水稻遗传图谱构建及粒形和粒重QTL定位

摘要

本研究利用具有极端粒形和粒重差异的两份水稻材料BG1和小粒粳(XLJ),通过BG1／XLJ杂交自交产生的F2分离群体,构建F2全基因组遗传连锁图谱,并用QTLNetwork-2.0和WinQTLCart-2.5软件以及F2群体在2009年杭州和2010年海南的粒形和粒重数据,进行相关性状的QTL定位。通过F2:3后代测验对主效应QTL进行验证,同时采用序列比对的方法,分析BG1和XLJ是否含有已经克隆的相关粒形基因。具体研究结论如下:
　　 (1)BG1和XLJ的粒形和粒重表现极端差异,粒长分别为12.77±0.54 mm和5.91±0.22 mm,粒宽分别为4.32±0.18 mm和2.65±0.06 mm,千粒重分别为57.66 g和12.57 g。BG1／XLJ F2群体的谷粒长、长／宽和千粒重为近似的双峰分布,而谷粒宽和谷粒厚为近似的单峰分布,而且粒长、长／宽和千粒重存在超亲分离。正反交F1材料中除了长／宽性状具有超亲优势外,其他粒形和粒重性状均偏向大粒亲本,不存在正反交差异,例如,正反交目的千粒重分别为44.82 g和44.47 g,说明BG1和XLJ的粒形和粒重为不完全显性性状,主要受核基因控制。
　　 (2)对杭州和海南的粒形和粒重数据进行相关性分析,粒长与长／宽呈极显著正相关,相关系数为0.872和0.774,粒长与粒宽和粒厚呈显著相关,但相关系数很小；粒宽与长／宽在杭州和海南均呈极显著负相关,粒宽与粒厚呈显著相关,相关系数为0.654和0.380；粒厚只与粒重呈极显著正相关；粒重与粒长、粒宽、粒厚和长／宽均呈极显著相关,但与粒长、粒厚和长／宽的相关性最高,分别为0.854和0.720,0.668和0.697以及0.601和0.425,说明粒长、粒厚和长／宽与粒重性状间关系紧密。对粒形和粒重进行相同性状内不同环境间成对数据的差异比较,结果粒长∣t∣=0.09t0.01=2.63,长／宽∣t∣=3.68>t0.01=2.63,粒厚∣t∣=2.16t0.01=2.64,其中粒厚在0.05水平上∣t∣=2.16>t0.05=1.99,说明两个环境对粒长的影响很小,其它性状易受环境影响。
　　 (3)基于150对SSR标记的基因型数据,用Mapmaker／Exp3.0进行遗传图谱构建。除了第7、8、9染色体外,其它染色体上均存在部分标记不连锁,结果150对SSR.标记中只有137对SSR标记能分别连锁到12条染色体的16个连锁群上,其中第1、2、3、10染色体上的标记被分成两个连锁群,分别记为Chr1a、Chr1b、Chr2a、Chr2b、Chr3a、Chr3b、Chr10a和Chr10b。第4染色体的RM8213和RM5414,第5染色体的RM1200、RM1248和RM289、RM7449、RM249、RM3381,第9染色体的RM5515、RM444、RM3609,以及第10a染色体的RM3311、RM216、RM474,这些SSR标记顺序与公共SSR标记的物理顺序有点差异。16个连锁群的平均遗传距离为6.4 cM～20.9 cM,遗传图谱的总遗传距离为1595.9 cM,最大遗传距离为44.0 cM,最小遗传距离1.2 cM,平均遗传距离13.2 cM。
　　 (4)利用2009年杭州和2010年海南的粒形和粒重数据,QTLNetwork-2.0软件检测到7个粒形QTL和1个粒重QTL,分布在第2、第3和第5染色体上。第2染色体的RM5791-RM324区间检测到控制粒宽的主效应QTL qSW-2,RM492-RM5356区间检测到控制粒厚的主效应QTLqST-2,以及一个控制长／宽的微效QTLqSLWR-2;第3染色体的RM3513-RM7097区间检测到控制粒长的微效QTLqSL-3；第5染色体的RM3381-RM3638区间检测到同时控制粒长和长／宽的主效应QTL,qSL-5和qSLWR-5,以及在RM249-RM3381区间控制千粒重的主效应QTL qSWT-4。所有检测到的QTL,均具有加性和显性效应,其中粒厚和千粒重具有加性和环境的互作效应,同时在第3和第4染色体间存在一个与粒厚相关的上位性效应。
　　 (5)F2:3后代测验表明目标基因qSL-5符合单基因的孟德尔1:2:1分离比(x2=0.33　　 (6)qSL-5(gSLWR-5或qSWZ-5)被定位在分子标记RM3381位置,利用t测验比较F2群体中RM3381显性纯合和RM3381隐性纯合单株的粒长、长／宽和千粒重均值间差异,结果粒长均值分别为11.20 mm和7.15 mm(t=10.65>t0.01=2.41),长／宽均值分别为3.34和2.23(t=6.79>t0.01=2.41),千粒重均值分别为38.436 g和18.395 g(t=10.83>t0.01=2.41),各性状显性纯合和隐性纯合均值间存在极显著差异,说明RM3381不仅与粒形和粒重性状相关,而且可以作为进行田间选择的分子标记。本研究为进一步分子标记辅助选择粒形和粒重,精细定位、克隆该基因以及阐明水稻产量性状控制机理提供了较好的遗传材料。