粳稻制种相关性状及其杂种优势的分子遗传基础研究和863B遗传背景中A7444渐渗系群体构建

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目前，我国杂交籼稻的种植面积已达1733万hm2，约占中国籼稻种植面积的80％，占中国水稻种植面积的一半以上。而杂交粳稻的发展却十分缓慢，粳稻年种植面积828万hm2，以常规粳稻为主，杂交粳稻所占比例不超过5％。不育系异交率低、制种成本高是杂交粳稻发展缓慢的一个重要原因。2011年国务院提出要加大高效、安全制种技术和先进适用制种机械的推广使用。目前我国在制种过程中主要通过喷施GA3、割叶、赶粉等措施来解除包颈、改善授粉态势以排除授粉障碍，提高制种产量。割叶不仅费工，劳动强度大，而且需要较高的操作技术。并且水稻籽粒产量的80％以上是由剑叶和倒2叶合成的光合产物提供，割叶制种也违背了植物的生长发育规律。不割叶、发挥剑叶和倒2叶的光合作用、保证有机养分的供应，是高效制种的关键技术之一。通过遗传上改良不育系或二元不育系制种相关性状来排除授粉障碍，对解决制种割叶和制种产量低的问题具有重要意义。为此本论文进行了两个方面的研究，一是利用粳稻秀水79/C堡组合来源的3个群体对13个制种相关性状及其杂种优势进行了主效QTL和上位性QTL检测，并分析了这些QTL的遗传效应。这3个群体分别是，由254个家系构成的重组自交系(RIL)群体，由RIL群体为母本与两个亲本回交构成的两个BC1F1回交群体。二是利用粳稻保持系863B/A7444//863B的8个BC2F1家系继续进行SSR分子标记辅助回交，构建以863B为遗传背景的A7444渐渗系(CSSL)群体，同时根据该组合剑叶角度QTL初定位的结果，结合植株剑叶角度大小与分子标记基因型，构建具有大剑叶角度的863B近等基因系。主要研究结果如下:
　　 1、13个制种相关性状在3个群体中共检测到71个主效QTL(M-QTL)，分布于水稻除第6染色体外的11条染色体上。其中，qFLA9.1在3个群体中都被检测到，在RIL、XSBCF1和CBBCF1群体中的贡献率分别为16％、60％和54％，为一个稳定的控制剑叶面积的主效QTL;12个M-QTL在2个群体中被共同检测到。13个性状在3个群体中共检测到125对显著的双基因上位性QTL对(E-QTL)。其中RIL群体中检测到65对E-QTL; XSBCF1群体中检测到29对E-QTL(利用BCF1表型值检测到19对E-QTL，利用HMP值检测到10对E-QTL);CBBCF1群体中检测到31对E-QTL（利用BCF1表型值检测到23对E-QTL，利用HMP值检测到8对E-QTL）。
　　 2、RIL群体中，13个制种相关性状共检测到40个M-QTL，单个M-QTL贡献率在2％～29％之间，平均贡献率为9.2％;13个性状共检测到65对E-QTL，单对E-QTL的贡献率在1％～12％之间，平均2.9％。E-QTL虽然检测到的数目多但是贡献率小，并且65对E-QTL中，56.9％的E-QTL发生在M-QTL间，表明加性效应是13个制种相关性状的主要遗传基础。
　　 3、2个回交群体中，13个制种相关性状共检测到46个M-QTL，其中26个QTL(56.5％)表现加性效应，单个M-QTL贡献率在2％～72％之间，平均为29.9％;18个(39.1％)表现超显性效应，单个M-QTL贡献率在7％～80％之间，平均为44％;2个(4.3％)表现部分显性效应，单个M-QTL贡献率在22％～58％之间，平均为41％。13个性状共检测到60对E-QTL，其中42对(70％)表现加性×非加性互作效应，单对E-QTL的贡献率在6％～60％之间，平均为22.9％;18对(30％)表现显性×显性互作效应，单对E-QTL的贡献率在21％～83％之间，平均为49.1％。表明加性×非加性以及显性×显性上位性互作是粳稻13个制种相关性状杂种优势的主要遗传基础。
　　 4、在13个制种相关性状主效QTL检测中，发现了14个控制2个或2个以上性状的染色体区间。其中，位于第1染色体物理图谱38041145～41246585bp的RM265-RM3482区间，存在同时控制穗抽出度、穗二高度差和倒1节间长3个性状的QTL;位于第9染色体物理图谱13302224～17643295bp的RM5652-RM410区间，存在同时控制穗抽出度、倒1节间长、剑叶长、剑叶面积和倒2叶长5个性状的QTL。这些区段有利于分子标记辅助选择改良多个制种相关性状。
　　 5、利用SSR分子标记辅助选择，2011年获得了能够覆盖供体全基因组的45个目标单株(BC3F1)，背景回复率在91.96％到99.55％之间（表3-3）。其中863C-30-20-10单株非目标片段较多，与863B回交获得BC4F1单株种子;其余44个单株套袋自交，获得相应BC3F2单株种子，下一季利用分子标记辅助选择即可在BC3F2家系中筛选出相应的渐渗系。
　　 6、结合前期剑叶角度初定位结果，利用SSR分子标记辅助选择，获得了在qFLA2和qFLA8两个位点两侧标记均杂合的10个单株，其中7个单株与863B回交获得BC4F1单株种子;3个单株套袋自交获得BC3F2种子。获得了仅在qFLA8一个位点两侧标记杂合的8个单株，其中2个单株与863B回交获得BC4F1单株种子，6个单株套袋自交获得BC3F2种子。获得了仅在qFLA2一个位点两侧标记杂合的5个单株的自交种子(BC3F2)。下一季结合单株表型和标记基因型鉴定，即可在BC3F2家系中筛选出相应位点的大剑叶角度863B近等基因系群。

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作者
张红;
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作者单位

南京农业大学;

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授予单位南京农业大学;
学科作物遗传育种
授予学位硕士
导师姓名洪德林;
年度 2011
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总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 S511.220.1;
关键词
粳稻; 制种相关性状; 杂种优势; QTL检测; 分子遗传基础; 大剑叶角度; 渐渗系群体;

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