稻米品质性状QTL的定位及标记辅助选择改良明恢63品质

论文摘要

水稻是我国及亚洲很多国家人民的主要粮食作物。稻米品质的遗传改良是当前水稻育种的重要目标。稻米品质性状主要分为加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质。由于稻米品质一般为多基因控制的数量性状,且易受环境条件的影响,分子改良手段往往是达到改良性状最有效的甚至是唯一可行的办法。而前提是准确定位相关性状的QTL,本研究利用明恢63×中国香稻构建的重组自交系群体（Recombination inbred lines,RILs）定位控制部分稻米品质性状的QTL。并且设计开发基因功能性标记用于标记辅助选择育种。主要结果如下:1、初步构建明恢63×中国香稻重组自交系的分子标记遗传连锁图。主要使用的是已经发表的SSR标记,结果表明亲本SSR多态性很低,并且分布不够均匀。2、利用该群体研究了千粒重和籽粒形状的之间的关系。千粒重与粒长、粒宽两个粒型性状呈显著正相关。但是粒长和粒宽两个性状在群体中也呈显著正相关,与前人报道的粒长和粒宽往往互相抑制的结论略有不同。这说明不同的群体其粒型的遗传基础是有差异的。对粒型的三个性状粒长、粒宽和长宽比的QTL定位结果没有发现效应值很大的QTL,结合t-测验的结果,亲本和群体在三个性状上均没有显著差异。3、利用该群体研究了心白率、直链淀粉含量、糊化温度和胶稠度四个性状的遗传基础。相关性分析表明,这4个性状的相关性在不同的环境中变化较大。QTL分析结果表明,心白率确实是一个受到多基因共同作用且受环境影响较大的复杂遗传系统。关于蒸煮食味方面,本群体在屏蔽了Wx基因的效应后,发现alk位点成为唯一一个效应值超过50%的位点,同时也发现了很多效应值较小的位点。相比较过去的报道,Wx基因屏蔽后确实可以产生使微效位点效应值上升的作用。综合考虑本研究所涉及的心白率、直链淀粉含量、糊化温度（以碱消值表示）和胶稠度四个性状,共扫描到了19个相关QTL位点,分布在除第4、第10染色体以外的其余10条染色体上,其中有9个QTL在两年都被检测到,占总数的47%以上。这中间除了alk位点的效应值超过了50%,其余8个QTL对表型的贡献率均不到20%。这一结果说明了微效QTL也可以有很高的遗传稳定性,其产物可能是参与性状形成代谢途径的必需酶类,对这些QTL的深入研究将有助于我们阐明相关品质性状的遗传机理。综合前人报道我们可以发现,在心白率、直链淀粉含量、糊化温度和胶稠度四个性状的QTL定位方面,除了已经被克隆的Wx基因和alk基因,其余的微效QTL几乎都不具有在两个不同环境下都被检测到的可能性,也就是说,这些微效QTL的遗传稳定性很低。而本试验与上述结论有所差异,能够检测到一些稳定的微效QTL,究其原因我认为,一方面是因为香稻中确实存在一些我们未知的基因资源;另一方面,这也与群体独特的遗传和表型结构使其能够屏蔽很多表型和基因水平上的干扰有很大的关系。4、本论文的第二个方面是利用分子标记辅助选择体系（Marker-assisted selection,MAS）改良恢复系明恢63的稻米品质性状,主要是基于已经被克隆的糊化温度控制基因alk和香味基因fgr的编码区序列设计开发基因功能性标记,在回交育种进程中结合分子标记辅助选择方法出筛选两位点纯合的阳性单株。具体过程是:首先从重组自交系中筛选出alk和fgr两位点的纯合家系;再将这些家系以明恢63为轮回亲本回交两代,每一代结合分子标记辅助手段选择出上述两位点杂和的单株;产生的BC1F1代群体经过一代自交选择出两位点纯合的单株组成BC1F2代种子;由于两基因均为隐性纯合有功能,所以将这些种子再繁殖成植株考察田间香味表型以及稻米的外观和蒸煮食味共7个品质性状,最终获得了5个基因型纯合且各性状表现优良的品系,达到了品质改良的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 稻米品质概述
