一个高阈值低温敏感水稻突变体lts的遗传分析和基因定位

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温度是植物生长的三大要素之一,在很大程度上影响植物的生长发育和生命周期。而对于喜温植物水稻,温度则是限制其产量品质和地理分布的一个重要因素。因此研究水稻低温反应分子机理对于基础研究和农业生产应用都具有重要意义。本研究以本实验室育种过程中发现的低温高阈值敏感材料lts为基础,建立表型鉴定程序和鉴定标准、构建基因定位群体、分析lts低温敏感性状遗传特性、实现低温敏感基因定位。主要研究结果和结论如下:  1.表型鉴定程序和鉴定标准:lts在18-14℃的生长条件下依次表现为逐步严重的冷害表型,即使是在20℃的条件下处理三天,其生长也会受到阻碍,表现出叶片发黄的轻微冷害表型,但在16℃和18℃的冷害表型尤为明显,包括:叶片脱水卷曲,细胞组织坏死、叶片黄化。结合lts在自然正常气温条件下的生长,确定lts对低温敏感阈值为20℃。根据lts材料对低温的反应,确定lts及其杂交后代表型鉴定标准程序为:4-5叶期的幼苗在16℃、湿度75%和13h光照的条件下处理三天,25℃恢复两天表型稳定后,进行记录统计。若水稻植株大于5叶期可适当延长低温处理时间至4-5天。  2.lts材料对其他非生物逆境的反应:分别采取不同浓度盐溶液、PEG6000溶液、ABA溶液处理lts幼苗,以龙粳20和Newbonnet为对照,观察lts对不同生物逆境胁迫的反应。结果表明lts材料仅对低温敏感,其对渗透胁迫、盐胁迫的抗性高于栽培品种龙粳20,与籼稻品种Newbonnet表现一致。并且外源施加ABA不能提高lts对低温的抗性。  3.构建定位群体:鉴于不同水稻品种之间由于亲缘关系较远可能导致杂交后代出现偏分离现象,故分别以黑龙江省粳稻品种龙粳20和美国广亲和水稻品种Newbonnet为亲本与lts杂交,获得F1植株和F2分离群体。同时Newbonnet为轮回亲本构建近等基因系。  4.lts低温敏感性状遗传特性:利用标准的表型鉴定程序对F1植株和F2分离群体进行低温处理。在敏感亲本已经完全冷害枯死的情况下,F1植株与亲本龙粳20、Newbonnet一样保持正常生长,这一结果表明lts低温冷害表型为完全隐性遗传。龙粳20/lts F2和Newbonnet/lts F2群体中的表型分离比率分别为14%和13%左右,不符合孟德尔单基因遗传比,结合BC2F2分离群体中的基因型表型相关性数据,推测lts低温敏感表型可能是由位于同一条染色体上的两个位点共同作用的结果,其两个位点之间的重组值在龙粳20与lts组合间为12.65%,在Newbonnet与lts间为13.93%,这两个位点分别命名为Osltsα和Osltsb。  5.定位目标基因Osltsa:从2011株龙粳20/lts F2分离群体中,通过标准的低温处理程序,鉴定出278株低温敏感植株,用于目标基因连锁分析。并且分别选取其中15株敏感植株和15株正常植株混合磨样获得两个表型相对的DNA混合池,通过极端分离群体法初步确定目标基因连锁群,并且通过引物加密,最终确定目标基因Osltsa位于第七染色体短臂端RM20916和RM5752之间,与RM5344共分离。通过测序分析,发现LOC_Os07g04310存在多处变异,据此初步确定其为候选基因Osltsa,另一位点Osltsb的精确定位以及两个位点的互作机理有待进一步研究。
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