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水稻每穗颖花数的遗传基础剖析及其主效QTLs精细定位

2020-12-07阅读(111)

水稻每穗颖花数的遗传基础剖析及其主效QTLs精细定位

论文摘要

每穗颖花数是水稻产量性状的重要构成因子,因此,研究该性状具有重要理论和实际意义。然而,该性状是复杂的数量性状,同时受到多个微效和主效的QTL调控。利用分子标记连锁图和统计分析方法,可以实现QTL的定位。进一步的研究表明,水稻每穗颖花数同时受到QTL,上位性和环境的共同影响。通过构建目标区段QTL的近等基因系,可以消除遗传背景的干扰,使数量性状呈现质量性状的分离,从而实现QTL的精细定位和克隆。本研究利用两个重组自交系群体珍汕97/特青和明恢63/特青构建两张遗传图谱,分别收集两群体的两年度重复的表型数据,对包括每穗颖花数和每穗实粒数在内的一共9个农艺性状进行QTL定位,对两群体的6个每穗颖花数QTL和2个每穗实粒数构建近等基因系,进而近等基因系背景下重新分析了4个QTL的遗传效应,精细定位了3个QTL,利用图位克隆策略,分离确定了SPP7b的候选基因。具体结果如下:1、利用176个SSR标记构建珍汕97/特青的遗传图谱,总长1432.1 cM,标记间的平均距离为8.1 cM;利用133个标记构建了明恢63/特青群体,遗传连锁图总长1371.4 cM,标记间的平均距离为10.3 cM。两群体共有的标记为50对,标记的相对位置基本相同,且与已发表的图谱有较好的一致性。2、对两个群体分别收集了两个年度的表型数据,考察了包括每穗颖花数和每穗实粒数等的一共9个性状,并进行了QTL分析。珍汕97/特青群体在2004和2006年各检测到26个QTL,其中13个QTL两年共同检测到。而明恢63/特青群体分别在2005和2006年共检测到24和28个QTL,其中13个QTL两年都检测到。3、利用每穗实粒数和抽穗期数据,对两重组自交系群体的的每穗实粒数性状进行条件QTL分析。结果显示,在珍汕97/特青群体的8个QTL中的5个受到抽穗期的影响,而剩下的3个QTL以及所有明恢63/特青群体的5个QTL都不受抽穗期的影响。进而将每穗实粒数QTL分为两类,第一类仅控制每穗实粒数性状（typeⅠ）,第二类则通过延长抽穗期来提高每穗实粒数（typeⅡ）。4、对6个每穗颖花数QTL,2个每穗实粒数QTL构建近等基因系。分别得到了BC4F2的分离群体种子。5、对SPP3b在近等基因系背景下重新估计了其遗传效应,在F2和F3代中分别检测到一个LOD值是12.8和8.8的QTL,加性效应分别是11.89和7.85,分别解释表型变异的29.1%和20.2%。同时也在该群体中检测到一个千粒重的QTL,F2和F3代的LOD值分别是26.2和17.0,加性效应分别是-1.81和-0.89,各自解释表型变异的50.4%和34.5%。通过后代测验发现这两个性状共分离,两基因被当作基因标记准确的定位在染色体相同的位置,与标记RM15855和W3D16分别相距1.6 cM和1.0 cM。很有可能是一个多效性QTL同时控制每穗颖花数和千粒重。6、利用SPPl近等基因系分析该QTL的遗传效应,在F2和F3代中分别检测到一个LOD值是23.95和35.52的QTL,加性效应分别是22.05和10.81,分别解释表型变异的51.1%和63.4%。利用2200株的分离群体,进一步将QTL精细定位在一个107 kb的区域,生物信息学预测该区间一共有17个基因。7、利用SPP6的NILs分析QTL的效应,发现三个性状,抽穗期,株高,每穗颖花数都存在分离。在F2代中,株高,每穗颖花数性状的QTL LOD值分别是72.58,29.96,加性效应分别是7.72,22.14,解释表型变异的81.2%,50.9%。通过后代测验发现抽穗期,株高,每穗颖花数3个性状共分离,进一步把这个基因作为一个基因标记定位在染色体相同的座位,与RM19746和RM19795的距离分别是3.1和3.4 cM。SPP6很有可能是一个多效性QTL同时控制这3个性状。利用3300株的NILs的分离大群体,进一步将该QTL定位在一个约1Mb的区域。生物信息学预测1Mb的区域包含一个已克隆的抽穗期基因Hdl,然而Hdl与SPP6的显隐性关系恰好相反,因此可以确定SPP6并不是Hdl基因。8、利用SPP7b的NILs重新分析了QTL的遗传效应,发现在该群体中,株高,抽穗期和每穗颖花数都存在分离。在F2和F3代分别检测到LOD值为19.22和29.68的主效QTL,加性效应分别为18.86和17.04,解释表型变异的45.3%和50.6%的每穗颖花数的QTL。就株高,在两代中分别检测到QTL的LOD值分别为24.73和24.37,加性效应3.13和3.22,各自解释表型变异的50.2%和45.0%。抽穗期的LOD值分别为59.33和30.83,加性效应3.91和3.52,各自解释表型变异的76.9%和51.5%。利用8018株的大分离群体,发现三个性状共分离,进一步将其定位在19 kb的区域。生物信息学预测里面包含两个完整的基因和一个部分的基因。比较测序确定其中的LocOs07g48989是SPP7b的候选基因。RT-PCR结果显示,该候选基因确实存在转录本,因此进一步确证了该基因的真实存在。通过筛选特青的BAC文库,得到一个包含目的基因的BAC克隆12D18。酶切该BAC克隆将带目的基因的约6.9 kb片段分离克隆到载体pCAMBIA 1301上。

