水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位

【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath,以及杂交构建的186个家系的重组自交系群体为研究材料,利用高通量测序技术对亲本和RIL株系进行深度测序。统计186个RIL基因型数据,利用滑动窗法（SNP/InDel数目为15）,将窗口内SNP/InDel信息转换成窗口的基因型,预测染色体上的重组断点构建RIL群体的BinMap遗传图谱,结合2年的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的表型数据,运用QTL IciMapping软件,采用复合区间作图法对RIL群体的4个性状进行QTL定位。【结果】构建了一张包含12 328个Bin标记的高密度遗传图谱,该图谱各染色体Bin标记数为763—1 367个,标记间平均物理距离为30.26 kb。粒长、粒宽、粒厚和千粒重4个性状在RIL群体中呈近正态连续分布,且2年间的变化趋势相似,符合QTL作图要求。2018年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,共检测到40个粒型QTL,其中,粒长12个,粒宽9个,粒厚8个,千粒重11个,2019年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,检测到56个籽粒相关的QTL,粒长15个,粒宽11个,粒厚13个,千粒重17个。分析定位到的96个粒型QTL位点,连续2年都能检测到的QTL位点有11个,其中7个为已克隆的粒型基因位点,4个为未知的新位点,分别分布于第1、3、4、5染色体上,分别为粒长qGL-1-2和qGL5-2、粒厚qGT-3-2、粒宽qGW-4-1。【结论】构建了一张包含12 328个Bin标记的分子遗传连锁图谱,解析大粒粳稻资源的粒型基因,获得了qGW-4-1、qGL5-2、qGT-3-2、qGL-1-2等4个新的粒型QTL,可用于后续粒型调控基因的精细定位及克隆研究。     

粳稻BT型细胞质雄性不育恢复基因功能标记的开发与应用

 为提高粳稻BT型细胞质雄性不育恢复基因的选择效率,在前人克隆的基础上,根据其恢复系与不育系在Rf1a位点574 bp的碱基插入/缺失,设计出功能标记InDel Rf1a。利用该标记对不同地区来源的72份籼、粳稻材料进行检测,结果表明所有的常规籼稻品种、恢复系及保持系在Rf1a位点并不存在缺失,其基因型为Rf1aRf1a。这些材料对粳稻BT型细胞质雄性不育系具有恢复育性的作用;而绝大多数常规粳稻品种（爱知106和伊粳12号除外）在该位点存在缺失,其基因型为rf1arf1a,它们对BT型细胞质雄性不育系具有保持不育的能力。同时,为进一步验证该标记对不同基因型的检测效果,利用其对粳稻恢复系、不育系、杂交组合以及863A/宁恢 8号 F2分离群体的DNA进行扩增,根据其电泳带型可准确区分出Rf1a位点的3种基因型。     

水稻重组自交系分子遗传图谱构建及分蘖角的QTL检测

利用株型差异显著的特大粒粳稻品系TD70和籼稻小粒品种Kasalath为亲本配制组合,以单粒传方法构建含240个株系的重组自交系(RIL)群体。选用838对SSR引物进行亲本多态性筛选,共检测到302对具有多态性的引物,频率为36.04%。从中选择带型清晰且在基因组中均匀分布的141个SSR标记对RIL群体进行基因型分析,结果表明:群体中父母本基因频率分别为53%和47%,群体结构平衡性好。构建的水稻分子连锁图谱共包含141个标记座位,总图距约1 832.47 cM,标记间平均图距为12.7 cM,标记间图距范围为0.43～36.11 cM,符合QTL作图的基本要求。除第1、第8染色体个别标记位置外,其他染色体上标记顺序和位置与已公布的日本晴遗传图谱序列基本一致。以该群体为材料,对分蘖角度进行了QTL检测,共检测到控制分蘖角度的3个QTL位点,分别是qTA8、qTA9和qTA11,贡献率分别为4.10%、26.08%和4.35%,其中qTA9包含控制水稻分蘖角度基因TAC1。该图谱的构建为研究籼粳交后代各种性状的遗传规律及QTL定位打下了基础。     

不同水稻品种(系)抗倒伏能力与茎秆形态性状的关系

分析水稻株高、基部节间形态性状等水稻茎秆的物理性状,以阐明决定水稻倒伏的主要因素.以抗倒伏品种南粳44和武运粳7号与不抗倒伏品系宁7412为试验材料,通过氮钾肥配比试验,探明株高、基部节间形态性状与抗倒性的关系.结果显示:水稻倒伏指数与基部节间长度呈显著正相关,与基部节间的粗度、壁厚和截面积呈显著负相关;水稻的抗倒伏能力存在着品种间差异;增施氮、钾肥对水稻倒伏有显著影响.表明水稻基部节间的长度、粗度、壁厚和截面积对品种抗倒伏能力影响较大,这些性状的优化组合是提高水稻品种抗倒伏能力的关键.     

