利用水稻选择导入系对产量及其相关性状进行遗传剖析

论文摘要

水稻高产在相当长的一段时间是中国育种的首要目标。如何通过遗传改良进一步提高水稻产量潜力是水稻育种工作者面临的巨大挑战。本文针对水稻产量的遗传理论研究与育种实践脱节以及传统QTL分析在剖析大量QTL间复杂关系上的技术缺陷等问题,应用分子标记和多点表型试验鉴定对我国华南稻区高产优质水稻品种丰矮占1号背景下的2套选择导入系群体（FAZ/Khazar和FAZ/IR64）的产量表现进行了深入的遗传剖析,获得了以下几方面的研究结果,为逐步建立水稻高产育种的分子设计理论和方法奠定了重要的基础。一,本研究培育了一批高产、抗旱和广适的水稻新品系,实现了遗传理论研究与育种实践相结合。将导入系群体于2005年广州早季、晚季、晚季旱作和武汉中季4种环境中进行后代验证,选育在单一环境中或在不同环境中均能增产的优良株系,在群体FAZ/Khazar中分别有24、11、5和19个株系在4种环境中比轮回亲本显著超产,群体FAZ/IR64中分别有17、9、11和14个株系在4种环境中产量显著高于轮回亲本,而且有33个株系在多种环境中均比回亲本显著增产。二,应用随机群体和选择群体两种方法发掘产量相关QTL及其遗传网络,深入剖析了导入系基因型与环境的互作。重要包括以下几方面:1.在单一环境下在高代回交群体中对产量或其组分性状进行定向选择（无论是表型选择或基因型选择）都能有效地改变群体性状的平均数,但入选群体标准差和平均杂合度都没有明显改变,即群体内遗传变异度没有下降。而基因型与环境互作是保持群体内遗传变异的主要动力;2.基于该研究群体的随机性和非随机性,可用one-wayAVOVA和χ2-test两种方法在4个环境、2个群体中对产量及其相关性状进行定位,检测出了大量QTL。在群体FAZ/Khazar和FAZ/IR64中,分别有25和32,22和27,20和30,17和27,29和23以及23和24个QTL与籽粒产量、每株有效穗数、每穗实粒数、千粒重、株高和生育期相关,并且分别有18、14、14、11、14和12个QTL在2个群体中均能检测出。这些QTL在染色体上是成簇分布的,其中有19个染色体区段上各性状QTL重叠程度较高。3.利用具有极端产量表型的导入系供体片段的多位点分析,在2群体中检测到不同环境下控制水稻产量及其组分的复杂QTL网络。这些结果表明各QTL并不是孤立存在的,而是与其它QTL相互作用的,处于一种层次结构中,相互间有包含与被包含的关系,相互促进（正向关联）或相互抑制（负向关联）的关系,即处于复杂的网络关系中。构成遗传网络的许多区段用单向方差分析的方法可检测出与目标性状显著相关,进一步证实了这些遗传网络的可靠性,另外在构成网络的许多区段有许多区段是杂合体,这些杂合区段暗示着显性或超显性效应可能与高产表型和杂种优势有关并有待于验证。4.对这些遗传网络的深入分析揭示了水稻产量与环境互作的重要遗传基础。同一性状在不同环境中所检测出的遗传网络存在一定程度的异同,构成遗传网络的分支在不同环境下均能表达（与环境互作不明显）,有些仅在一种环境中表达（与环境存在强烈的互作）,这些遗传信息是选育水稻广适性和专化性高产品种的分子基础。对这些QTL及遗传网络的进一步研究将深化我们对水稻产量遗传基础的了解,以提高我国未来水稻高产育种的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 水稻高产育种概况
• 1.2 水稻高产潜力的遗传研究进展
• 1.2.1 作图群体的发展
• 1.2.2 QTL定位的统计原理和方法的研究进展
• 1.2.3 水稻产量及其组分QTL研究进展
• 1.2.4 目标性状QTL的精细定位与克隆
• 1.2.5 产量QTL的研究结果推动了对杂种优势机理的探索
• 1.3 水稻高产潜力的遗传研究中存在问题
• 1.3.1 QTL遗传理论研究与育种实践相脱节
• 1.3.2 在剖析大量QTL间复杂关系方面存在技术缺陷
• 1.4 选择导入系群体在QTL研究及育种中的优势
• 1.4.1 选择导入系群体的构建过程
• 1.4.2 利用选择导入系群体进行QTL定位的遗传学依据
• 1.4.2.1 表型选择响应
• 1.4.2.2 分子水平的遗传响应
• 1.4.2.3 与选择响应相关的QTL发掘方法
• 1.4.3 选择导入系群体在QTL研究及育种中的具体优点
• 1.5 产量及其组分性状的表型相关及遗传基础
• 1.6 水稻节水和抗旱育种
• 1.7 本研究的技术路线
• 1.8 本研究的意义和目的
• 第二章 高产选择导入系群体的构建及其产量结构
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 亲本品种
