水稻籼粳测序品种间染色体片段替换系的构建及重要QTLs的初步定位

论文摘要

水稻是最重要的粮食作物之一,也是目前植物分子生物学研究的重要模式生物之一。对水稻基因功能的鉴定不仅可以为水稻育种提供有力的理论指导,而且也是我们了解植物生长发育的最有效途径。水稻与其它大多数作物相似,大量性状是受多基因控制的数量性状,因而利用传统的遗传学方法对单个数量性状基因座进行准确定位与克隆比较困难。利用染色体片段替换系（CSSL）群体对水稻数量性状位点进行定位,由于受遗传背景影响较小,且不需要复杂的统计分析,因而受到高度重视。利用已完成基因组测序的籼粳稻品种建立一套完整的覆盖水稻全基因组的染色体单片段替换系,不仅可以为水稻功能基因组学的研究提供很好的遗传材料,也可为解析籼粳亚种间差异及其有利基因鉴定提供基础材料。本研究主要目的是分别以被全基因组测序的粳稻日本晴和籼稻9311为受体和供体,结合分子标记辅助选育,建立一套覆盖水稻全基因组的染色体片段替换系材料;并在此基础上定位分析籼粳亚种间重要有利基因。已获得的主要研究结果如下:1、为便于利用分子标记辅助构建CSSLs,基于琼脂糖凝胶电泳技术,对公共数据库中375个SSR标记在供体与受体亲本间的多态性进行了筛选验证,结果显示其中134个SSR标记在日本晴和9311两个亲本间表现出明显的多态性,占总SSR标记数的35.73%。同时,根据已构建的日本晴和9311的多态性标记或序列多态性数据库,分别筛选验证和新开发了73个和25个多态性分子标记。以已发表的日本晴染色体假分子模型为模板,对筛选的多态性标记进行了物理定位,构建了含均匀分布于水稻12条染色体上的140个多态性标记的分子图谱,标记间的平均距离约为3.2Mb。2、以籼稻品种9311为供体、粳稻品种日本晴为受体和轮回亲本,结合已筛选的多态性分子标记辅助选择,在高代回交群体BC4F2和BC5F1中初步构建了一套CSSL群体,从中筛选出102个含有一个供体导入片段的单株。对其中26个单片段替换单株和14个含2-4个供体导入片段单株的基因组基因型进行了分析,40个候选CSSL单株中含有供体亲本来源的60个染色体导入片段,基因组覆盖率约为96%。导入片段总长约为607.3Mb,相当于供体9311全基因组的1.5倍;导入片段中最长的为27.4Mb,最短的1.4 Mb,平均约10.12Mb。3、利用已得到的CSSL材料,将一个控制水稻抽穗期的QTL初定位于水稻第3染色体长臂末端分子标记CS0330和CS0333所在区域;进一步研究发现CS0333标记紧邻已克隆的抽穗期基因Hd6,利用Hd6基因内一个CAPS标记证实表现迟穗的CSSL单株含有供体9311来源的Hd6基因。此外,将控制水稻分蘖角的一个QTL初定位于水稻第9染色体长臂末端分子标记RM278和RM205区域,与已克隆的控制分蘖角基因TAC1处于同一区段;经序列分析推测初定位的控制水稻分蘖角的QTL可能就是TAC1基因。4、对一个造成部分CSSL单株半不育性表现的QTL qS12进行了初定位,结果表明其位于第12号染色体分子标记RI05618和RM247所在区域;进一步研究分析显示qS12位点表现为杂合不育,且与S5位点可能存在着假连锁现象。5、利用碱消值、差式扫描量热仪和快速粘滞性分析仪等三种途径对部分CSSL单株成熟稻米糊化特性进行了测定分析,发现两个CSSL单株稻米的糊化温度明显低于日本晴。结合对两个目标单株中导入片体基因型的分析,初步认为在4个分别位于第2、3、7和10染色体上的导入片段中可能存在着控制稻米淀粉糊化特性的QTLs。

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第1章文献综述：水稻籼粳亚种分化和染色体片段替换系的构建与应用

