水稻极晚熟抽穗期基因qHD8-1的精细定位

论文摘要

水稻是世界上最重要的粮食作物之一。水稻既是单子叶植物的模式植物,也是禾本科代表植物。抽穗期是水稻品种的三大重要农艺性状之一,其长短将影响品种的地区和季节适应性,长期以来受到育种家的广泛重视。因此,深入了解水稻抽穗期的遗传规律,对相关的基因进行精细定位和克隆,探讨通过分子水平的操作来改良水稻的生育期性状具有广阔的应用前景。同时,水稻的抽穗期基因等同于双子叶植物的开花期基因,调控植株从营养生长到生殖生长的转变,已是当前发育生物学的研究热点。单片段代换系是进行基因分析特别是QTL定位的理想材料。建立单片段代换系,不仅可以挖掘和利用新的基因资源,大大提高QTL定位的准确性和精确性,而且使基因鉴定、基因定位、分子标记辅助选择和育种这些不连续的环节紧密联系在一起。并且实现植物分子育种从个别基因利用到基因组的综合开发利用的跨越式发展,同时为基因聚合育种工程积累丰富的基因资源。山东农科院高新技术研究中心分子设计育种实验室以紫恢100和Katy两个水稻品种为供体亲本,利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法构建了一个以籼稻品种“华粳籼74”为遗传背景的单片段代换系群体。这个单片段代换系将在基因或QTL的定位、克隆、功能分析及水稻分子育种中具有重要的利用价值。本研究利用这一个带有华粳籼74遗传背景的单片段代换系文库对水稻抽穗期基因进行评价,发现两个单片段代换系W06-26-35-1-5-2带有极晚熟抽穗期基因,在山东种植,抽穗期稳定且表现为晚抽穗。这个代换系的代换区间为PSM152-PSM154-PSM155-RM25-RM547-RM72-RM404,在第8染色体上,带有抽穗期基因,暂定名为qHD8-1。利用这个代换系与受体亲本华粳籼74进行杂交,得到F2分离群体,通过对分离群体单株进行抽穗期鉴定,发现两个分离群体的晚抽穗单株数与早抽穗单株数的分离比例都符合3:1,证明该晚抽穗基因为显性基因。利用这两个F2分离群体,对抽穗期基因qHD8-1物理作图。qHD8-1基因首先被定位到第8染色体PSM155和RM547之间,遗传距离约为7.3 cM的区间上。随后,挑选了这个靶标区间已有的另外16个引物来进一步定位,qHD8-1被定位到RM22475和RM22548之间,物理距离大约193kb。为了精细定位这个qHD8-1基因,再次发展了引物,qHD8-1最终被定位到标记RM22492和P23之间,遗传距离为26 kb,序列分析表明该区域含有5个开放性阅读框,并得到了qHD8-1的五个候选基因的cDNA序列。该结果为qHD8-1基因的克隆和分子标记辅助育种奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 水稻抽穗期性状的研究进展
• 1.2 水稻抽穗期基因的精细定位与克隆研究进展
• 1.3 水稻单片段代换系的构建的研究进展
• 1.3.1 次级作图群体
• 1.3.2 单片段代换系
• 1.3.3 水稻单片段代换系的构建
• 1.3.4 QTL 分析
• 1.3.4.1 QTL 鉴定的方法
• 1.3.4.2 QTL 命名的方法
• 1.3.4.3 QTL 加性效应值的估算方法
• 1.3.4.4 水稻抽穗期QTL 的数量
• 1.3.5 水稻单片段代换系的研究进展
• 1.3.5.1 QTL 鉴定与初步定位
• 1.3.5.2 QTL 精细定位
• 1.3.5.3 QTL 之间的互作研究
• 1.3.5.4 利用单片段代换系研究QTL 的生理功能
• 1.3.5.5 单片段代换系在作物育种上的应用
• 1.4 SSR 分子标记技术
• 1.4.1 微卫星的类型及其在水稻基因组中的分布
• 1.4.1.1 微卫星的类型
• 1.4.1.2 微卫星在水稻基因组中的分布
• 1.4.2 微卫星技术原理及流程
