验表明dn对GA3敏感,遗传分析表明dn矮秆表型是由隐性基因控制的。通过基因初定位,初步将dn(t)基因定位在第3号染色体上。


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