论文目录

  • 缩略词表
  • 摘要
  • Abstract
  • 1 文献综述
  • 1.1 水稻数量性状的遗传和分子剖析
  • 1.1.1 QTL初级定位
  • 1.1.1.1 初级群体
  • 1.1.1.2 分子标记
  • 1.1.1.3 统计方法
  • 1.1.2 非QTL因素对数量性状的影响
  • 1.1.3 动态QTL定位
  • 1.1.4 QTL的精细定位
  • 1.1.5 利用LD定位QTL
  • 1.1.6 QTL的基因克隆
  • 1.2 水稻每穗颖花数性状研究进展
  • 1.3 本研究的内容
  • 2 材料和方法
  • 2.1 重组自交系群体材料和田间表型数据的收集
  • 2.1.1 群体材料
  • 2.1.2 田间种植
  • 2.1.3 性状考察
  • 2.2 近等基因系的构建
  • 2.2.1 连续回交策略
  • 2.2.2 重组自交系标记杂合系策略
  • 2.3 重组自交系群体基因型分析、遗传图谱构建和QTL定位
  • 2.3.1 DNA提取
  • 2.3.2 标记来源
  • 2.3.3 SSR分析
  • 2.3.4 遗传图谱的构建
  • 2.3.5 QTL定位和效应分析
  • 2.3.6 条件QTL定位
  • 2.4 近等基因系背景下QTL遗传效应分析和精细定位
  • 2群体的种植'>2.4.1 F2群体的种植
  • 3后代测验'>2.4.2 F3后代测验
  • 2.4.3 用于QTL精细定位的分子标记的开发
  • 2.4.4 近等基因系背景下QTL效应的分析
  • 2.4.5 QTL精细定位的方法
  • 2.5 SPP7b的分离克隆
  • 2.5.1 比较测序
  • 2.5.2 候选基因的分离克隆
  • 2.5.2.1 BAC克隆的筛选
  • 2.5.2.2 生物信息学预测可能的候选基因
  • 2.5.2.3 载体的构建
  • 2.5.2.4 遗传转化方法
  • 2.5.2.5 RT-PCR检测基因的表达
  • 2.6 统计分析
  • 3 结果与分析
  • 3.1 两RILs的QTL分析
  • 3.1.1 分子标记与遗传连锁图谱
  • 3.1.1.1 群体基因型组成
  • 3.1.1.2 遗传图谱
  • 3.1.2 两群体中重要农艺性状表型分析
  • 3.1.2.1 两RILs的性状表现
  • 3.1.2.2 年度间性状变异分析
  • 3.1.2.3 性状间的相关分析
  • 3.1.3 两RILs的QTL分析
  • 3.1.3.1 珍汕97/特青群体的QTL分析
  • 3.1.3.2 明恢63/特青群体的QTL分析
  • 3.1.3.3 两RILs群体的每穗实粒数性状的条件QTL分析
  • 3.2 QTL近等基因系的构建
  • 3.3 近等基因系背景下分析SPP3b的遗传效应
  • 3.3.1 NILs遗传背景分析
  • 3F2遗传分析群体田间表型分析'>3.3.2 BC3F2遗传分析群体田间表型分析
  • 3.3.3 性状间的相关性
  • 3.3.4 QTL分析
  • 3.4 SPP1的精细定位
  • 3.4.1 NILs遗传背景分析
  • 3.4.2 NILs遗传分析群体田间表型分析
  • 3.4.3 QTL分析
  • 3.4.4 区别SPP1与Gn1a
  • 3.4.5 精细定位SPP1
  • 3.4.6 107-kb区域预测的基因
  • 3.5 NILs背景下对SPP6遗传分析和精细定位
  • 3.5.1 近等基因系遗传背景分析
  • 4F2田间表型分析'>3.5.2 BC4F2田间表型分析
  • 3.5.3 各性状间的相关性
  • 4F2和BC4F3群体中QTL分析'>3.5.4 BC4F2和BC4F3群体中QTL分析
  • 3.5.5 精细定位SPP6
  • 3.6 图位克隆策略分离SPP7b候选基因
  • 3.6.1 NILs的构建和遗传背景分析
  • 3.6.2 NILs分离群体田间表型分析
  • 3.6.3 QTL分析
  • 3.6.4 近等基因系的光周期反应
  • 3.6.5 幼穗分化时间和每穗颖花数的关系
  • 3.6.6 精细定位SPP7b
  • 3.6.7 候选基因的预测
  • 3.6.8 比较测序
  • 3.6.9 特青文库膜的制作及目的BAC克隆的筛选
  • 3.6.10 特青中SPP7b候选基因的分离克隆
  • 3.6.11 候选基因转录本的扩增
  • 4 讨论
  • 4.1 构建近等基因系策略
  • 4.2 近等基因系在分解同一性状QTL簇中的作用
  • 4.3 SPP1可能的候选基因推测
  • 4.4 QTL的多效性
  • 4.4.1 多效性QTL同时控制千粒重和每穗颖花数
  • 4.4.2 多效性QTL同时控制抽穗期和每穗颖花数
  • 4.4.3 合理的策略分离克隆多效性QTL
  • 4.5 本研究在水稻育种中的意义
  • 4.5.1 珍汕97/特青,明恢63/特青和珍汕97/明恢63群体中QTL定位比较
  • 4.5.2 认识QTL的多效性对水稻育种的指导意义
  • 4.5.3 SPP1,SPP3b,SPP6和SPP7b在育种中的意义
  • 参考文献
  • 附录:作者简历及博士在读期间的论文发表和论文的投稿情况
  • 致谢

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