利用重叠片段代换系进行水稻特异耐热种质资源创新及其遗传基础研究

摘要

高温热害已成为水稻等粮食作物的主要自然灾害之一，其不仅影响水稻正常的生长发育，还会导致产量的损失和品质的下降。当前生产上推广的绝大多数水稻品种耐热性均较差，频繁的高温热害已对水稻安全生产构成很大的威胁。因此挖掘和利用水稻特异耐热基因，开展水稻耐热性种质资源的创新及其遗传基础研究，选育水稻耐热品种，对改良水稻品种的耐热性、减轻高温热害造成的损失，保证粮食安全，具有重要的理论和现实意义。
　　本研究以具有特异性耐热品种N22为供体亲本、以综合性状优良但对热敏感的籼稻品种9311为受体亲本，通过杂交、回交以及分子标记辅助选择的方法，构建了一套覆盖N22全基因组的113个重叠片段代换系（CSSLs）；在水稻幼苗（二叶一心）期，利用人工气候培养箱设置40℃高温环境对CSSLs进行高温胁迫处理，并以25℃环境条件下生长的幼苗为对照，以测定叶片的相对电导率为热敏指数，对代换系进行了耐热性评价；最后再利用代换系的耐热指数为表型值并结合代换系的基因型值，对代换系片段的遗传效应进行了分析。主要结果如下：
　　1、利用均匀分布在水稻染色体上的356个SSR分子标记对亲本9311与N22之间多态性检测，筛选到143个具有多态性标记，多态性比例为40.17％，SSR标记间平均距离为11.3cM。
　　2、构建的一套含113个株系的CSSLs群体，共包括175个N22的代换片段，平均每个株系携带1.6个导入片段。纯合片段有166个，占导入片段数的比例为94.9%。其中纯合和杂合导入片段分别占水稻整个基因组的3.3%和0.3%。遗传背景回复率分析表明，9311的背景回复率平均为96.5%。
　　3、代换片段长度大小为0.5cM～59.0cM，片段总长度为2682.9cM，平均长度为15.3cM，绝大多数导入片段长度在0.5～20cM之间。代换片段基本覆盖供体N22的全基因组。
　　4、对113个CSSLs以及两个亲本高温胁迫处理的结果表明，两次重复试验测定数据变化趋势基本一致，热敏指数变化范围分别为1.72%～5.55%和1.65%～5.53%，多数株系热敏指数集中在4.61%～5.10%之间。发现有CSSL27、CSSL44和CSSL97共3个片段代换系在两次重复耐热实验中，其热敏指数与N22非常接近，表现为差异不显著；CSSL27、CSSL44和CSSL97的遗传背景回复率分别达到了96.3%、97.1%和95.4%。其在株高、抽穗期、有效穗数、千粒重和单株产量共5个主要农艺性状上（除了CSSL97的单株产量比9311略低外）均与9311没有明显差异或优于9311。实现了特异耐热种质资源的创新，在改良优良恢复系9311的耐热性的同时，仍保持其原有的优良综合性状。
　　5、通过对代换片段的遗传效应分析，共检测到6个与耐热性相关的QTL。分别分布在第3、4、5、8、9和10号染色体上，LOD值范围2.80～7.53，贡献率为5.42～16.06，加性效应值-1.10～-0.75。位于第3和第10染色体上的代换片段RM157和RM5352的贡献率较大，可能为控制水稻幼苗期耐热性的主效基因，但需要进一步加以验证。
　　6、代换片段的互作效应分析表明，多个耐热片段之间存在互作效应，具体表现为同源染色体上以及非同源染色体上的非等位基因间的互作。LOD值为4.98～9.06，贡献率为1.50%～12.64%，加性效应为-0.70～0.62，RM5586与 RM273之间互作效应的贡献率最大，为12.64%。表明水稻的耐热性既可能由一些主效基因控制，同时不同的代换片段之间以及主效基因与微效基因片段之间还存在互作效应，这些发现更进一步说明了水稻耐热性遗传基础的复杂性。因此很有必要进一步对水稻的其他生育时期的耐热性遗传基础开展研究，进行分析比较，从而更加全面深入的揭示水稻耐热性复杂的遗传机制，为水稻耐热基因的克隆以及培育耐热新品种提供依据。

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1 文献综述

1.1 高温对水稻生长发育的影响

1.2 高温胁迫引起的水稻生理变化

1.3 作物耐热性的鉴定及指标评价

1.4 数量性状（QTL）研究进展

1.5 作物耐热性QTL的研究进展

2 引言

3 材料与方法

3.1 实验材料

3.2 CSSLs群体构建

3.3 代换系耐热性鉴定与评价

3.4 数据处理

4 结果与分析

4.1 重叠片段代换系的构建

4.2 代换系耐热性

4.3 代换系遗传效应分析

5 讨论

5.1水稻耐热性遗传机制的复杂性

5.2重叠片段代换系在作物遗传育种中的重要性

5.3关于耐热鉴定方法和评价指标

6 结 论

参考文献

致谢

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