水稻株型与产量性状的QTL定位及卷叶基因REL4的研究

作     者：赵永晖 

作者单位：华南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张泽民

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：水稻 重组自交系 农艺性状 QTL 精细定位 

摘      要：作为世界上最重要的粮食作物水稻,在全世界约有一半的人口以水稻产品为主食。矮杆基因成功在水稻中的利用和杂交种的广泛使用,水稻产量在两次“绿色革命中得到迅速提升,但随着城市化的加剧,人均耕地面积减少,粮食短缺问题一直存在,水稻单产提升依然艰巨,所以挖掘株型和产量相关的QTL有利于进一步研究水稻理想株型育种提供理论依据。本研究采用中花11和rel4杂交构建了142份重组自交系群体,对水稻株型和产量相关性状进行QTL定位,同时用中花11和rel4构建群体大小为765的F2分离群体,对早季和晚季定位到的QTL位点q LRI2-1、q LRI2-2进行精细定位。主要结果如下: 1、在早季和晚季对RIL群体的株型（株高、卷曲度、叶宽）和产量（穗长、粒长、粒宽、千粒重、长宽比）等性状进行表型调查,研究表明,在RIL群体内株型和产量性状都表现为双向超亲分离趋势,群体表型呈线性分布。 2、利用267对亲本间多态SSR标记,构建了ZH11和rel4重组自交系的遗传连锁图谱,得到一个覆盖水稻基因组1435.8c M的遗传连锁图谱,标记平均遗传距离为6.0c M。 3、对株型（株高、叶宽、卷曲度）和产量（穗长、粒长、粒宽、千粒重、长宽比）等农艺性状进行QTL定位,在142份重组自交系群体中检测到72个QTL位点,其中正效应36个,占50.0%,调控株高的有8个,叶宽7个,卷曲度5个,穗长7个,粒长9个,粒宽11个,千粒重11个,长宽比14个,分别位于1、2、3、4、5、6、7、8、9和10号染色体上,加性效应范围为-5.77-31.98。有29个QTL在两季中被重复检测。 4、在RIL群体中一因多效的现象普遍存在,ZH11和rel4重组自交系群体内,产量相关性状QTL成簇分布在各染色体上,在1、2、3、4、5、8号染色体上发现6个QTL簇,这些QTL簇一共包括42个相关位点,占农艺性状总数的58.33%。水稻的产量和植株形态和穗部结构是密不可分的,多性状QTL相互影响最终构成水稻产量。 5、对F2群体进行遗传分析显示x2[1:2:1]=1.8320.05=5.99,rel4突变体卷叶表型受一个半显性基因调控,细胞学结构观察结果显示ZH11泡状细胞数目为5.20±0.45,rel4突变体中为3.40±0.55;ZH11叶片中泡状细胞平均面积为4661.60±175.27 um2,rel4突变体叶片中泡状细胞平均面积为2030.20±225.04um2,因此rel4突变体主要通过调控泡状细胞的数量与大小来调节水稻叶片的卷曲。 6、REL4定位在2号染色体插入缺失标记Indel 6和Indel 8的150kb之间,根据基因注释和表达量分析预测Roc5基因为REL4候选基因,测序分析结果显示在3’UTR核心motif上存在一个单碱基突变（G突变为T）,导致RNA的二级结构发生改变,形成了一个新的茎环结构。 7、对REL4家族的9个成员基因序列分析,结果显示在9个成员的3’UTR上都存在17-bp的核心motif,蛋白序列分析结果显示REL4家族基因都存在homeobox同源结构域和START结构域,并在homeobox同源结构域处高度保守。