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水稻是重要的粮食作物之一。随着人民生活水平的提高,人们对稻米品质提出了更高的要求。稻米的品质可分为加工品质、外观品质、蒸煮食味品质与营养品质四个方面。其中稻米的外观品质主要包括粒长、粒宽、长宽比、垩白和透明度。外观性状是稻米商品品质的第一要素,直接影响稻米的商品价值。稻米垩白作为外观品质的重要方面,不仅影响水稻的外观,而且对水稻的碾磨品质、蒸煮食味品质等影响极大。因此,阐明水稻垩白形成的遗传机理与分子机制将对水稻品质育种具有极大作用。
理想的基因定位群体对于基因定位及精细定位与克隆至关重要,为定位水稻垩白率控制基因,本研究进行了理想基因定位群体构建原则与策略的研究。首先,利用籼粳特异性标记进行籼粳稻分类,并分析了水稻品种间多态性来源,为构建多态性高的群体亲本选择提供依据。第二,通过分析本研究构建的四个重组自交系群体、一个染色体替换系群体和三个F2群体亲本间分子标记多态性、育性和偏分离位点,选择了适合定位水稻垩白控制基因的籼籼交、粳粳交和籼粳交定位群体。第三,利用不同分子标记间转换是增加定位群体标记多态性的方法之一。本研究利用水稻基因组序列信息成功地将5个RFLP标记转换成了以PCR为基础的标记,并通过克隆、测序分析将与垩白率连锁的AFLP标记位点转换为PCR为基础的标记。
越光/C602粳粳交重组自交系和珍汕97A/明恢63籼籼交重组自交系用于水稻垩白率的遗传分析,表明水稻垩白为一多基因控制的遗传性状,后代有偏向母本性状分离的特点。在进行垩白率QTL分析中,除利用越光/C602和珍汕97/明恢63两个群体外,还利用了珍籼97/日本晴的染色体替换系。利用越光/C602粳粳交重组自交系检测到3个位点与垩白率相关,分别位于第5染色体的RM3437-RM289、第8染色体的RM447-RM218和第10染色体的RM1873-68923-7区间内。其中第10染色体的垩白率控制位点RM1873-68923-7之间约880kb,为进一步进行精细定位与克隆打下了坚实的基础。利用珍汕97A/明恢63重组自交系垩白率控制基因定位过程中,分别应用AFLP标记和SSR标记两种方式进行QTL分析。AFLP标记分析珍汕97/明恢63重组自交系垩白率QTL,采用基因池分析法找到40个水稻垩白率连锁片段。对其中的3个片段进行了回收、克隆、测序和Blast,发现这3个片段分别位于第3染色体、第6染色体、第8染色体,通过个体分析进一步确定了这三个位点与水稻垩白形成相关。应用SSR标记对珍汕97A/明恢63重组自交系的垩白率QTL定位分析发现了5个垩白率控制区段,其中3个位于第8染色体,分别为cp81、cp82和cp83;一个位点位于第10染色体的RM1873-68923-7之间约880kb范围内,这一位点与在越光/C602重组自交系中发现的位点相同;另一位点位于第5染色体RM289-RM3437之间,这一位点也与在越光/C602中发现的位点相似。本研究利用的另一遗传群体为珍汕97/日本晴的染色体替换系,该套替换系以珍汕97为轮回亲本,经多代回交产生。通过分析不同替换系和替换系亲本的垩白率,利用3个垩白率与受体亲本有明显差异的替换系,进一步分析和确定了利用重组自交系发现的垩白率控制位点。其中替换系7JP103和7JP106分别在cp81和cp82位点区间进行了染色体片段的替换,替换后垩白率降低明显。在第5染色体RM507-RM267间替换的替换系水稻垩白率降低最为明显,这证明第5染色体在该区段存在垩白率控制位点。
水稻品质性状之间的相关性普遍存在。水稻垩白作为籽粒形成过程中产生的性状与水稻淀粉合成相关基因之间可能存在一定的相关性。同时,水稻垩白与水稻粒型的相关性已被诸多研究者所证实。而且,水稻的性状分化是伴随着籼粳分化而产生的,籼粳两亚种在长期的进化过程中形成了其各自的形态、生理特性。水稻垩白、粒型、淀粉合成相关基因基因型在籼粳两亚种间的差异也是较为明显的。本研究对30个水稻品种的垩白、粒型、淀粉合成相关基因基因型进行了考察。研究发现,水稻淀粉合成相关基因基因型组合内的水稻品种在水稻品种垩白、粒形性状性状表现上具有一定的相似性;水稻垩白和粒形在籼粳稻中具有较大差异。此外,水稻的性状组合是水稻的基因型组合表现,利用3个籼粳特异性SSR标记和3个淀粉合成基因标记对30个水稻品种进行了籼粳分类与籼粳性分析,了解了30个水稻品种的籼粳性和基因组合与性状组合的相关性。