利用粳稻恢复系C堡与穞稻衍生的BIL群体定位籽粒灌浆QTL和构建染色体片段置换系

利用粳稻恢复系C堡与穞稻衍生的BIL群体定位籽粒灌浆QTL和构建染色体片段置换系中国每年水稻种植面积3067万hm2左右,其中粳稻种植面积828hm2。杂交粳稻年种植面积仅占粳稻种植面积的3～5%,仍有很大的发展空间。杂交粳稻产量优势主要表现在大穗上,但大穗杂交粳稻存在两段灌浆现象,导致部分籽粒充实度差,影响了杂交粳稻产量优势的发挥。提高籽粒充实度的关键在于提高籽粒的灌浆速率。穞稻是一种较原始的亚洲栽培稻粳稻类型,具有灌浆时间短、灌浆速率快的特点。充分挖掘穞稻中与灌浆速率相关的有利等位变异,并通过分子标记辅助育种的方法将其导入到粳稻恢复系中,有助于改善杂交粳稻F1植株部分籽粒充实度不足的缺点。本研究室前期利用穞稻与粳稻恢复系C堡杂交产生的BC1F1群体,通过世代平均数和主基因+多基因混合遗传模型对籽粒灌浆进行的遗传分析表明,该组合籽粒平均灌浆速率受2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制,以主基因遗传为主。之后,通过一粒传方法,将上述组合回交群体加代至BC1F5,形成了具有102个株系的堡穞堡BIL群体。本论文在上述工作的基础上,进行了以下两项研究。一是在两个生长环境下对堡穞堡(C堡/穞稻//C堡)BIL群体各个株系6个不同灌浆期籽粒灌浆速率进行调查,结合SSR分子标记遗传连锁图谱,采用非条件QTL定位、与时间相关的动态QTL定位和将糙米粒重调至同一水平下的条件QTL三种定位方法,利用基于混合线性模型的QTLmapper2.0软件和基于多元回归模型的WinQTLCart2.5软件对影响籽粒灌浆速率的位点进行定位。二是利用上述遗传连锁图谱,通过SSR分子标记辅助选择和连续回交+自交的方法,构建以穞稻为供体、C堡为受体的染色体片段置换系。获得的主要研究结果如下：1.非条件QTL定位方法中,利用QTLmapper2.0软件和WinQTLCart2.5软件共检测到10个控制籽粒灌浆速率的非条件QTL,以及15个非条件QTL互作位点对。这10个非条件主效QTL分布于第1、4、5、6(2个)、8、9和10(2个)等7条染色体上。4个QTL的增效等位基因来自穞稻,其中位于第9染色体上RM1328-RM3912区段内的qGFR9.1在两种遗传模型中均被检测到,表型变异解释率分别为12.62%(混合线性模型)和38.46%(多元回归模型),加性效应分别为0.10mg/(粒·天)和0.14mg/(粒·天)；位于第10染色体上RM1146-RM3773区段内的qGFR10.2在两种遗传模型中均可检测到,表型变异解释率分别为7.17%(混合线性模型)和16.57%(多元回归模型),加性效应分别为0.07mg/(粒·天)和0.09mg/(粒·天)。6个QTL的增效等位基因来自C堡,它们分别是位于第1染色体上RM237-RM5389区段内的qGFR1.1和RM8105-RM84区段内的9GFR1.2、位于第4染色体上RM518-RM3471区段内的qGFR4.1、位于第6染色体RM3330-RM162区段内的qGFR6.1和RM6811-RM5753区段内的qGFR6.2和位于第10染色体上RM3470-RM1125区段内的qGFR10.1.2.与时间相关的动态QTL定位方法中,利用两种遗传模型共检测到8个控制籽粒灌浆速率的QTL；以及13对互作位点对。这8个动态QTL分布于第1、2、5、6(2个)、8、9和第10染色体上。5个QTL的增效等位基因来自稽稻,其中qGFR10.2在两种模型中均被检测到,表型变异解释率分别为9.35%(混合线性模型)和17.18%(多元回归模型),加性效应分别为0.06mg/(粒·天)和0.09mg/(粒·天)。3个QTL的增效等位基因来自C堡,它们分别是位于第1染色体RM5-RM5461区间的qGFR1.3、位于第2染色体RM3688-RM6617区间qGFR2.3以及位于第6染色体RM510-RM225区间的qGFR6.6。3.将粒重矫正到同一水平,利用两种遗传模型共检测到13个控制籽粒灌浆速率的条件QTL以及11个位点间互作。这13个条件QTL分布于第1(2个)、4、5、6(3个)、8、9和10(2个)染色体上。8个条件QTL的增效等位基因来自穞稻,其中qGFR9.1在两种遗传模型中检测到,表型变异解释率分别为12.15%(混合线性模型)和34.05%(多元回归模型),加性效应分别为0.07mg/(粒·天)和0.10mg/(粒·天)；qGFR10.2在两种遗传模型中也检测到,表型变异解释率分别为7.17%(混合线性模型)和16.58%(多元回归模型),加性效应分别为0.07mg.(粒·天)和0.09mg.(粒·天)。5个条件QTL的增效等位基因来自C堡,它们分别是位于第1染色体RM237-RM5389区段内的qGFR1.1和RM5-RM5461区段内的qGFR1.3、位于第4染色体RM518-RM3471区段内的qGFR4.1、位于第8染色体RM3572-RM4085区段内的qGFR8.1和位于第10染色体RM3470-RM1125区段内的qGFR10.1、4.利用回交和SSR分子标记辅助选择相结合的方法构建了以C堡为遗传背景的稽稻染色体片段置换系群体。该群体由55个置换系组成,覆盖了96.54%的穞稻基因组。其中含7个穞稻染色体片段的置换系有4个,含有6个、5个、4个、3个、2个和1个穞稻染色体片段的置换系数目分别为1个、17个、13个、11个、4个和5个。12条染色体上穞稻供体等位基因导入频率最大为18.42%,最小为0.44%,平均为4.72%。5.K111005-1、K111005-2、K111005-6、K111010-5、K111010-2、K111010-7等6个置换系携带的RM1328-RM3912段含有控制籽粒灌浆速率增效等位基因的杂合位点QTLqGFR9.1。K111009-1、K111009-5、K111009-10和K111011-7等4个置换系携带的RM1108-RM3773片段含有控制籽粒灌浆速率增效等位基因杂合位点QTLqGFR10.2。综合上述籽粒灌浆速率QTL的定位结果,发现qGFR9.1和qGFR10.2是两个控制籽粒灌浆速率的稳定的主效QTL,在稽稻和C堡中均存在多个控制籽粒灌浆速率的有利等位基因,1个来自穞稻