1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
水稻是最重要的谷类食物之一,世界上50%人口以其为食物,特别是亚洲人赖以生存的最重要作物(刘灵燕等,2009)。水稻种子活力是一个非常复杂的综合性状,表现在发芽率、苗长、根长、鲜质量、干质量、低温发芽能力、耐藏性、抗老化等诸多方面,而这些性状均是多基因控制的数量性状。Hayashi等认为种子发芽速度可能比发芽率更好评判种子活力,因为在种子储藏的过程中前者比后者下降更快。因此,种子的发芽速度是种子活力测定的一个理想的特性,如发芽率和发芽指数。有研究结果表明,种子活力主要由多个微效基因控制,如果能发掘控制种子活力的主效基因,利用分子标记辅助育种的方法聚合多个能提高种子活力的基因,就可以培育出种子活力高的品种,从遗传学上解决种子活力差的问题,而高活力的种子其产量也相对高,这就为提高作物产量奠定了良好的基础(马娟等,2010)。
目前,种子活力相关基因定位和克隆国内外已经有很多报道。据相关统计,Reoa等首先利用籼稻Labelle和BlackGora构建F2群体,以F3株系的芽长、根长、中胚轴和芽鞘为种子活力的相关性状,定位了13个QTLs,其中3个QTLs在2个温度下检测到。根长QTL位于水稻的第1条染色体长臂末端,在18e和25e条件下能解释根长表型变异31%和38%,增效等位基因来源于低活力亲本Labelle。Teng等利用ZYQ8/JX17DH群体进行水稻低温发芽性QTL分析,检测到2个低温发芽性QTLs,即qLTG-4和qLTG-9,分别位于水稻第4和第9染色体上。钱前等利用同一DH群体进行苗期耐冷性QTL定位,在第1、2、3、4染色体上分别检测到与苗期耐冷性有关的4个QTLs。Miura等利用籼粳回交后代的98个家系检测到3个控制水稻种子耐藏性的QTL:qLG-2、qLG-4、qLG-9,分别位于第2、4、9染色体上,其中qLG-9的贡献率(59.5%)最大。Sasaki等将实验室条件下分别贮藏1a、2a、3a后籼粳稻的重组自交系进行QTL分析,以发芽率和幼苗长势为种子寿命的指标,发现了12个QTL位点,分别位于7号染色体上(1个区域)和9号染色体上(2个区域)。姜旋等利用1个粳籼交来源的重组自交系群体,定位了7个控制水稻低温发芽的主效应QTL,分别位于第1、3、5、6、8染色体上,单个QTL对性状的贡献率为5%-16%。Cui等从生理学指标着手,利用籼/粳稻的重组自交系来检测控制总淀粉酶活性、A-淀粉酶活性、可溶性糖含量等幼苗活力指标的QTL,共检测到31个QTLs,分别控制5个不同的活力指标,主要位于第3、5、6染色体上,发现控制酶活性、可溶性糖含量与控制发芽率及幼苗长势的QTL位于相似的区域,也就是说种子活力相关性状QTL分布相对集中的染色体区段。
随着水稻全基因组的测序,水稻种子活力相关基因定位和克隆相继出现。但是,目前水稻种子活力相关基因位点仍然有很多未知,继续探索其相关QTL位点,挖掘新水稻种子活力相关基因,依然具有重要意义。本研究利用地方品种大关稻和国际稻IR28,构建重组自交系,发掘水稻种子活力相关的新QTL位点,为以后水稻种子活力相关基因克隆和功能分析提高基础。
2. 研究的基本内容和问题
伴随分子标记辅助选择的兴起和数量遗传学的发展,种子活力、抗性、品质和产量等数量性状QTL定位和克隆技术日渐成熟,并且多个基因已经成功克隆。为了继续探索和发掘水稻种子活力相关的新基因,本研究选择了国际稻粳稻品种IR28和地方品种大关稻作为实验材料。同时,利用单粒传法构建了重组自交系,进而构建水稻全基因组遗传图谱。
种子活力是种子质量的一个重要性状,通常种子活力强弱可用种子发芽率、发芽指数来反映。为此,本研究统计两亲本和每个重组自交系在最适条件下的发芽率和发芽指数。根据遗传图谱和种子活力表型统计结果,利用生物学和遗传学统计软件,可以发现水稻种子活力相关的新QTL位点。
3. 研究的方法与方案
大关稻 IR28
↓
F1
4. 研究创新点
本研究利用的地方品种大关稻和和国际稻IR28,其中大关稻是地方品种,具有地方特色。利用重组自交系(RILs)对水稻种子活力相关基因位点进行初定位,可分析水稻种子活力相关基因的遗传机制,并能发掘新的水稻种子相关基因。同时,为以后水稻种子活力相关基因的克隆和功能分析奠定基础,也为水稻种子活力结构进行遗传改良提供理论依据,以实现理论与实际相结合。
5. 研究计划与进展
(一)研究计划
(1)2013年6月到2013年9月:查阅文献,确定实验课题,并进行实验。
(2)2013年10月到2013年12月:对实验数据进行筛选。
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