水稻伽玛射线辐射诱变：突变体质量保证与若干重要突变性状的研究

论文摘要

四十多年来,辐射诱变技术在水稻种质资源创新和新品种选育中取得了卓越成就。随着基因组学研究的开展和深入,诱发突变体更加受到重视。γ射线作为行之有效的水稻突变体诱发手段,也被应用于基因组学的研究。本研究选用三份特殊的水稻遗传材料进行诱变处理和选育突变体。研究了入选突变体的真实来源,在比较突变体和亲本微卫星标记差异的基础上,建立了基于分子标记技术的突变体质量控制方法。此外,通过对黄叶材料的诱变处理,探讨了互作基因突变体的选育和基本特性;通过培育和研究长穗颈（eui）突变体,探讨了其应用于杂交水稻可能存在的问题。通过研究生育期这类常见突变体,探讨了利用突变技术改良数量性状进而培育新品种的育种方法。主要研究结果如下:（一）采用100、200、300、400Gy剂量γ射线分别处理黄叶品种黄玉B、Bt转基因水稻科龙B和BT110的干种子,发现辐照处理可使M1植株结实率显著降低,300、400Gy还使株高显著降低,但基因型之间存在差异。M2代长穗颈、谷色金黄等质量性状的单株诱发突变频率在10-4数量级,但叶色、生育期性状的频率在10-3数量级。对带叶色标记的黄玉B M2群体中绿叶植株的观察,证实存在0.81%的异源窜粉植株,从而证实天然异交可能是M2群体中中遗传变异的重要来源。对从科龙B后代选到的早熟单株后代的潮霉素叶面喷施检测证实,非真实突变体可占选择变异体的25.0～42.1%,显著高于该性状的诱发突变频率。（二）经真实性鉴定的三组突变体（科龙B早熟突变体Kr1,Kr2,Kr3;BT110早熟突变体M110;黄玉B的3份叶色或谷色突变体欣玉B、金玉B和翠玉B）为材料,开展了突变体与亲本间全基因组SSR组型差异的研究。所分析的353个SSR标记在水稻品种间和亚种间存在不同程度的多态性（5.57～68.22%）,但诱发突变体和亲本之间没发现任何差异。突变体和相应亲本的SSR组型完全一致。随后,对另外8组突变体与亲本的SSR组型的比较进一步证实该发现。在假设品种间SSR标记多态性最低值为5%前提下,参考前人在其它作物中发现的SSR突变频率的上限,以95%和99%为置信区间,鉴别突变体真伪需要分别检测59对和90对SSR标记。据此提出了应用SSR标记分析建立对γ射线诱发突变体进行质量控制的技术体系。（三）在经200Gy处理的黄玉B M2代穗行中发现了1份翠绿叶突变体,经加代选择定型并命名为翠玉B。翠玉B苗期、分蘖期、穗期的总叶绿素含量分别比黄玉B提高87.0、51.6、59.1%;比龙特浦B（黄玉B亲本）减少32.4、38.5、32.4%;龙特浦B、翠玉B、黄玉B在田间叶色明显表现为绿色、翠绿、黄色,差异显著,可用目测鉴定。早粳R/翠玉B F1叶色表现与早粳R一致,说明早粳R的绿叶性状对翠玉B的翠绿叶性状具有遮盖作用;在其F2群体中出现了绿叶、翠绿叶及黄叶单株,统计分析符合12∶3∶1的分离比例,证实翠绿叶性状由两对独立的基因控制。在109个翠绿叶单株产生的F3代株系中,74个株系表现翠绿叶和黄叶的分离,35个表现翠绿叶不再分离,符合2∶1理论值,进一步证实翠绿叶和黄叶互相独立遗传。在绿叶×翠绿叶的F2群体中出现亲本没有的黄叶表现型及翠叶源自黄玉B诱发突变两个证据,支持翠绿叶基因是黄叶基因的上位基因突变,将翠玉B的该显性上位基因命名为VG（t）。利用早粳R/翠玉B的F2群体中52个黄叶和35个翠绿叶纯合基因型构建了2个基因池对VG（t）进行定位研究,对353个SSR标记的检则发现RM492在亲本和基因池间均有差异,但该标记在对构建基因池的全部单株进行分析时,未能发现存在连锁现象,定位实验尚在继续进行。（四）对由不同材料中获得的3个长穗颈（eui）突变体欣玉B-100、欣玉B-300和e龙B的农艺性状观察证实,突变体主要表现为顶部1、2、3节间的长度较亲本呈极显著伸长,4、5、6节间呈伸长趋势但统计分析未达显著。遗传研究证实它们的长穗颈性状均受1对等位eui基因控制。比较欣玉B和外源GA3对亲本黄玉B节间伸长效应发现,欣玉B的节间伸长效应达到405g/hm2外源GA3施用的效果。此外还证实对欣玉B继续施用GA3会致使第3节间显著伸长。在喷水加湿处理下,eui突变体的穗萌率在25.0-26.7%,而亲本的穗萌率在3.9-4.6%,F1的穗萌率在13.2-14.5%,表明eui突变会促进穗上发芽。欣玉B和e龙B在与不育系杂交、回交过程中,不育单株的可育性不断增加;欣玉B转育的BC1、BC2代的套袋自交结实率达到11.39%和11.41%,是黄玉A（2.48%）的4.59、4.60倍;黑染花粉率分别为30.87%和29.12%,分别是黄玉A（9.46%）的3.26、3.08倍。该趋势在用e龙B转不育系时表现完全一致。这些结果表明,虽然eui突变不育系在制、繁时可以减少外源GA3的使用,但是也存在可能导致穗上发芽频率提高、不育系花粉育性提高等不利效应。（五）对科龙B及BT110的生育期突变体的主要农艺性状和亲本比较发现,生育期突变体的结实率、每穗粒数、株高、千粒重等主要农艺性状总体上均和亲本存在显著差异。通过对F2分离群体的研究表明,科龙B的8个生育期突变均受一对隐性基因控制。等位性测验证实,4个早熟突变体携带互为等位的突变基因,4个迟熟突变体也携带互为等位的突变基因。短日照试验证实BT110的早熟突变体CRD2、CRD5的短日促进率分别为22.1%和19.8%,和典型感光的亲本BT110的38.8%有极显著差异,说明CRD2和CRD5已突变为弱感光品种。在此基础上,对隐性单基因控制的诱发生育期突变体在杂交水稻高产制种上的应用价值作了分析。（六）通过对黄玉B的诱变处理,获得了翠玉B和金玉B两个突变体;以野败型胞质的黄玉A为不育胞质的供体,翠玉B和金玉B分别为轮回亲本连续回交,育成了带翠绿叶标记的翠玉A和带黄叶叶色和金黄色谷壳标记的金玉A。观察表明除突变性状外,它们在农艺性状、不育性等方面和黄玉A相似。通过紫兴05B和金玉B杂交选育保持系的方法,育成了一份优质、长粒、高柱头外露率的带黄叶标记的保持系紫金46B,以黄玉A为不育胞质的供体,经连续回交转育成不育系紫金46A,对其特性的观察表明紫金46A具有败育彻底、大穗长粒、外观米质优、高柱头外露率（75.1%）等特点。