籼稻9311HR显性高秆突变体的遗传分析

在9311导入bar基因的后代9311HR中发现了1个高秆突变体。与原品系相比,高秆突变体的株高增加70~120 cm,各节间长度均有所增加。各节间的株高构成系数(各节间长度占株高的百分比),倒1节间比原品系低5~8个百分点;基部第1节间则比原品系高5~7个百分点;其余节间与原品系相近。该突变体穗长明显变长,每穗总粒数和每穗实粒数明显增加,一次枝梗数和结实率无明显差异。对该突变体进行遗传分析的结果表明,其高秆性状受1对显性基因控制。     

利用SSR标记和表型性状聚类分析食味优良粳稻多样性

 用SSR分子标记、食味性状、农艺性状3种数据对来自国内外不同地域的食味表现优良的常规粳稻品种（系）进行了多样性分析。72对SSR引物在60份供试材料中检测到290个等位基因变异,以第5染色体上平均等位基因数目最多。大部分食味优良粳稻材料之间的遗传相似性较高,遗传相似系数范围为0600~0924,检测的标记是以3~4个等位基因为主的SSR引物位点。利用SSR标记检测等位基因的材料分群结果表现出一定程度的地域性,江苏省内大多材料可聚为一类,而其他少数及北方粳稻材料多与国外食味优异粳稻品种亲缘关系较近,与其系谱分析结果基本一致。以食味鉴定表型性状为依据,部分产地来源不同而食味优良的材料明显聚为一类,表明遗传基础是决定其食味的主要因素。农艺性状表现与材料来源有一致性,而与食味优良的关系有待进一步明确。     

稻米淀粉黏滞性(RVA谱)特征值的遗传及QTL定位分析

利用武育粳3号/Aichi 106构建的F2 群体,研究了精米粉RVA谱8个特征值: 最高黏度(peak viscosity,PKV)、热浆黏度(hot paste viscosity,HPV)、冷胶黏度(cool paste viscosity,CPV)、崩解值(breakdown viscosity,BDV)、消减值(setback viscosity,SBV)和回复值(consistence viscosity,CSV)、峰值时间（peak time, PeT）、糊化温度（pasting temperature, PaT）的遗传规律。结果表明, PKV为由微效基因控制的数量性状;HPV、CPV、SBV、BDV、CSV可能是由一对主基因和微效多基因共同控制的数量性状;PeT可能由两对主基因控制,并且还受微效多基因的影响。用热研2号/密阳23构建重组自交系群体,于2005-2006年对稻米淀粉RVA谱8个特征值进行了数量性状基因座QTL定位和分析,两年试验共检测到34个QTL,分布在第1、2、3、4、6、7、8共7条染色体上;两年同时检测到的QTL共8个,其中qHPV6、 qCPV6、 qCSV6、 qSBV6、qBDV6位于第6染色体的Wx基因附近;qHPV2、qCSV2位于第2染色体RM341与RM475标记之间,qCPV2位于RM573与RM250标记之间。第2染色体上与支链淀粉合成有关的两个基因与RVA谱特征值有密切关系。     

氮肥用量和播期对优良食味粳稻直链淀粉含量的影响

以直链淀粉含量不同的半糯粳稻新品种(系)为材料,设置高氮(450kg/hm~2)、中氮(300kg/hm~2)、低氮(150kg/hm~2)和不施肥(CK)4个氮肥水平,分期播种并进行短日照处理,研究了氮肥用量和播期对优良食味粳稻直链淀粉含量的影响。结果表明,氮肥用量对优良食味粳稻的直链淀粉含量有显著影响,随着氮肥用量的增加,直链淀粉含量有降低的趋势,两年均以高氮处理的直链淀粉含量最低。播期对优良食味粳稻的直链淀粉含量也有显著影响,随播期的推迟,直链淀粉含量呈降低趋势,这主要与抽穗后6~15d的温度有关,高温可使直链淀粉含量提高。短日照处理的结果也证实了这一点。     

超级稻新品种南粳9108产量稳定性及高产特征分析

对超级稻新品种南粳9108在2011-2012年江苏省区域试验中产量的稳定性和2013-2014年江苏省机插高产栽培示范方中高产形成的特征特性进行了分析,以期为南粳9108的超高产栽培及示范推广提供理论依据。研究结果表明:(1)南粳9108的丰产性、稳产性和适应性均优于对照淮稻9号,产量潜力较高,通过改善栽培技术或环境能显著增加产量。(2)南粳9108从中高产到高产到更高产再到超高产,群体颖花量不断提高,且不同产量等级间差异显著,而结实率和千粒重在4个产量等级间略有增减,但差异不显著。群体颖花量的提高在由中高产提高到高产的水平上,主要依靠单位面积有效穗数的增加,而由高产提高到更高产再提高到超高产水平,则主要依靠在稳定足够穗数基础上增加每穗粒数。南粳9108产量与群体总颖花量和每穗粒数呈显著正相关,与有效穗数、千粒重和结实率呈不显著正相关。通径分析显示,群体总颖花量对产量的直接作用最大,其次是每穗粒数和有效穗数。千粒重和结实率通过影响有效穗数、每穗粒数和总颖花量而间接影响产量。因此,南粳9108超高产栽培应以足量的穗数获取较大的穗型,保证群体具有较大的总颖花量,并保持正常的结实率与千粒重。     

粳稻不同发育时期剑叶含氮量与稻米食味品质的关系

为定量分析水稻剑叶含氮量、籽粒蛋白质含量与食味值的相互关系,改善稻米的食味品质,以46份不同地理来源的优质粳稻品种为材料,测定抽穗后不同发育时期剑叶的含氮量,并于成熟期收获籽粒测定蛋白质含量及稻米食味值.结果表明,抽穗期和抽穗后7 d剑叶含氮量与食味值相关系数最大,分别为-0.635**和-0.661**.并通过多元逐步回归和聚类分析建立了根据剑叶含氮量预测稻米食味值的最优回归方程Y=74.879-2.450 X_1-2.622 X_2,且发现当抽穗期和抽穗后7 d剑叶含氮量小于或等于3.7%时,稻米食味值较高.