水稻垩白粒率QTL qPGWC-1的遗传分析及定位

发布时间：2020-06-12 13:37

【摘要】：垩白是指稻米胚乳中由于淀粉颗粒等排列疏松而形成的白色不透明的部分,包括心白、腹白和背白。垩白作为水稻重要的农艺性状,是衡量稻米外观品质的主要指标,同时也影响水稻理化特性以及加工品质。水稻垩白包括垩白粒率、垩白度等指标,属于数量性状,受核基因控制,也受母体效应影响,受环境影响较大。本研究在海南陵水和浙江富阳种植以中恢9308为轮回亲本,与协青早B多次回交及自交得到的BC_4F_3剩余杂合体家系及其衍生群体,开展垩白粒率QTL定位及相关研究。主要结果如下:1.经初步检测,发现位于1号染色体长臂物理位置26-43Mbp处存在控制水稻垩白粒率的QTL。为进一步验证该结果,在目标区间筛选出3株剩余杂合体单株发展群体,分别名为P1、P2、P3。在富阳与陵水连续两季种植3套群体。采用WinQTL Cart 2.5的区间作图法在目标区间进行稻米垩白粒率QTL分析。结果表明,3套群体在富阳均能检测到垩白粒率QTL,群体P1和P2在陵水能检测到垩白粒率QTL,但群体P3在陵水未能检测到垩白粒率QTL。该QTL贡献率最低6.8%,最高21.9%,在影响垩白粒率的同时,也改变垩白度。中恢9308携带的等位基因起降低垩白粒率的作用。2.应用梯形剩余杂合体方法,在群体P1中筛选出4个剩余杂合体单株,分别命名为RH1-4,4个单株自交获得4套近等基因系,比较4套近等基因系两两之间垩白粒率是否存在差异,并根据不同单株杂合区间的位置,将目标QTL定位在分子标记RM212-RM11872的区间内,物理距离约3.3Mb;进一步在RH3剩余杂合体单株后代群体里筛选出8个新的剩余杂合体单株,分别命名为RH5-12,比较8套近等基因系两两之间垩白粒率是否存在差异,并根据不同单株杂合区间的位置,将目标QTL定位在分子标记Z345-Z383的区间内,物理距离1,251kb。因目标QTL主要控制垩白粒率,将其命名为qPGWC-1。3.垩白受灌浆期环境温度影响大,本研究发现抽穗后20d前后的温度影响尤为明显。通过在陵水和富阳两地垩白粒率表型考察发现,在中恢9308遗传背景下,灌浆期高温环境下垩白粒率更高。4.扫描电镜结果表明垩白部分与透明部分淀粉颗粒在形态、结构、排列等多个方面存在显著的差异,垩白部分的淀粉颗粒多呈无规则多边形或球形椭球形,表面有不规则凸起,形状大小各异,颗粒之间排列疏松,具有较多的空隙,这也是导致垩白产生的物理学原因。5.本研究发现,携带协青早B片段的近等基因系直链淀粉含量低于携带中恢9308片段的近等基因系,而两者糊化温度差异不明显。6.考察NIL~(XB)和NIL~(9308)的一些主要农艺性状发现,两者在抽穗期、株高、有效穗、穗粒数、千粒重等多个重要农艺性状上无明显差异。初步说明qPGWC-1对其它重要农艺性状无明显影响,推测其可以用于水稻育种,在降低垩白粒率的同时不会对水稻产量带来明显的负面影响。
【图文】：

-5 5 R830-R3166 BIL 日本晴-6a 6 R1962-C191B BIL 日本晴-6b 6 C1478-R2171 BIL 日本晴-8a 8 RM2344-RM38 IL 特青/普-8b 8 G1149-R727 CSSL AsomiG187-RZ66 DH 窄叶青-9 9 XNbp36-XNpb103 CSSL AsomiRM296-RM216 IL 特青/普-12 12 RM5568-RM7003 IL 特青/普基因以及淀粉合成相关基因克隆表现的相关基因用 H94 和珍汕 97 所构建的 DH 群体及其回交群体，精细定制垩白粒率的 QTL-Chalk5，该基因是第一个被克隆的直接泡上的转运 H+的焦磷酸酶，，是胚乳特异表达的一个正调控态平衡来影响内膜转运系统，进而影响胚乳亚细胞超显微结米品质性状具有大的、普遍性影响，尤其影响腹白率、精米稠度和容重。

图 1.2 C 型丙酮酸正磷酸酯二激酶基因敲除突变导致稻米垩白粉质胚乳Fig. 1.2 White-core endosperm floury endosperm-4 in rice is generated by knockout mutations in the C-typepyruvate orthophosphate dikinase gene (OsPPDKB)Wang 等(2008)从中花 11 的突变体中筛选到一株灌浆有缺陷的突变体 gif1,与野生型相比，其灌浆程度低、籽粒淀粉粒排列松散、垩白度高（图 1.3），最终的粒重比野生型低 24%、直链淀粉和支链淀粉含量也明显比野生型低。利用该突变体克隆了一个编码细胞壁转化酶基因 GIF1(Grainincomplete filling 1)，位于第 4 染色体上，其 cDNA 全长 2089bp，包含 7 个外显子，编码 598 个氨基酸组成的蛋白产物，负责控制蔗糖酶的活性。该基因突变导致蔗糖酶活性发生变化，无法正常地将蔗糖转化为葡萄糖，导致淀粉含量下降，垩白增加。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511

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本文编号：2709610