• 1.2 稻米外观品质及蒸煮与食味品质的遗传
• 1.2.1 稻米外观品质性状的遗传
• 1.2.1.1 粒型的遗传
• 1.2.1.2 垩白的遗传
• 1.2.2 稻米蒸煮食味品质性状的遗传
• 1.2.2.1 直链淀粉含量（amylose content,AC）的遗传
• 1.2.2.2 糊化温度（gelatinization temperature,GT）的遗传
• 1.2.2.3 胶稠度（gel consistency,GC）的遗传
• 1.3 稻米香味性状的遗传
• 1.4 数量性状和分子标记
• 1.4.1 数量性状
• 1.4.2 分子标记
• 1.5 遗传群体和分子标记遗传连锁图
• 1.6 利用分子标记剖析数量性状的遗传基础（QTL定位）
• 1.7 稻米品质性状的分子标记辅助选择改良策略
• 1.7.1 分子标记辅助选择的基本方法
• 1.7.2 分子标记辅助选择在水稻育种中的应用状况
• 1.7.2.1 分子标记辅助选择在水稻抗虫/病性状改良上的应用
• 1.7.2.2 分子标记辅助选择在水稻产量和农艺性状改良上的应用
• 1.7.2.3 分子标记辅助选择在水稻品质性状改良中的应用
• 1.7.3 MAS存在的问题及展望
• 第二章 稻米外观品质、蒸煮与食味品质相关性状的QTL定位
• 2.1 前言
• 2.2 本研究的目的与意义
• 2.3 材料与方法
• 2.3.1 群体
• 2.3.2 粒型的测定
• 2.3.3 垩白粒率（心白粒率）的测定（中华人民共和国农业部标准,米质测定方法）
• 2.3.4 直链淀粉含量的改进简化法测定（中华人民共和国农业部标准,米质测定方法）
• 2.3.5 胶稠度的测定（中华人民共和国农业部标准,米质测定方法）
• 2.3.6 糊化温度（碱消值）的测定（中华人民共和国农业部标准,米质测定方法）
• 2.3.7 DNA抽提
• 2.3.8 分子标记
• 2.3.9 SSR分析
• 2.3.10 遗传图谱构建
• 2.3.11 QTL分析
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 亲本和群体的表型变异分析
• 2.4.2 群体的相关性分析
• 2.4.3 分子标记遗传连锁图的构建
• 2.4.4 各性状的QTL定位结果
• 2.5 讨论
• 第三章 分子标记辅助技术改良优质水稻恢复系明恢63的品质
• 3.1 前言
• 3.2 本研究的目的与意义
• 3.3 材料与方法
• 3.3.1 供试材料
• 3.3.2 分子标记的开发
• 3.3.3 PCR分子标记检测
• 3.3.4 标记辅助回交的技术路线
• 3.3.5 稻米品质测定
• 3.3.6 稻米香味鉴定
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 分子标记在亲本之间的多态性
• 3.4.2 利用分子标记辅助选择将alk基因和fgr基因（OsBAD）同时导入明恢63
• 3.4.3 改良后的明恢63的外观品质分析
• 3.4.3.1 粒型（grainsize,GS）的分析
• 3.4.3.2 垩白（grainchalkiness,GC）的分析
• 3.4.4 改良后的明恢63的蒸煮食味品质分析
• 3.4.4.1 直链淀粉含量（amylosecontent,AC）的分析
• 3.4.4.2 糊化温度（gelatinizationtemperature,GT）的分析
• 3.4.4.3 胶稠度（gelconsistency,GC）的分析
• 3.4.5 改良后的明恢63的香味鉴定分析
• 3.5 讨论
• 参考文献
• 致谢