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稻是重要的粮食作物之一。随着水资源日益短缺和旱灾的频繁发生,节水稻作一直是人们关注的焦点。按生态类型划分,稻分为陆稻、低地雨养稻、灌溉稻、洼地雨养稻和深水稻。陆稻作为五大生态类型之一,具有节水、便于机械化操作、减少甲烷释放、可与其他作物间作等优点。我国传统陆稻产量低下,若能明确水、陆稻遗传差异本质—陆生适应性的遗传规律,并对控制陆稻陆生适应性的主效基因或数量性状基因座位(QTL)进行分子定位,向现有高产水稻品种导入陆稻的陆生适应性,培育以高产优质水稻为基础的新型陆稻品种,在提高陆稻单产和总产的同时,对深入认识作物水、陆生性的遗传机理及进化机制均有着极其重要的现实与长远意义。
本研究以水稻品种明恢63为母本、分别来自印度尼西亚和印度的陆稻品种B6144F-MR-6和VANDANA为父本,进行杂交、回交而形成的渗入系BC1F9、BC2F7和BC3F6为供试材料,在云南孟连县和海南三亚两地点,在灌溉及无水分胁迫的旱地环境下,进行水、陆两种环境的对比试验,调查生物量、产量、收获指数、抽穗期、株高各指标在水、陆两种环境下的表现差异,并以此作为衡量稻陆生适应性的参考依据。
对参试材料用全基因组分布较均匀的256对SSR标记检测标记基因型,根据各世代受体亲本与供体亲本DNA标记基因型的理论概率,按不同性状分类,不同组合和世代在不同地点和环境下,统计在参试后代株系与轮回亲本(受体亲本、对照亲本)差异显著的株系数中,在各SSR标记位点,携带供体标记基因型株系数的实际概率,用二项分布检验,确定概率小于0.05%显著水平的标记与相应性状紧密相关。
主要结果如下:
1、水、陆稻的水、陆生性比较。陆稻品种能够适应于水、陆两种环境下的生长,水稻品种对水、陆环境变化较为敏感,主要表现在陆生环境下产量和收获指数减少、抽穗期推迟、株高变矮,说明水稻的陆生适应性较差。
2、通过对株系生物量、产量、收获指数、抽穗期和株高评价,获得不同供体和世代在不同地点和环境条件下,各指标与轮回亲本差异显著的株系,为进一步研究准备了群体材料。
3、总共选用256对SSR标记,明恢63与B6144F-MR-6间有65个标记具有多态性,多态率25.4%;明恢63与VANDANA间有80个标记具有多态性,多态率32.7%。
4、通过单标记位点的二项分布检验,总共检测到11个生物量OTLs12个产量QTLs,12个收获指数QTLs,12个抽穗期QTLs,12个株高QTLs,不同世代和地点下检测到的各性状QTLs在染色体上大多都有重叠区域。
5、水、陆生环境OTL定位结果比较:不同供体和世代,在不同地点的旱地和水田环境下,产量、抽穗期和株高QTLs在两种环境下都检测到,分布于1、2、3、5、6、8、12号染色体上,并具有重叠区域,说明产量、株高和抽穗期的遗传在水田、旱地差异不大,都由共同的基因或QTLs控制。
生物量和收获指数在不同供体和世代,在不同地点检测到的QTLs具有重叠区段,并且只在早地环境下检测到,说明这些QTLs是区别稻水、陆生性差异的原因所在。同时旱地检测到的生物量和收获指数OTLs与产量、抽穗期和株高QTLs具有重叠区段,说明这些QTLs同时起到增加产量、延迟抽穗期和增加株高的作用以适应陆地环境。由此说明,这些QTLs就是陆生适应性QTLs。稻陆生适应性QTLs为:染色体1的RMl216-RM226区间,覆盖染色体的132-136.9cM区段;染色体2的RM6247-RM125,覆盖染色体的30.2-36.8cM区段;染色体3的RM2334-RM6329,覆盖染色体的115.6-127.4cM区段;染色体5的RM3322-RM169,覆盖染色体的32-48.3cM区段;染色体6的RM276-RM439,覆盖染色体的33.5-63.2cM区段;染色体8的RM7027-RM3689,覆盖染色体的55.4-67.3cM区段;染色体12的RM1337-RM1261,覆盖染色体的51.5-61.6cM区段。这些区段应当是下一步精细定位锁定的目标区段。