• 2.1.2 丰矮占1号高产选择导入系的构建
• 2.1.3 丰矮占1号导入系的表型鉴定试验
• 2.1.4 表型数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 高产选择导入系的选育
• 2.2.2 产量组分性状的相关分析
• 2.2.3 遗传力估计
• 2.2.4 日产量评价
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 高产节水稻的选育
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 田间试验
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水、旱处理下主要农艺性状表现
• 3.2.2 抗旱选择的效率及抗旱性与高产的兼容性
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 选择效率及选择对群体产量结构的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 田间试验
• 4.1.3 丰矮占1号导入系分子标记（SSR）基因型鉴定
• 4.1.4 杂合度（Heterozygosity）计算
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 株系内选择时产量对选择的响应
• 4.2.2 基因型选择时产量对选择的响应
• 4.2.3 不同环境中选择效率的比较及遗传多样性变化
• 4.2.4 选择成果
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 选择对群体遗传结构的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 丰矮占1号导入系分子标记（SSR）基因型鉴定
• 5.1.3 基于遗传搭车原理的卡方检验
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 株系内选择后群体遗传结构的变化（基因型频率的改变）
• 5.2.2 基因型选择后群体遗传结构的变化（基因型频率的改变）
• 5.2.2.1 群体FAZ/Khazar中基因型选择后群体遗传结构的变化
• 5.2.2.2 群体FAZ/IR64中基因型选择后群体遗传结构的变化
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 产量及其相关性状位点的发掘
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 实验材料
• 6.1.2 丰矮占1号导入系分子标记（SSR）基因型鉴
• 6.1.3 遗传连锁图谱的构建
• 6.1.4 导入系群体遗传结构的分析
• 6.1.5 基于遗传搭车原理的卡方检验
• 6.1.6 方差分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 以丰矮占1号为背景导入系的遗传结构
• 6.2.2 染色体微细结构变异（Markerswitching/jumping）
• 6.2.3 产量及其相关位点的发掘
• 6.2.3.1 卡方检测
• 6.2.3.2 方差分析
• 6.2.3.3 定位结果
• 6.2.4 产量与其组分的遗传重叠
• 6.2.5 遗传相关的影响因素
• 6.2.6 非目标性状――株高与抽穗期QTL的发掘
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 第七章 高产及产量组分性状遗传网络初探
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 实验材料
• 7.1.2 丰矮占1号导入系分子标记（SSR）基因型鉴定与连锁图谱的构建
• 7.1.3 多位点结构分析――关联（Association）
• 7.1.4 产量及其相关性状遗传网络的发掘
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 作用于产量的遗传网络
• 7.2.2 作用于每株有效穗数的遗传网络
• 7.2.3 作用于每穗实粒数的遗传网络
• 7.2.4 作用于千粒重的遗传网络
• 7.3 讨论
• 7.4 小结
• 第八章 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简历