水稻品種N22強休眠性的QTL定位及遺傳解析.pdf

1、水稻種子休眠性是一個重要的農藝性狀，與穩(wěn)發(fā)芽抗性密切相關，關系到稻米的產量和品質。在水稻常規(guī)育種中，近年來培育的高產品種一旦在收獲季節(jié)遇到高溫多雨的天氣就很容易發(fā)生穗發(fā)芽。休眠性強的品種可以抵抗穗發(fā)芽，但會導致田間出苗率低，出苗參差不齊，不利于水稻直播栽培方式的推廣。因此，培育具有適度休眠性的優(yōu)良水稻品種顯得尤為重要。N22是強休眠的栽培品種，前人研究表明N22的強休眠性由1-2個主基因控制。本研究通過兩種不同的方法對N22種子的強休眠

2、性進行遺傳研究。一是以無休眠的粳稻品種南粳35為輪回親本，N22為供體分別構建了兩個主效QTL，qSdn-1和qSdn-5的高代回交群體和近等基因系(NIL)，利用高代回交群體分別對qSdn-1和qSdn-5進行了精細定位;二是對強休眠品種N22進行誘變處理，篩選與休眠相關的突變體，對篩選到的突變體進行遺傳分析。兩種方法相互結合，為揭示N22種子強休眠性的遺傳機理奠定良好的基礎。
　　 1.以無休眠粳稻品種南粳35為輪回親本，強

3、休眠的秈稻品種N22為供體，通過不斷的回交和標記輔助選擇分別構建了qSdn-1和qSdn-5的高代回交群體及近等基因系。
　　 2008年正季利用482株BC4F2（qSdn-1）和367株BC4F2（qSdn-5）分別對qSdn-1和qSdn-5進行了定位驗證，將qSdn-1定位在SSR標記RM11669和RM1216之間，與標記RM11694共分離，qSdn-1可解釋休眠表型變異的24.58％;將qSdn-5定位在標記RM4

4、80和RM3664之間，可解釋休眠表型變異的17.58％。qSdn-1和qSdn-5的定位區(qū)間與之前定位的位置一致。并利用同時含有qSdn-1和qSdn-5位點的449株BC4F2（qSdn-1/qSdn-5）高代回交群體對兩個位點間的互作進行了分析，結果表明qSdn-1和qSdn-5間不存在上位性，基因在休眠表型上的效應是可以累加的。為了進一步驗證qSdn-1和qSdn-5對種子休眠的作用，我們還構建了含有qSdn-1或qSdn-5單

5、個QTL，或含有qSdn-1和qSdn-5兩個QTL位點及在這兩個位點上都不舍有N22片段的BC3F5高代群體。對這些高代回交家系的發(fā)芽情況進行統(tǒng)計，BC3F5(qSdn-1)、BC3F5(qSdn-5)、BC3F5（qSdn-1/qSdn-5）和BC3F5(CK)的平均發(fā)芽率分別為7.9％、11.1％、6.1％和86.3％，這一結果進一步證明了qSdn-1和qSdn-5對N22種子的強休眠性起重要作用，是兩個主效休眠位點，同時含有qS

6、dn-1和qSdn-5兩個位點的高代回交群體發(fā)芽率更低，這也證實了它們的作用是可以累加的。經7天50℃的干熱處理，qSdn-1和qSdn-5控制的種子休眠便能徹底打破。
　　 2009和2010年正季利用遺傳背景更加純合的BC5F2和BC5F3高代回交群體對qSdn-1和qSdn-5分別進行了精細定位。2009年利用SSR標記RM128和RM11781從7300株BC5F2（qSdn-1）群體中篩選到95株極端表型的重組個體，對

7、這些重組單株于2010年對表型進行后代(BC5F3)驗證，通過進一步的加密標記將qSdn-1定位在標記L24和L34之間約655kb的范圍內，與標記L27共分離;同樣利用標記RM7452和RM3664從5888株BC5F2（qSdn-5中篩選到111株重組個體，經交換單株驗證后將qSdn-5定位在122kb的范圍內，與Indel標記I5-6共分離。qSdn-1和qSdn-5的精細定位一方面為進一步的圖位克隆工作奠定了良好的基礎，另一方面

8、與休眠位點緊密連鎖的標記可被用于分子標記輔助選擇育種，培育具有適度休眠性的水稻優(yōu)良品種對抗穗發(fā)芽。
　　 在精細定位的同時我們通過不斷的回交及標記輔助選擇構建了一套休眠QTL的NILs，即NIL（qSdn-1），NIL（qSdn-5）和NIL(CK)。2010年正季NIL（qSdn-1）、NIL（qSdn-5）和NIL(CK)的發(fā)芽率分別為23％、35％和98％，而NILs其它農藝性狀與背景親本南粳35沒有差異，這也進一步驗證了

9、qSdn-1和qSdn-5對N22種子體眠性的作用。
　　 種子休眠通常與植物激素有密切的關系，通過外源激素及逆境處理實驗表明NIL（qSdn-1）與NIL（qSdn-5）對ABA、GA和NaCl的敏感性存在差異，NIL（qSdn-5）對ABA、GA和NaCl表現(xiàn)的更加敏感，IAA處理實驗NIL（qSdn-1）和NIL（qSdn-5）沒有明顯的差異，隨IAA濃度的升高發(fā)芽率都有所上升。對外源激素及逆境處理響應的差異表明qSdn-

10、1和qSdn-5潛在的基因調控種子休眠的機制有所不同。
　　 2.利用400Gy60Co輻照N22種子，通過對突變表型的篩選獲得兩個弱休眠的突變體，暫時命名為Q4359和Q4646。Q4359和Q4646抽穗后35天收獲的種子平均發(fā)芽率為43％和45％，較野生型N22發(fā)芽率高，而且在室溫存放過程中突變體種子的休眠性較N22更容易破除，在種子萌發(fā)過程中突變體對ABA和NaCl的敏感性降低，且Q4359較Q4646對ABA和NaCl

11、更加不敏感;N22種子發(fā)芽率隨外源GA濃度的增加有所上升，而突變體Q4359和Q4646都表現(xiàn)出對GA不敏感;在對IAA的敏感性上突變體與N22沒太大差異，發(fā)芽率都有所上升。
　　 突變體間的正反交實驗表明Q4359和Q4646突變位點不等位，遺傳分析實驗表明兩個突變性狀都是由隱性單基因控制。之前的研究表明N22種子休眠性由1-2個主基因控制，通過定位分析檢測到兩個主效位點（qSdn-1和qSdn-5，是否是N22中的這兩個主效

12、基因發(fā)生突變導致種子休眠性減弱？于是我們利用Q4359和Q4646與無休眠的水稻品種南粳35構建分離群體對突變體中的休眠位點進行定位分析。在Q4359/南粳35 F2群體中共檢測到3個控制種子休眠的QTL，其中第3染色體上檢測的位點增強休眠性的等位基因來自南粳35;第5染色體檢測的位置與前面定位的結果一致，為qSdn-5;另外還檢測到一個控制種子休眠的新位點qSdn-9，LOD值5.5，可解釋11.5％的表型變異。在Q4646/南粳35