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提高水稻自身磷元素的吸收利用效率,绿色高效地改善耕地中磷缺乏现状,已成为近年来科学家关注的焦点之一。
本研究以全球水稻分子育种计划核心种质为材料,筛选水稻磷高效种质,定位磷吸收利用相关QTL 位点,比对分析磷高效转录因子PTF1的碱基序列、氨基酸序列及系统进化关系,主要结论如下:
1) 从核心种质中筛选到包括典型磷高效品种Kasalath 及较磷高效品种越光在内的10份磷高效种质以及包括Basmati和PsBRC 28 在内的磷敏感种质10份。
2) 以较磷高效品种越光和典型磷高效品种Kasalath为亲本的重组自交系(BIL)182个群体为材料,在正常及低磷水平下进行磷吸收利用相关性状的QTL定位。共检测出26个QTL 位点,位于2、3、6、8、9和10 号染色体上,其贡献率在5.00%-22.54%之间,并在磷相关QTL 位点主要集中的3 号染色体分子标记区间S1513-S10251-C1488 以及6 号染色体上区间S1520-G200 内构建了高密度遗传图谱。
3) 利用目标区间内的高密度遗传图谱进行磷相关QTL 位点的精细定位,分别将位于3 号和6 号染色体上两个磷相关QTL 位点集中的区间精确到3 号染色体上290kb的区间S1513-MM1466 以及6 号染色体上800kb的区间S1520-MM0534 内。
4)生物信息学预测到的位于典型磷高效品种Kasalath的6 号染色体上的磷高效PTF1转录因子无论是在典型磷高效品种Jhona349、较磷高效品种Doddabyranella和越光还是非磷高效品种日本晴中均有表达,但在低磷胁迫下较磷高效品种只有越光不上调,由此推测在较磷高效品种越光中存在除PTF1 以外的磷高效基因。
5) 磷高效转录因子PTF1 开放阅读框内碱基与氨基酸序列在水稻磷高效、较磷高效及非磷高效品种间存在差异;PTF1的bHLH 结构域内第26 位氨基酸在酵母的Pho4、藓类、皱叶烟草等同源基因中均不相同,且在水稻不同品种间也存在差异,可能该氨基酸在生物磷高效转录因子PTF1 进化中起着关键作用。