水稻骨干亲本遗传效应的基础研究

水稻骨干亲本黄华占性状优良,育种谱系清晰,被选作该课题的主要研究对象之一。利用水稻的高通量测序结果,设计了一款超过5万位点的高密度SNP芯片,对黄华占谱系中的部分水稻品种进行了高通量基因分型,以发掘受到了人工选择的基因或位点;同时将此信息与重要农艺性状进行基于单倍体型的关联分析,鉴定到了几十个性状相关位点。比较桂朝2号、青六矮、丰矮占1号等高产品种和黄华占的穗型差异,发现这些品种的一次枝梗数目差异不大,而二次枝梗的数目有显著差异,说明二次枝梗数目可能是造成这些品种最终穗粒数差异的主要原因;通过比较分析发现,桂朝2号和黄华占中CKX2、Ghd7、DEP2以及IPA/SPL14等重要穗型控制基因的序列是一致的,而其他一些品种则发现有基因序列多态性存在。鉴定了矮仔占→桂朝2号→黄华占为主线的籼稻骨干亲本中sd1基因的等位性变异,发现5种变异类型;明确了桂朝2号及其衍生品种的均是利用低脚乌尖一类的sd1-d,而非矮仔占所带有的sd1;利用染色体片段代换系比较了骨干亲本扬稻6号(9311)sd1等位变异类型在籼、粳背景下的遗传效应。蜀恢527是由四川农业大学水稻研究所于2000年选育成功的强优势恢复系,具有一般配合力高、所配组合多、杂种优势强、千粒重较大等优点,被认为是杂交水稻的"第三代"代表恢复系。该研究广泛收集了527系谱亲本材料和目前在生产上广泛应用的衍生恢复系约30份,利用高密度水稻SNP芯片进行全基因组扫描确定骨干亲本基因组组成及区段确切来源;构建了527极其亲本和衍生材料的基因组高密度单倍型图谱,确定了骨干亲本527的关键基因组区域,初步检测了可能的重要农艺性状关联位点,为进一步确定关键基因组区段的重要控制(候选)基因、解析骨干亲本527的分子基础和遗传效应奠定了基础。同时,利用图位克隆方法,克隆了水稻结实率控制关键基因PTB1,证实了PTB1基因是控制水稻花粉管生长、调控水稻结实率的关键基因,首次解析了水稻结实率这一重要产量性状的分子机制,为进一步理解水稻花粉管生长和明确水稻结实率的相关调控通路提供了全新视点,并可能促进其在水稻高产稳产中的直接应用。同时,通过该基因在527系谱的分析,从结实率角度阐述了527及其衍生材料表现高结实率的分子基础。

互花米草育性基因Pollen Tube Blocked 1的自然变异及其表达与自交结实的相关性

互花米草(Spartina alterniflora)作为我国当前主要入侵植物之一,其高纬度地区种群的结实率显著高于低纬度地区种群,推测很可能发生了自交进化.为研究其内在遗传机制,选取8个不同纬度地区的互花米草种群为材料,对影响种子结实的主效基因Pollen Tube Blocked 1(SaPTB1)进行扩增并测序以检测单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点,再通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测其表达,并通过套袋实验检测种群的自交结实情况.结果显示:SaPTB1中存在两个SNP位点,其中一个位点的变异导致天冬氨酸和天冬酰胺的替换,形成单倍型1和单倍型2;两种单倍型广泛分布于整个沿海地区,与自交结实率无明显相关性.RT-qPCR定量结果显示,该基因在最高纬度(东营)和最低纬度(雷州)的两个种群中表达水平高于其他种群.对不同种群的自交结实情况分析表明,中国的互花米草具有一定的自交结实能力,尤其在SaPTB1表达水平最高的东营和雷州种群中,其自交结实率也是最高的,说明SaPTB1的表达对互花米草的结实具有重要影响.