水稻抗旱QTL定位及不同抗逆性的遺傳重疊與細(xì)胞學(xué)機制研究.pdf

1、干旱是水稻生產(chǎn)的主要限制性因素之一，高效發(fā)掘和利用種質(zhì)資源中的抗旱QTL是改良水稻品種抗旱性最為簡便有效的途徑。作為一種全新分子育種策略，通過大規(guī)?；亟粚?dǎo)入結(jié)合目標(biāo)性狀篩選和分子標(biāo)記鑒定，高效發(fā)掘QTL，并利用攜帶不同來源有利抗旱QTL的優(yōu)良導(dǎo)入系進(jìn)行聚合雜交，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，培育抗旱水稻新品種。通過比較不同逆境下QTL表達(dá)差異，為培育能適應(yīng)多種逆境的新品種提供有益信息。 本研究以經(jīng)過第一輪聚合的IR64背景的8個抗旱品系

2、為親本，配置14個組合，2006旱季對其F2隨機群體進(jìn)行嚴(yán)格的抗旱鑒定，其中4個組合DK47/DK109、DK47/DK148、DK47/DK158和DK47/DK356的田間抗旱性表現(xiàn)較好。對從這4個組合中篩選出的抗旱單株進(jìn)行抗旱性和產(chǎn)量重復(fù)鑒定和分子標(biāo)記基因型分析，進(jìn)行抗旱QTL定位。以DK124/DK476和DK124/DK567群體為研究對象，比較不同干旱脅迫程度(中度、高度)下抗旱QTL的表達(dá)差異。進(jìn)一步對旱、鹽和澇逆境脅迫下

3、不同抗逆性的遺傳重疊以及滲透脅迫(模擬干旱)與鹽脅迫下細(xì)胞程序化死亡現(xiàn)象進(jìn)行了探討，獲得了以下主要結(jié)果： 1.在干旱和灌溉條件下分別對4個抗旱聚合系進(jìn)行了抗旱性綜合評價。結(jié)果表明，在干旱條件下，聚合群體的抗旱性明顯好于其聚合親本和輪回親本IR64，表明不同供體來源的抗旱QTL聚合能提高水稻的抗旱水平。在灌溉條件下，聚合群體的綜合表現(xiàn)與聚合親本之一DK47相似，但明顯好于另一親本和輪同親本IR64。不同組合在干旱條下的產(chǎn)量構(gòu)成因素

4、不盡相同，對于DK47/DK109和DK47/DK356，單株有效穗數(shù)與單株產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)最密切；對于DK47/DK148和DK47/DK158，每穗實粒數(shù)與單株產(chǎn)量最為密切。在灌溉條件下，4個群體均是單株有效穗數(shù)與單株產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)最密切。 2.以隨機群體做對照(P<0.05)，對4個抗旱聚合群體DK47/DK109、DK47/DK148、DK47/DK158和DK47/DK356篩選到的抗旱株系以及在正常灌溉條件下選擇的高產(chǎn)株系(不

5、包括DK47/DK158)進(jìn)行各標(biāo)記位點基因頻率的卡方測驗，在4個群體中共檢測到27個位點對于旱選擇起響應(yīng)(P<0.05)，占總標(biāo)記數(shù)(157)的17％。在DK47/DK109、DK47/DK148和DK47/DK356這3個群體中共檢測到6個位點對產(chǎn)量選擇起響應(yīng)(P<0.05)，占總標(biāo)記數(shù)(119)的5％。僅有3個位點對干旱選擇和產(chǎn)量選擇均起響應(yīng)，占總標(biāo)記數(shù)(119)的2.5％，說明兩種類型的極端選擇可能存在一定的負(fù)向相關(guān)。通過標(biāo)記與

6、表型的單向方差分析進(jìn)行QTL定位，在4個群體的正常灌溉、干旱以及干旱與灌溉差值3種條件下檢測到影響每穗實粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、千粒重、單株產(chǎn)量、單株有效穗數(shù)和結(jié)實率的QTL總數(shù)分別為22、19、18和33個(P<0.01)，幾乎所有位點的基因作用方式都是超顯性或部分顯性，說明雜種優(yōu)勢明顯，而且很多控制不同性狀的QTL被定位在相同的染色體區(qū)域，其中位于第1染色體上的RM473A和RM212、第4染色體上的RM335、第8染色體上的RM25等位

7、點屬于較重要的抗旱位點。 3.對DK124/DK476(Cross7)和DK124/DK567(Cross9)群體經(jīng)高強度和中等強度干旱脅迫篩選的抗旱株系采用卡方測驗進(jìn)行QTL定位，以隨機群體做對照(P<0.05)，對中等強度干旱選擇起響應(yīng)的位點38個，占總標(biāo)記數(shù)(120)的32％；對高強度干旱選擇起響應(yīng)的位點19個，占總標(biāo)記數(shù)的16％；對兩種干旱環(huán)境選擇均起響應(yīng)的位點6個，占總標(biāo)記數(shù)的5％，其中的3個標(biāo)記在兩種干旱選擇群體中的

8、偏離方向相反，說明QTL表達(dá)在兩種干旱環(huán)境下存在較大不同，受環(huán)境影響很大。 4.采用卡方測驗對干旱、鹽和淹水脅迫的選擇群體進(jìn)行不同抗逆性遺傳重疊研究。以隨機群體做對照(P<0.05)，在4個群體中(DK47/DK109、DK47/DK148、DK47/DK158和DK47/DK356)，共檢測到對耐鹽選擇起響應(yīng)的位點46個，占總標(biāo)記數(shù)(157)的24％；對干旱選擇起響應(yīng)的位點27個，占總標(biāo)記數(shù)的17％；對干旱和耐鹽選擇均起響應(yīng)的

9、位點9個，占總標(biāo)記數(shù)的5.7％，其中的4個在干旱和耐鹽選擇群體中的偏離方向相反，說明水稻抗旱與耐鹽既存在一些共性也存在較大不同。以隨機群體為對照(P<0.05)，通過卡方測驗在DK65/DK109和DK65/DK356中共檢測到對干旱和耐淹選擇起響應(yīng)的位點各13個，分別占總標(biāo)記數(shù)(81)的16％;對于旱和耐淹選擇均起響應(yīng)的位點7個，占總標(biāo)記數(shù)的8.6％，其中的4個在干旱和耐淹選擇群體中的偏離方向相反。另外，在3種類型選擇群體中都偏分離的

10、位點共有23個，占總標(biāo)記數(shù)的28％，其中的5個在干旱和耐淹選擇群體中的偏離方向相反，推測水稻抗旱與耐淹在本質(zhì)上可能存在不同，兩種選擇間可能存在一定的負(fù)向相關(guān)。 5.在極端產(chǎn)量選擇在第二輪抗旱聚合群體中的定位效率的研究中發(fā)現(xiàn)，除DK47/DK356外，其余的3個群體(DK47/DK109、DK47/DK148和DK47/DK158)均不適合用極端產(chǎn)量選擇的方法定位QTL。極端選擇定位可能更適合于鹽、澇等脅迫程度控制準(zhǔn)確的選擇群體。