水稻种子脂类代谢和超大粒性状形成的遗传基础研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:daiguisheng613
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在植物种子中储藏的油脂既是人类食用油的主要来源,又是重要的工业原料。种子油脂性状的遗传较为复杂,属于多基因控制的数量性状,水稻作为单子叶植物的模式植物,但至今尚未有控制水稻种子脂肪酸组分的数量性状基因座(QTL)的分析研究文献。用脂肪酸组分含量有明显差异的籼稻品种“FAZ1”和粳稻品种“JZ1560”杂交构建了F2及F2:3群体。用气相色谱-质谱法分析F2单株和F2:3株系种子的糙米各种脂肪酸含量,结合标记信息和表型结果共检测到29个QTL,除第9和10染色体外其它染色体皆有分布,其中8个QTL在两个群体和不同环境条件中被重复鉴定。实验发现5个多效性QTLs同时控制不同脂肪酸或油份含量,这种一因多效性导致不同脂肪酸之间,脂肪酸与油脂含量之间复杂的性状相关。与拟南芥编码脂类代谢酶基因同源的9个水稻基因与11个检测到的QTL在染色体上位于相近位置,这些基因所编码关键酶的生物学功能很好地解释了对应QTL的遗传效应,表明这些基因可能就是这些QTL的候选基因。如编码二酰甘油酰基转移酶(DGAT)的水稻同源基因位于本项研究中定位到的一个同时控制18:1与18:2含量的主效QTL(ole6/lin6-2)区间上。编码脂酰-ACP硫酯酶(acy1-ACP thioesterase,FatB)的水稻同源基因位于本项研究中检测到的一个控制棕榈酸(16:0)含量的主效QTL区间上。该方法为控制脂肪酸组分和油脂含量的QTL快速有效地筛选到候选基因,并为分子标记辅助育种提供重要信息。  水稻粒型是粒长、粒宽、粒厚和长宽比的综合指标,是数量性状,受多基因控制。为了阐明控制水稻超大粒表型的遗传基础,利用两个在粒型差异显著的亲本,小粒籼稻品种FAZ1和超大粒粳稻品种JZ1560构建F2定位群体进行QTL分析。总共检测到24个QTL,这些QTLs分别解释了粒长、粒宽、粒厚和长宽比表型变异的11.6,95.62,91.5和89.9%。研究发现多个QTL具有多效性,导致粒型性状之间的复杂相关性。先前克隆的控制粒宽的GW2和qSW5/GW5与本项研究检测到的qGW2-1/qGT2-1/qLWR2-2和qGW5-2/q-LWR5-1分别位于近似的染色体位置上,它们可能是这两个QTL的候选基因。通过两个亲本候选基因的序列比较证实了推测。本项研究结果表明聚合GW2和qSWS/GW5的植株粒宽显著大于只携带其中一个基因的植株,且qGW2-1/qGT2-1/qLWR2-2(GW2)和qGW5-2/qLWR5-1(GW5)并无显著的QTL互作。这些结果表明GW2和GW5可能通过不同的途径调控粒宽。对应于所有控制粒宽和粒厚的QTL,JZ1560的等位基因都起到增效的作用,表明这些QTL加性效应的积累产生JZ1560超大粒的表型。这些结果也证实了有利基因的聚合可以极大地改变水稻粒重和粒型,这在品种选育上有重要意义。此外,研究结果也证明JZ1560对于水稻品种改良是一份很好的供体亲本。
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