水稻SH6功能分析及应用评价和其CSSL-Z481的穗部性状QTL分解
作者单位：西南大学
学位级别：硕士
导师姓名：赵芳明
授予年度：2023年
摘 要：粮食安全是保障国家安全的重要基础,水稻是人民赖以生存的主要粮食作物,提高其产量是重要的育种目标。水稻落粒性和穗部性状都会最终影响水稻产量,但这些性状都是由多基因控制,遗传基础复杂。单片段代换系（SSSL）可将这些复杂性状的QTL较准确地分解为单个孟得尔因子研究,且与育种工作紧密衔接,因而是理想的遗传研究和育种材料。Z481是以粳稻日本晴为受体亲本,籼稻恢复系R225为供体亲本构建的含4个代换片段的CSSL,本文首先对前期在Z481中使用BSA法精细定位的落粒基因SH6进行遗传互补验证、生物信息学分析和亚细胞定位等功能分析;然后将CSSL-Z481代换片段携带的穗部性状的QTL分解到相应的次级单片段代换系上,并分析了QTL间的加性和上位性互作效应;最后利用籼型恢复系西恢18为遗传背景的SH6单片段代换系Z983评价了难落粒基因SH6改良籼型水稻易落粒性的育种应用潜力。主要研究结果如下:***6基因遗传互补验证在前期对SH6精细定位和候选基因分析基础上,用PCR以日本晴为模板扩增SH6候选基因AP2全长编码区序列,包括足够的上游和下游序列,然后插入到p CAMBIA1301载体,重组质粒用农杆菌介导法转入Z481。共获得9株互补转基因阳性植株,其互补转基因阳性植株离层区断面与日本晴离层区断面部位相似,表现难落粒,而Z481离层区发育良好,表现易落粒。表明SH6是控制落粒性的目的基因。进一步对SH6的纯合互补难落粒转基因株系、日本晴、Z481的水稻小穗枝梗部位进行纵向切片,并用吖啶橙（OA）染色,荧光显微镜下观察显示,日本晴和纯合互补难落粒转基因株系的水稻小穗枝梗部位没有离层结构,而Z481有较明显的离层结构,显示为暗红色条带状。进一步证明该AP2转录因子是难落粒SH6的目的基因。***6基因生物信息分析SH6基因组序列全长2582bp,编码含278个氨基酸残基的蛋白质。相对分子量为29197.46D,理论等电点为4.97。该基因编码蛋白包含一个植物特有的AP2/ERF保守结构域,位于第75-136个氨基酸残基之间。***6蛋白的亚细胞定位构建了SH6-GFP融合表达载体,使其在水稻原生质体中瞬时表达,观察到SH6-GFP绿色荧光信号可以跟细胞核marker红色荧光信号完全重合,表明SH6蛋白位于细胞核。***6所在的四代换片段CSSL-Z481的穗部性状分析Z481是以日本晴为受体亲本、籼稻R225为供体亲本选育而成的含4个代换片段的CSSL。与日本晴相比,Z481的粒宽极显著减少,而粒长、长宽比、千粒重、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长、每穗实粒数均极显著或显著增加。细胞学分析表明,与日本晴相比,Z481的颖壳内表皮细胞长度极显著增加,宽度极显著减小,颖壳外表皮细胞总数无显著差异。5.Z481代换片段携带的穗部性状QTL分析利用日本晴/Z481构建的次级F群体进行QTL定位,在Z481的4个代换片段上鉴定出12个穗部相关QTL,贡献率从4.15%到89.81%,其中,q NSB6可使Z481在日本晴遗传背景下的二次枝梗数增加,q GPP6可使Z481的每穗实粒数增加,q GL3和q GL1及q GL6可使Z481籽粒变长,q GW1和q GW3使Z481籽粒变窄,q RLW1、q RLW3和q RLW6使Z481籽粒长宽比增加,q GWT3和q GWT6使Z481的千粒重增加。6.Z481的穗部性状QTL的次级单、双片段代换系选育和QTL加性和上位性效应分析利用MAS在F共构建了11个单片段代换系（S1—S11）和3个双片段代换系（D1—D3）,在11个SSSL中,共鉴定出41个穗部性状QTL,其中8个（q GL1、q GL3、q GL6、q GW1、q GW3、q RLW1、q RLW3和q RLW6）可同时被检测到;q GL1-2等33个QTL仅被单片段代换系检测到,通过与已报道基因（QTL）相比,15个QTL可能为新鉴定到的QTL。利用3个DSSL分析了QTL间的上位性效应及聚合效果,结果表明,不同QTL聚合会产生不同的上位性效应,如q GL3（a=1.26）和q GL6-2(a=0.86)聚合产生了-0.77的上位性效应,据DSSL遗传模型,D2的粒长遗传效应（1.35）产生了更长的粒长表型;q GWT3-2(a=3.18)和q GWT6-2(a=3.39)聚合产生了-5.46的上位性效应,则D2的千粒重遗传效应（1.11）产生了更小的籽粒。该结果有助于据这些遗传信息预测设计基因型的表型,从而选择合适的SSSL进行育种设计,因而具有重要参考价值。7.难落粒基因SH6在改造籼型易落粒杂交水稻育种中的应用评价为了评价SH6改良籼稻落粒性以适应水稻机械化收获的应用潜力,以不育系110A/Z983（籼稻恢复系西恢18背景的显
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