• 1.4.3 微卫星技术开发与设计
• 1.4.3.1 通过筛选基因组文库获得
• 1.4.3.2 通过检索获得
• 1.4.4 构建分子遗传图谱
• 1.4.5 SSR 与基因定位、克隆和QTL 分析
• 1.4.6 品种鉴定
• 1.5 水稻抽穗期QTL 的光温反应特性分析
• 1.5.1 水稻抽穗期QTL 的感光特性分析
• 1.5.2 水稻抽穗期QTL 的感温特性分析
• 1.5.3 QTL 与环境的互作
• 1.5.4 利用单片段代换系分析水稻光温特性的可行性
• 1.6 分子设计育种
• 1.6.1 分子设计育种的研究内容
• 1.6.2 水稻分子设计育种的发展背景
• 1.7 存在的问题与展望
• 1.7.1 水稻抽穗期QTL 的稳定性和育种应用
• 1.7.2 水稻抽穗期QTL 与主基因的关系
• 1.7.3 QTL 定位研究的局限
• 1.7.4 水稻抽穗期基因的地理分布规律
• 1.7.4.1 籼稻与粳稻
• 1.7.4.2 早稻、中稻和晚稻
• 1.7.5 杂交稻生育期超亲晚熟问题
• 1.7.6 关于显性早熟基因在水稻育种中的利用
• 1.8 本研究的目的和意义
• 1.9 研究思路及方案
• 1.9.1 研究目标
• 1.9.2 研究内容
• 1.9.3 研究方案
• 1.10 创新之处
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 亲本材料
• 2.1.2 作图群体的构建
• 2.1.3 次级单片段代换系的发展
• 2.1.3.1 杂交
• 2.1.3.2 F1 真假杂种的检测
• 2.1.3.3 F2 材料的种植
• 2.1.3.4 F3 材料的种植
• 2.1.3.5 代换片段长度的计算
• 2.1.3.6 重叠群QTL 分析的方法
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验材料的种植
• 2.2.2 抽穗期的调查
• 2.2.3 可以用标记的筛选与分析
• 2.2.4 微卫星（SSR）标记的发展
• 2.2.5 缺失多态性标记（InDel）的发展
• 2.2.6 分子标记的物理定位
• 2.2.7 目标基因的遗传作图
• 2.2.8 遗传图与物理图的整合
• 2.3 微卫星标记检测的方法
• 2.3.1 SSR 标记
• 2.3.2 主要试剂
• 2.3.3 主要仪器和设备
• 2.3.4 DNA 的提取
• 2.3.5 PCR 扩增
• 2.3.6 电泳
• 2.3.7 银染和结果记录
• 3 结果与分析
• 3.1 次级单片段代换系的发展
• 3.2 水稻极晚熟抽穗期基因qHD8-1 的遗传分析及精细定位
• 3.2.1 代换系抽穗期鉴定
• 3.2.2 抽穗期分离群体分析
• 3.2.3 微卫星标记与表型的共分离
• 3.2.4 连锁分析
• 3.2.5 水稻极晚熟抽穗期基因qHD8-1 的精细定位
• 3.2.6 候选基因的预测
• 3.2.7 候选基因的扩增引物表
• 3.3 候选基因的基因组的分析
• 3.3.1 候选基因的基因组的获得
• 3.3.2 候选基因的基因组的同源性分析
• 3.3.3 候选基因的cDNA 的获得
• 3.3.4 候选基因的cDNA 的序列同源性分析
• 4 讨论
• 4.1 水稻抽穗期的遗传表现
• 4.2 单片段代换系为QTL 定位提供良好的群体材料
• 4.3 SSR 分子标记有助于抽穗期的大规模遗传改良
• 4.4 高密度的分子标记连锁图谱有利于水稻基因精细定位
• 4.5 水稻抽穗期的定位研究
• 4.6 抽穗期遗传学与发育生物学
• 4.7 图位克隆和候选基因方法的比较
• 4.8 水稻抽穗期设计育种
• 4.9 分子与育种的思考
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文情况
• 博士学位论文内容简介及自评