基于CSSL的水稻抽穗期和穗长QTL定位及遗传分析

摘要

抽穗期和穗长是水稻(Oryza sativa L.)重要的农艺性状，检测水稻抽穗期和穗长性状相关的QTL并进行遗传效应分析对于水稻遗传改良具有重要意义。普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)蕴藏着许多优异基因，但其遗传背景复杂，难以直接应用于育种或遗传分析中。染色体片段置换系能够将野生稻的有利基因置换到遗传背景单一的栽培稻中，消除野生稻复杂遗传背景的影响，便于其基因的分离和鉴定，是进行遗传分析、基因精细定位和育种的优良材料。本研究利用以普通野生稻为供体，栽培稻9311为受体构建的染色体片段置换系，选择长日照(NLD)和短日照(NSD)下抽穗期延迟的株系CSSL129和既延长抽穗期又缩短穗长的株系CSSL39构建遗传分离群体并对水稻抽穗期和穗长QTL进行检测和定位，得到以下结果：
　　1.在CSSL129株系中，定位到了一个与抽穗期相关的QTL qHd6.1，位于第6条染色体上，并在NLD和NSD下均能稳定遗传。序列分析发现来自于野生稻中的qHd6.1基因与水稻Hd1基因等位，推测编码区4bp的缺失导致移码突变，使抽穗提前。
　　2.在CSSL39株系中，NLD和NSD条件下都检测到3个与抽穗期相关能稳定遗传的QTL， qHD7.1，qHD7.2，qHd12，其中qHD7.1，qHD7.2在两个环境下的贡献率均较高，属于主效QTL，且保持相同的效应方向，均能延长抽穗期。
　　3.在CSSL39株系中，定位到4个与穗长相关的QTL，qPL7.1，qPL7.2，qPL10.1，qPL10.2，其中qPL7.2仅在NLD条件下被检测到，qPL10.1仅在NSD条件下被检测到；而qPL7.1，qPL10.2在两个环境被重复检测到，表明qPL7.1和qPL10.2是能够稳定遗传的QTL。对其遗传效应分析，发现除在NSD中检测到的qPL10.2表现为增效作用，使穗长增加外，其他QTLs都表现为减效作用，使穗长变短。
　　4.通过对 CSSL39株系构建 F2次级分离群体将 qHD7.2基因定位在分子标记 RM172和RM22188之间101.1kb范围内，该区域有10个开放阅读框，预测ORF7(LOC_Os07g49460)是其候选基因，其表达受到光周期调控。栽培稻9311中qHD7.2等位基因的编码区有一个8bp的缺失，引起基因翻译的提前终止，导致该等位基因丧失功能，两亲本启动子区也存在较多的插入缺失和碱基突变，表明 qHD7.2编码区与启动子区域在水稻驯化过程中都受到了选择，推测其抽穗期的改变是由其基因表达模式的变化与部分蛋白功能的丧失所共同导致的。qHD7.2基因的表达呈组成型表达，在旗叶中表达量最高，根中的表达量最少，这符合抽穗期基因的表达模式。
　　本研究通过对200个染色体置换系的农艺性状调查，选择2个抽穗期或穗长与轮回亲本9311有明显差异的株系进行QTL定位和遗传分析，共定位出4个与抽穗期相关的QTL和4个与穗长相关的QTL。通过对贡献率较高的qHD7.2基因进行遗传分析，发现qHD7.2编码区与启动子区域都发生变化，而在不同时期CSSL39的表达量均高于9311，推测其抽穗期的改变是由于表达量的变化和蛋白功能改变共同引起的。qHD7.2基因是OsPRR37基因的等位基因，且其组成型表达模式符合抽穗期基因的一般表达模式。

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第一章 引 言

1.1 水稻QTL的研究现状

1.1.1 QTL定位的原理

1.1.2 遗传图谱的构建与定位方法

1.1.3 水稻QTL定位的研究意义

1.1.4 水稻QTL定位与克隆

1.2 水稻抽穗期的研究现状

1.2.1 水稻抽穗期的研究意义

1.2.2 水稻抽穗期QTL的定位

1.2.3 水稻重要抽穗期基因的克隆和功能分析

1.3 水稻穗长的研究现状

1.3.1 水稻穗长的研究意义

1.3.2 水稻穗长QTL的定位

1.3.3 水稻重要穗长基因的克隆和功能分析

1.4 染色体片段置换系的研究进展

1.4.1 染色体片段置换系的构建

1.4.2 覆盖野生稻全基因组染色体片段置换系的构建

1.5 研究目的和意义

第二章 材料与方法

2.1 试验材料

2.1.1 材料选择

2.1.2 次级群体的构建

2.1.3 田间栽培

2.1.4 性状调查

2.1.5 节律表达材料的种植与取样

2.2 试验方法

2.2.1 水稻DNA的提取及PCR

2.2.2 分子标记的选择、开发和检测

2.2.3 QTL分析和候选基因的预测

2.2.4 RNA提取与Quantitative RT-PCR分析

第三章 结果与分析

3.1 CSSL群体的抽穗期分析

3.1.1 CSSL群体的基因型检测

3.1.2 CSSL群体的抽穗期定位结果

3.2 CSSL129株系的分析

3.2.1 CSSL129株系的基因型

3.2.2 CSSL129株系的抽穗表型

3.2.3 CSSL129株系的QTL分析

3.3 CSSL39株系的分析

3.3.1 CSSL39株系的基因型

3.3.2 CSSL39株系的抽穗期表型描述

3.3.3 对F2次级分离群体抽穗期的性状调查

3.3.4 CSSL39株系的抽穗期相关QTL定位结果

3.3.5 qHD7.2基因的候选区段的选择

3.3.6 两亲本中qHD7.2基因的编码区序列分析

3.3.7 qHD7.2基因的进化树分析

3.3.8 qHD7.2基因的时空表达分析

3.3.9 两亲本中qHD7.2基因的启动子区序列分析

3.3.10 CSSL39株系的穗长表型描述

3.3.11 对F2次级分离群体穗长的性状调查

3.3.12 CSSL39株系的穗长相关QTL定位结果

第四章 讨论与结论

参考文献

附录

致谢

作者简历