直立重穗突变体的遗传分析、候选基因克隆与育种利用

发布时间：2017-03-30 20:20

  本文关键词：直立重穗突变体的遗传分析、候选基因克隆与育种利用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究以EMS诱变籼稻重穗型骨干恢复系蜀恢498(R498),获得遗传稳定的2个籼稻直立重穗突变体(R1338、R334),以及其野生型对照品种蜀恢498为研究材料；对直立穗突变体的表型、解剖结构、群体生理特性进行了系统研究；对其直立穗基因进行了遗传分析和候选基因克隆分析；并通过不完全双列杂交,研究了直立穗突变体R1338和R334在育种中的应用前景。具体结果如下：1.直立穗突变体RI338和R334的株高、穗长、籽粒长、籽粒厚度方面极显著小于野生型,而籽粒宽度、着粒密度方面则极显著大于野生型,千粒重、穗粒数和单穗重等其他农艺性状方面突变体和野生型均无差异。R1338的穗弯曲度8.48°,R334的穗弯曲度22°左右,属于典型的直立穗型材料。2.直立穗突变体R1338和R334的茎杆直径、壁面积、横截面积、穗颈腔面积、纤维素和木质素的含量均显著高于野生型蜀恢498,节间变短,其抗倒力显著增加；穗发育过程中一次枝梗的长度变短,一次枝梗密度增加,是保持穗直立的主要原因。3.直立穗突变体R1338和R334的叶片长度变短,剑叶的叶角变小,灌浆后期叶绿素含量,包括chlb和类胡萝卜素car的含量显著高于野生型,有延缓早衰的特性。在群体透光性方面,从冠层向下直立穗群体的光强度降低速度远小于弯曲穗群体,直立穗群体光合效率较高。4.遗传分析表明R1338和R334的直立穗特性均受一对半显性基因控制；进一步通过近等基因池重测序结合共分离分析表明R1338的直立穗特性是已报道的DEP2/EP2基因的等位突变,但与已报道的DEP2/EP2移码突变体突变方式不一样,其突变发生在第7外显子,第928个碱基A突变成G,导致碱性的精氨酸(AGG)被置换成中性的甘氨酸(GGG),说明该突变位点可能是该基因编码蛋白质的重要结构域。R334的直立特性可能是由第9染色体LOC_Os09g07220基因突变导致,在该基因包含2个外显子,全长1725bp,其突变位点发生第一个外显子上C突变成T导致氨基酸序列中第56个碱性的精氨酸突变成中性的半胱氨酸,该基因可能是一个控制直立穗的新基因,定名为DEP4。5.利用弯曲和DEP1直立穗不育系与蜀恢498及直立穗突变体进行不完全双列杂交组合的产量和相关性状分析表明：尽管直立穗不育系或者恢复系受不同的直立穗基因控制,与弯曲穗亲本的杂交F1均表现为半直立,直立穗与直立穗亲本的杂种F1均表现为直立；在遗传背景相近的情况下,半直立穗杂交稻组合的产量与传统弯曲穗相当或更高,直立穗杂交稻组合产量较低。比较遗传背景相同或相近的弯曲穗、半直立穗和直立穗杂交稻组合,分析其产量构成、茎秆和叶片等有差异的性状,半直立穗组合的这些性状表现介于弯曲穗和直立穗之间,其株高和穗长降低,茎秆性状更优,群体透光性和光合效率提高,其它产量性状无影响。因此,针对西南稻区“寡日照、高湿度、小温差”的生态条件,通过选育籼型半直立重穗杂交稻品种,适当增加密度,可能是进一步提高西南稻区水稻产量的最佳选择之一。
【关键词】：直立穗突变体 遗传定位 群体生态 杂交稻 应用
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-31
• 1. 水稻穗型及分类13-16
• 1.1 水稻穗型分类13-15
• 1.2 水稻穗型的其它变异类型15-16
• 2 水稻穗型遗传与相关基因功能16-20
• 2.1 水稻穗型遗传16-17
• 2.2 水稻穗发育相关基因17-19
• 2.3 直立穗遗传与基因功能19-20
• 3 穗型与群体生理生态20-24
• 3.1 穗型影响群体的光分布20-21
• 3.2 穗型影响水稻群体的温度和湿度分布21-22
• 3.3 穗型对群体CO_2扩散的影响22
• 3.4 穗型与穗部光合作用效率22-24
• 4 穗型对库源关系和产量的影响24-30
• 4.1 水稻的源和库24-26
• 4.2 直立穗型水稻品种的库源关系特点26-28
• 4.3 直立穗型水稻产量组成因子28
• 4.4 直立穗型对抗倒性的影响28-29
• 4.5 直立穗型和其它性状之间的关系29-30
• 5 本研究的目的意义30-31
• 第二章 材料与方法31-37
• 1 试验材料31
• 2 试验方法31-37
• 2.1 蜀恢498和R1338、R334的农艺性状和穗发育分析31-32
• 2.2 蜀恢498和R1338、R334的茎穗组织差异分析32-33
• 2.3 蜀恢498和R1338、R334叶片性状、光合特性和生理指标研究33
• 2.4 直立穗的遗传与基因克隆33-35
• 2.5 直立穗突变体R1338和R334的育种利用35-37
• 第三章 结果与分析37-94
• 1 蜀恢498和R1338、R334的农艺性状和穗发育比较分析37-42
• 1.1 突变体与野生型农艺性状的差异37-39
• 1.2 直立穗突变体与野生型穗发育比较39-41
• 1.3 直立穗突变体与野生型灌浆动态比较41-42
• 2. 突变体穗部组织结构与穗直立特性42-46
• 2.1 突变体与野生型穗弯曲度变化比较42-43
• 2.2 直立穗突变体的枝梗变异比较分析43-46
• 3 突变体茎杆组织结构和主要成分的变异分析46-48
• 3.1 突变体株高和节间长度46
• 3.2 突变体穗颈节形态性状和维管组织46-47
• 3.3 突变体穗部的纤维素和木质素含量47-48
• 4 突变体叶片和光合生理相关性状分析48-59
• 4.1 直立穗型与野生型叶片性状比较48-49
• 4.2 直立穗型与野生型光合色素含量的差异分析49-50
• 4.3 直立穗型与野生型光合效率比较分析50-51
• 4.4 直立穗型与野生型抽穗后物质积累及转运差异51-56
• 4.5 直立穗型与野生型群体通透性差异56-59
• 5 直立穗突变体的遗传分析及定位59-65
• 5.1 突变体R1338的遗传分析及分子定位59-63
• 5.2 突变体R334的遗传分析及候选基因分析63-65
• 6 直立穗突变体在育种上的应用65-94
• 6.1 突变体直立性状在杂交稻组合中的表现66-69
• 6.2 突变体所配杂交稻组合的产量表现及配合力分析69-71
• 6.3 突变体所配杂交稻组合产量性状及配合力分析71-77
• 6.4 直立穗亲本对组合穗抗弯曲能力的影响77-81
• 6.5 直立穗亲本对组合上部三叶性状的影响81-86
• 6.6 直立穗亲本对组合光合特性的影响86-89
• 6.7 杂交组合群体透光性变化89-94
• 第四章 讨论94-101
• 1 直立穗基因的定位94-95
• 2 穗部直立机理的探索95-96
• 3 穗型对群体通透性的影响96-97
• 4 直立穗在杂交水稻中的应用97-101
• 4.1 直立穗突变体所配组合直立性影响98-99
• 4.2 直立穗突变体对所配组合产量及相关性状的贡献99
• 4.3 直立穗突变体所配组合的运用前景99-101
• 参考文献101-114
• 致谢114

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