江淮流域杂草稻遗传多样性的研究

论文摘要

水稻（亚洲栽培稻，OryzasativaL）是世界上重要的粮食作物之一，为世界上近70﹪的人口提供粮食。但是，现在水稻的生产受到了愈发严重的杂草危害。杂草稻（Weedyrice，O．sativaL.f.spontanea）与水稻同属于一个生物物种，对水稻的危害极大。杂草稻广泛分布在世界各地的稻田中，是一种能够降低水稻的质量和产量的恶性杂草。因其果皮常为红色，所以杂草稻也被称为红米稻（redrice）。由于杂草稻与栽培稻的近亲缘关系，杂草稻比稻田中的其他杂草更难防除，但同时杂草稻也是栽培稻的天然基因库，可以为栽培稻的遗传育种提供丰富的基因资源。由于耕种方式的改变，稻田管理方式的转变为杂草稻的生长及扩散提供了有力的条件。因此，杂草稻对水稻的生产造成了非常严重的影响，在中国江淮流域频繁发现杂草稻。治理杂草稻刻不容缓。有效的治理杂草稻须以充分掌握杂草稻的生物学特性和遗传背景为前提。本研究收集了江淮流域各地的杂草稻，以扬中红色果皮杂草稻W16、粳型广亲和品种02428（S5n）及以它们为亲本的衍生世代F1、F2和F3为材料，研究了杂草稻红色果皮性状的遗传特征；根据已克隆的普通野生稻（O.rufipogen）红色果皮Rc与白色果皮rc等位基因第6外显子的差异，设计了InDel标记RID14，利用RID14标记对F2群体、江淮流域所收集到的24份红色果皮杂草稻、3份普通野生稻以及423份品种资源进行了标记基因型分析；选取5份江淮流域杂草稻的RID14标记PCR产物进行测序分析。结果表明：以白色果皮02428为母本的杂交种F1的颜色为白色，而以红色果皮杂草稻W16为母本，杂交种F1的果皮颜色为红色；正反交杂种F1所结F2种子都是红色，F2植株所结F3种子果皮颜色发生分离，符合3∶1分离比例；在F2群体中，RID14标记与果皮颜色共分离，在450份材料中，红色果皮为均为非缺失带型，而白色果皮和紫色果皮为缺失带型；5份江淮流域杂草稻的RID14标记PCR产物序列与已登录的普通野生稻序列完全一致。研究结果表明，扬中杂草稻红色果皮为单基因控制的显性性状，并由母体基因型决定，是典型的延迟遗传，由Rc基因控制；在白色果皮材料资源中都存在14bp缺失的等位基因rc，RID14标记可以作为准确鉴定红色果皮杂草稻的分子标记。利用显性标记ST10对96份江苏省部分地区杂草稻抗条纹叶枯病基因进行检测的同时对供试材料进行了田间抗性调查。研究结果表明，在96份杂草稻材料中，有5份材料能够扩增出727bp的ST10特异条带，91份材料没有获得PCR产物，说明其中5份材料可能携带Stv-bi基因，而其它91份材料不携带该基因。根据田间调查结果显示96份杂草稻均抗条纹叶枯病，推测91份不携带Stv-bi基因的杂草稻材料中含有其它抗病基因。本研究结果为开发杂草稻抗病基因提供参考。利用功能标记Pita对96份江苏省部分地区杂草稻抗稻瘟病基因进行检测的同时对供试材料进行了田间抗性调查。研究结果表明，在96份杂草稻材料中，有2份材料可能携带Pita基因，而其它94份材料不携带该基因。根据田间调查结果显示96份杂草稻均抗稻瘟病，推测94份不携带Pita基因的杂草稻材料中含有其它抗病基因。本研究结果为开发杂草稻抗病基因提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表清单
• 1 前言
• 1.1 杂草稻的定义及概念
• 1.2 杂草稻的基本生物学特性
• 1.2.1 杂草稻的表型变异
• 1.2.2 杂草稻的开花习性和繁殖方式
• 1.2.3 杂草稻种子的落粒性及休眠性
• 1.2.4 杂草稻种子萌发和出苗习性
• 1.3 杂草稻的分布
• 1.4 杂草稻形成起源途径
• 1.4.1 野生稻入侵并适应稻田生境形成杂草稻
• 1.4.2 栽培稻不同类型或品种间经杂交和遗传重组
• 1.4.3 野生稻与栽培稻杂交后代经长期适应稻田
• 1.4.4 栽培稻回复突变
• 1.5 杂草稻遗传多样性
• 1.5.1 杂草稻遗传多样性的研究意义
• 1.5.2 研究杂草稻遗传多样性的方法
• 1.6 杂草稻的利用价值及危害性
• 1.6.1 杂草稻的利用价值
• 1.6.2 杂草稻对水稻生产的影响
• 1.6.3 不同栽培方式下杂草稻对水稻的危害
• 1.6.4 杂草稻的控制
• 1.7 本研究的内容和意义
• 2 杂草稻红色果皮基因的遗传分析及功能标记的开发
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 研究材料
• 2.2.2 杂草稻红色果皮遗传分析群体
• 2.2.3 InDel标记RID14的引物设计和合成
• 2.2.4 总DNA的提取
• 2.2.5 PCR扩增
• 2.2.6 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 2.2.7 序列分析方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 02428与扬中杂草稻在不同世代的表现型分析
• 2.3.2 RID14标记基因型在02428、W16正反交F2群体中的分离比
• 2.3.3 RID14对于品种资源及普通野生稻的鉴定
• 2.3.4 RID14对杂草稻PCR产物的测序分析
• 2.4 讨论
• 2.4.1 杂草稻红色果皮遗传性状分析
• 2.4.2 江淮流域杂草稻红色果皮遗传机制研究
• 2.4.3 RID14功能标记的开发
• 3 利用显性标记ST10对江苏省杂草稻基因型的分析
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试材料
• 3.2.2 条纹叶枯病抗性鉴定方法
• 3.2.3 DNA提取方法
• 3.2.4 PCR扩增
• 3.2.5 琼脂糖凝胶电泳
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 条纹叶枯病鉴定结果
• 3.3.2 ST10对供试材料是否含有抗病基因的PCR检测结果
• 3.4 讨论
• 3.4.1 显性标记及连锁标记的优缺点
• 3.4.2 分子标记辅助选择
• 3.4.3 杂草稻资源新基因的挖掘与利用
• 4 利用基因功能标记Pita对江淮流域杂草稻基因型的分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料
• 4.2.2 DNA提取方法
• 4.2.3 PCR扩增
• 4.2.4 琼脂糖凝胶电泳
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 水稻稻瘟病鉴定结果
• 4.3.2 Pita对供试材料是否含有抗病基因的PCR检测结果
• 4.4 讨论
• 4.4.1 分子标记辅助选择
• 4.4.2 杂草稻资源新基因的挖掘与利用
• 5 结论
• 5.1 杂草稻红色果皮是显性性状且单基因控制
• 5.2 设计RID14功能标记作为鉴定红色果皮的分子标记
• 5.3 开发杂草稻抗病基因
• 6 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表论文
• 作者简介