1.1 栽培稻籼粳亚种的分化

1.1.1 籼粳亚种间的表型差异及其杂种优势

1.1.2 籼粳亚种间的遗传差异和生殖隔离

1.1.3 籼粳测序品种日本晴和9311 的遗传构成

1.2 籼粳亚种基因组学研究概述

1.3 染色体片段替换系的构建及其应用研究进展

1.3.1 染色体片段替换系的构建方法

1.3.2 水稻染色体片段替换系构建的研究进展

1.3.3 水稻染色体片段替换系的应用

1.4 本研究的主要研究内容和目标

第2章籼粳测序品种间多态性分子标记的筛选及其物理定位

2.1 前言

2.2 材料和方法

2.2.1 植物材料

2.2.2 水稻基因组序列的获取与分析

2.2.3 SSR 等分子标记的获取与筛选

2.2.4 STS 分子标记的开发

2.2.5 水稻基因组DNA 的提取

2.2.6 分子标记的检测

2.2.7 分子标记的物理定位

2.3 结果与分析

2.3.1 SSR（RM 系列）多态性标记的筛选

2.3.2 其它多态性分子标记选择、开发和验证

2.3.3 多态性分子标记在日本晴假染色体模型上的物理定位

2.4 小结与讨论

2.4.1 本章研究小结

2.4.2 籼粳亚种间的多态性分子标记

2.4.3 分子图谱

第3章以日本晴为背景的染色体片段替换系的初步构建

3.1 前言

3.2 材料和方法

3.2.1 植物材料

3.2.2 水稻的杂交与回交

3.2.3 分子标记辅助选择过程

3.2.4 水稻总 DNA 的提取和分子标记检测

3.2.5 替换染色体片段长度的估算

3.2.6 基因型图谱（Graphical genotype）的构建

3.3 结果与分析

3.3.1 高代回交材料的创建及分子标记辅助筛选

3.3.2 染色体片段替换系群体的初步构建

3.3.3 部分染色体片段替换系的基因型图谱

3.3.4 部分染色体片段替换系中导入片段的特征

3.4 小结与讨论

3.4.1 本章研究小结

3.4.2 关于CSSL 群体构建的方法

3.4.3 有关CSSL 群体的大小

3.4.4 本研究所构建CSSL 群体的应用潜力分析

第4章利用 CSSLs 初定位重要农艺性状 QTLs 的研究

4.1 前言

4.2 材料和方法

4.2.1 植物材料

4.2.2 田间试验及性状调查

4.2.3 分子标记的开发与鉴定

4.2.4 QTL 定位分析

4.3 结果与分析

4.3.1 一个控制水稻抽穗期 QTL 的定位与分析

4.3.2 一个控制水稻分蘖角 QTL 的定位与分析

4.3.3 一个控制籼粳杂种半不育QTL 的初步定位与分析

4.3.3.1 半不育性状的表现

4.3.3.2 控制半不育性 QTL qS12 的初定位

4.3.3.3 qS12 位点控制半不育性的特征

5 位点的关系'>4.3.3.4 qS12 位点与 S₅位点的关系

4.4 小结与讨论

4.4.1 本章研究小结

4.4.2 水稻抽穗期控制基因及其定位克隆

4.4.3 水稻分蘖角控制基因及其研究进展

4.4.4 利用CSSL 群体研究籼粳杂种不育性

第5章部分 CSSLs 稻米的糊化特性及其 QTL 的初步分析

5.1 前言

5.2 材料和方法

5.2.1 材料

5.2.2 样品的准备

5.2.3 碱消值的测定

5.2.4 淀粉粘滞性谱（RVA）分析

5.2.5 差式扫描量热仪（DSC）的测定

5.3 结果与分析

5.3.1 部分CSSL 单株稻米碱消值的变异

5.3.2 部分CSSL 单株淀粉的粘滞性谱特性

5.3.3 部分CSSL 单株淀粉的热动力学特性

5.3.4 淀粉糊化特性三个测定值间的关系

5.3.5 CSSL 中控制糊化特性 QTLs 的初步分析

5.4 小结与讨论

5.4.1 本章研究小结

5.4.2 稻米糊化温度的测定及其遗传控制

参考文献

致谢

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