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水稻是重要的粮食作物,同时水稻还是非常重要的模式作物,其基因组非常小。分子设计育种是未来水稻育种发展的方向。随着生活水平的提高和对全面平衡营养观念的重视,人们对优质特种有色稻米的喜爱逐渐增加。本实验室构建了1529个单片段代换系,并对单片段代换系带有的基因(QTL)进行了分析。本研究根据培育出一批带有色素、香味、特定的直链淀粉含量、特定的糊化温度、胶稠度、粒长、粒宽、粒重、高产、早熟等优良性状材料的目的,利用已经选择到的带有色素、粒型和品质等优良性状的单片段代换系、两片段、三片段、四片段以及五片段聚合系来进行聚合育种达到选育优良材料的目的。
1.利用17份单片段代换系、4份双片段聚合系、6份三片段聚合系、3份四片段聚合系和2份五片段聚合系材料进行了水稻的分子设计育种。筛选到的93份纯合的聚合系中有56份聚合系的片段长度是各不相同;其中,四片段聚合系15份,五片段聚合系24份,六片段聚合系10份,七片段聚合系6份,八片段聚合系1份。
2.经过检测的56份片段长度各不相同的纯合聚合系带有的优良基因是关于色素、早熟、产量、品质和粒型性状等方面;利用SSR标记和本实验室设计的功能标记对39份纯合的多片段聚合系进行了目标基因(QTL)检测,所用功能标记ALK、FGR、WX、PB、RC和GS3的基因分别控制糊化温度、香味、直链淀粉含量、黑色种皮、红色种皮和粒长性状,大大提高了目标基因选择的准确性。对39份纯合聚合系材料进行了性状的表型测定,与对照华粳籼74在品质性状、农艺性状等目标性状方面进行显著性差异分析,综合基因型和表性一致性、品质、产量、粒形等方面筛选到18份目标基因与表型相符的理想的优良的聚合系材料;其它21份聚合系材料只有个别基因与表型不相符;这些结果表明聚合的控制有关于红色种皮、黑色种皮、香味、直链淀粉含量、糊化温度、粒长、粒宽、粒重、高产和早熟等性状的基因获得稳定表达,设计育种达到了预期的目标。
3.对2个品质性状及1个农艺性状的上位性进行了分析。品质性状粒长共检测了26份聚合系,其中由15份聚合系检测到了上位性,占总数的58％;品质性状直链淀粉含量共检测了39份聚合系,其中由19份聚合系检测到了上位性,占总数的48%;农艺性状千粒重共检测了17份聚合系,其中由4份聚合系检测到了上位性,占总数的24%。
本研究利用带有的优良目标基因(红色种皮、黑色种皮、粒长、粒宽、粒重、高产、早熟、香味、特定的直链淀粉含量、特定的糊化温度等)的单片段代换系和多片段聚合系进行设计育种,将更多的优良基因(QTL)聚合在一起,通过聚合控制这些性状的优良等位基因来培育出高产优质的水稻有色米品系,最后经过检测,达到了预期的育种目的。不同性状上位性效应的研究可以为水稻的设计育种提供一定的理论基础。