论文目录

• 致谢
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• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 诱发突变体的重要价值
• 1.1.1 诱发突变培育植物新品种
• 1.1.2 突变体在基因发掘和克隆中的应用
• 1.1.3 反向遗传学的TILLING技术与突变体库构建
• 1.2 诱发突变体真实性质疑及质量控制
• 1.2.1 诱变处理后代群体的遗传变异来源
• 1.2.2 突变体与亲本的SSR多态性
• 1.3 长穗颈突变体研究
• 1.3.1 水稻eui基因的发现
• 1.3.2 eui基因等位性
• 1.3.3 eui基因定位、克隆
• 1.3.4 eui基因的作用机理
• 1.3.5 eui基因在杂交水稻上商业应用
• 1.4 诱发叶色突变体的研究
• 1.4.1 叶色突变体的种类
• 1.4.2 叶色抑制基因
• 1.4.3 水稻叶色突变基因的定位
• 1.4.4 水稻叶色突变基因克隆
• 1.4.5 水稻叶色突变在杂交水稻上的应用
• 1.5 熟期突变体的研究
• 1.5.1 生育期的遗传特性
• 1.5.2 早熟突变体生育期的遗传
• 1.5.3 水稻生育期基因定位
• 1.6 本论文研究的意义、主要内容
• 第二章 突变体的诱发及鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 诱变处理
• 1材料的种植'>2.1.3 M₁材料的种植
• 2代种植、观察与突变体选择'>2.1.4 M₂代种植、观察与突变体选择
• 2.1.5 潮霉素处理
• 2.2 结果与分析
• 1代农艺性状的表现'>2.2.1 M₁代农艺性状的表现
• 2.2.2 突变体类型及突变频率
• 2.2.3 异交频率
• 2.2.4 潮霉素抗性剔除非真实突变体
• 2.3 讨论
• 第三章 突变体与亲本全基因组SSR差异的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 微卫星标记分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 品种间多态性差异
• 3.2.2 真实突变体与亲本之间的SSR组型差异
• 3.2.3 一组例外（黄玉B和Ⅱ-32B）的分析和重新验证
• 3.3 讨论
• 第四章 黄叶显性上位基因研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 突变材料的培育
• 4.1.2 突变体叶色及农艺性状观察
• 4.1.3 叶绿素含量测定
• 4.1.4 突变性状的遗传分析
• 4.1.5 翠绿叶突变基因的定位
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 翠玉B的农艺性状表现
• 1的叶绿素含量'>4.2.2.亲本与F₁的叶绿素含量
• 4.2.3 翠绿叶突变性状的分离
• 4.2.4 翠绿叶的遗传控制
• 4.2.5 显性上位基因的定位
• 4.3 讨论
• 第五章 EUI突变对杂交稻制种影响的研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 水稻材料
• 5.1.2 田间试验与观察
• 5.1.3 遗传分析
• 5.1.4 CMS系转育与观察
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 突变体与亲本的农艺特性
• 5.2.2 突变基因的遗传
• 5.2.3 突变基因的等位性
• 3效应'>5.2.4 外源GA₃效应
• 5.2.5 eui对种子穗上发芽的影响
• 5.2.6 eui突变体对CMS可育性的影响
• 5.3 讨论
• 第六章 生育期突变体研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 突变体、亲本及其它材料
• 6.1.2 田间试验与农艺性状观察
• 6.1.3 遗传分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 突变体的生育期表现
• 6.2.2 突变体的农艺性状
• 6.2.3 熟期突变体的遗传特性
• 6.2.4 用突变体配组的杂交稻的播始历期
• 6.2.5 BT110熟期突变体的光温特性
• 6.3 讨论
• 第七章 标记不育系的选育及其特征特性
• 7.1 翠玉A的选育及特性
• 7.1.1 翠玉A的选育
• 7.1.2 翠玉A的特征特性
• 7.2 金玉A的选育及特性
• 7.2.1 金玉A的选育
• 7.2.2 金玉A的特征特性
• 7.3 紫金46A的选育与特性
• 7.3.1 紫金46A的选育
• 7.3.2 紫金46A的特性
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 攻读博士学位期间发表或录用的论文