水稻低溫萌發(fā)性狀的基因定位研究.pdf

1、直播稻具有生產(chǎn)成本低、操作簡便的優(yōu)點，日益受到人們的重視。然而播種季節(jié)經(jīng)常遇到低溫等逆境的影響，造成種子發(fā)芽不整齊、缺苗斷壟等現(xiàn)象，因此，直播稻要求品種在低溫條件下具有很高的發(fā)芽力。本研究利用不同的遺傳背景群體對水稻耐低溫發(fā)芽性狀進行QTL分析，為培育耐低溫萌發(fā)的直播水稻品種分子標記輔助選擇育種提供理論基礎(chǔ)。同時運用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對水稻USSR5在低溫萌發(fā)時期蛋白質(zhì)的差異表達情況進行了研究，為闡述水稻低溫萌發(fā)涉及的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。主要

2、結(jié)果如下： 1．水稻耐低溫發(fā)芽率的QTL表達穩(wěn)定性分析 利用種植在不同環(huán)境(南京(2002)；海南(2002-2003)；南京(2003))下的Kinmaze/DV85重組自交系(RIL)群體，通過QTLmapping 2.0軟件，對水稻種子萌發(fā)第10天的低溫發(fā)芽率進行QTL分析，共檢測到11個QTL，其中qKTG-7和LTG-11在三個環(huán)境中穩(wěn)定表達，其最大貢獻率達到27.9％，增強低溫發(fā)芽的基因分別來自Kinmaze

3、和DV85。同時分析發(fā)現(xiàn)qLTG-7參與上位性互作，而三LTG-11未有參與。進一步與前人的研究比較發(fā)現(xiàn)，這LTG-11還可以在不同遺傳背景中穩(wěn)定表達。因此，與之連鎖的分子標記可以在耐低溫發(fā)芽水稻分子標記輔助選擇(MAS)育種實踐中加以應(yīng)用。進一步利用重組自交株系Ril60與Kinmaze回交，構(gòu)建次級F2群體(867個單株，2004年南京)用于三LTG-11的單基因分解。但利用Windows QTL cfirtographer 1.1

4、6軟件分析卻在相應(yīng)的染色體區(qū)段上檢測不到控制低溫發(fā)芽率的位點。因此，通過RIL群體構(gòu)建的次級群體并不能完成QTL的精細定位，仍需通過近等基因系(NIL)或染色體片斷置換系群體(CSSL)構(gòu)建次級回交或自交群體才能實現(xiàn)位點的精細定位及單基因的分離。 2．水稻不同儲藏條件下耐低溫發(fā)芽性狀QTL分析 利用在低溫(4℃)和室溫條件下貯藏半年的98個株系組成的Nipponbare(japonica)/Kasalath(indica

5、)回交重組自交系(BIL)群體，通過Windows QTL Cartographer 1.16軟件，對控制水稻種子低溫發(fā)芽力的QTL進行檢測。共檢測到5個QTL，其中牡qLTG-5和qLTG-9在低溫萌發(fā)的7d、9d、10d穩(wěn)定表達，而qLTG-9在兩種貯藏條件下均有被檢測到表達，表明此位點可能與種子的耐貯性有關(guān)。與前人的研究比較發(fā)現(xiàn)，qLTG-9與控制種子壽命的位于第9染色體上的主效位點位于相同的區(qū)域。因此，與之連鎖的標記可為培育種子

6、活力持久的直播水稻品種的標記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。 3．水稻低溫發(fā)芽力QTL在萌發(fā)過程中表達穩(wěn)定性分析 利用Asominori/IT24衍生的重組自交系(RIL)和染色體片段置換系(CSSL)群體對不同萌發(fā)階段的低溫發(fā)芽發(fā)芽率以及最終發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間(低溫發(fā)芽力)進行觀察和QTL分析。結(jié)果表明水稻種子的低溫發(fā)芽力是由多個微效基因共同控制的。其中位于第11染色體上控制低溫發(fā)芽率的位點qLTG-11在種子萌發(fā)過程中持續(xù)穩(wěn)定

7、表達，且與控制種子發(fā)芽指數(shù)的qIG-11位于相同的染色體區(qū)域；qLTG-2在種子萌發(fā)的前期(6d、8d、9d)穩(wěn)定表達，且與qGI-2以及控制種子平均發(fā)芽時間的位點qMILT-2均位于相同區(qū)域；qLTG-10只在低溫萌發(fā)的后期(8d-10d、14d)穩(wěn)定表達，且與qGI-10位于相同區(qū)域。進一步利用兩套CSSL群體，驗證了qLTG-2與qLTG-11可穩(wěn)定表達，且qLTG-11增強低溫發(fā)芽率的效應(yīng)相對于qLTG-2較高。該研究結(jié)果為耐低

8、溫發(fā)芽水稻品種的分子標記輔助選擇育種提供了重要信息。 4．水稻種子耐低溫萌發(fā)與耐其他非生物脅迫萌發(fā)的相關(guān)性分析 利用Asominori/IR24衍生的重組自交系(RIL)群體對種子在低溫、干旱、鹽漬、銅離子的毒害脅迫條件下發(fā)芽率和種子的休眠性進行相關(guān)性分析。表型相關(guān)性分析結(jié)果表明水稻耐低溫萌發(fā)與耐干旱、鹽漬萌發(fā)存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與耐重金屬毒害萌發(fā)存在顯著的負相關(guān)關(guān)系。同時進行QTL檢測，結(jié)果表明種子萌發(fā)階段耐不同

9、非生物脅迫抗性是由多個微效基因共同控制。共檢測到24個QTL，其中在第7染色體上標記區(qū)間(R2394-R1789)和第10染色體上標記(C797-C405)檢測到控制耐低溫、干旱和鹽漬萌發(fā)的QTL，且增強抗性的等位基因均來源于親本IR4。而在第2染色體標記區(qū)間(XNpb250-C370)檢測到控制耐低溫和耐重金屬毒害抗性的QTL，在第11染色體標記區(qū)間(R1466-C104B)檢測到控制耐低溫萌發(fā)和種子休眠性的QTL，這些QTL的染色體

10、位置的趨向性與表型相關(guān)性的一致性，進一步驗證了這些性狀間存在顯著的相關(guān)性。因此，以上區(qū)間可作為分子輔助選擇培育耐多重非生物脅迫的直播稻的潛在的遺傳靶定目標。 5．水稻品種USSR5低溫萌發(fā)過程中差異蛋白質(zhì)研究 運用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對水稻USSR5種子在低溫萌發(fā)0d、ld、2d、3d 4個時期蛋白質(zhì)的差異表達情況進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過分步提取種子蛋白的方法，可以獲得相對于其他研究更多的蛋白點和較好的蛋白圖譜，而對胚和胚乳

11、組織單獨分析有利于獲得在各個組織中特異表達的蛋白質(zhì)。PDQuest圖像分析軟件分別識別各個時期胚中表達的點在1900個點以上，而胚乳也在1300個以上。其中胚中表達量變化2.5倍以上的總蛋白質(zhì)點有177個，胚乳中表達的有144個。這些差異蛋白絕大多數(shù)為低豐度蛋白，而高豐度蛋白在水稻種子低溫萌發(fā)過程中變化并不顯著。并推測差異蛋白的功能并分為以下幾類：參與種子萌發(fā)的吸脹過程的蛋白；參與種子發(fā)育過程殘留蛋白；參與低溫脅迫響應(yīng)過程的蛋白；參與基