密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩士學(xué)位論文 水稻第 6染色體短臂產(chǎn)量性狀 on rm on rm I 摘 要 應(yīng)用珍汕 97B/密陽(yáng) 46 的 4 個(gè) 株，經(jīng)單粒傳建立了由 859 個(gè) 系組成的重組自交系（ 體；來(lái)源于其中一個(gè)單株的 247 個(gè) 用于前期的 步定位，其它單株的材料應(yīng)用于篩選 剩余雜合體（ 以開(kāi)展細(xì)定位。經(jīng)初步定位，發(fā)現(xiàn)第 6 染色體短臂上的 研究群體的產(chǎn)量形成具有重要遺傳作用 ，故 選用所屬區(qū)間開(kāi)展 細(xì)定位。 經(jīng) 475 個(gè) 記檢測(cè)，兩親本在 65%的座位上呈單態(tài)。選取目標(biāo)區(qū)間多態(tài)性標(biāo)記 8 個(gè)和其它區(qū)間標(biāo)記 18 個(gè)，從 612 個(gè) 篩選出 5 個(gè)在目標(biāo)區(qū)間呈雜合、在其它區(qū)間呈純合的單株，進(jìn)而增加第 6 染色體短臂上的多態(tài)性標(biāo)記 17 個(gè)、其它區(qū)間的多態(tài)性標(biāo)記 58 個(gè)，檢測(cè) 5 個(gè)中選單株。按 公布的標(biāo)記間遺傳距離計(jì)，單 株 1和 4第 6 染色體短臂約 30分別在另外 3 個(gè)較小的區(qū)間中呈雜合，而 11 1分別在第 6 染色體短臂 約 10區(qū)間中雜合。利用 11 1株自交加代，獲得 個(gè) 群體。 應(yīng)用這 3 個(gè)群體對(duì)產(chǎn)量性狀的遺傳控制開(kāi)展研究，獲得以下主要結(jié)果： 1. 在 3 套群體的分離區(qū)間內(nèi)都定位到控制產(chǎn)量性狀的 但每套群體檢測(cè)到的控制具體性狀的基因不盡一致。利用完整群體，在 定位 到 控制每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量的 檢測(cè)到控制每株穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)和千粒重 4 個(gè)性狀的 1 個(gè)；在 定位到 3 個(gè) 別控制每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。交換群體的 位結(jié)果和完整群體的結(jié)果基本一致，但定位的 降低，貢獻(xiàn)率升高。 2. 通過(guò)三套群體定位結(jié)果的比較，在遺傳上證明了 存在著控制每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量的基因，并進(jìn)一步利用 體分離區(qū)間內(nèi)發(fā)生交換的株系，通過(guò)染色體上跨疊的片段，將這些基因 最終定位在 間約 物理范圍內(nèi)。 此外，在利用 生群體研究產(chǎn)量性狀的遺傳控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)群體中存在較為嚴(yán)重的偏態(tài)現(xiàn)象，暗示在我們構(gòu)建群體的分離區(qū)間中存在控制配子致死性的基因。通過(guò)篩選出分離區(qū)間內(nèi)存在雜合基因型的單株，以及對(duì)其后代基因型的鑒定，考察每種基因型植株的數(shù)目與理論值的符合度，來(lái)確定致死基因的位置。利用這一方法，將配子致死基因定位在 間約 關(guān)鍵詞 水稻，產(chǎn)量性狀， 7B 6 of a 1 0. 2 a 1 In of by 2 71 IL 47 It on of a to of 12 1 in TL on of . 3 21 145 154 92 in 004 005 ay 2005. 0 of of of 000 in SF YD P, SF in of in in of OD of of On of in to SF By TL a in of 2 of in in to 2 of :2:1. as of ga ga in a by 文縮略表 英文縮寫(xiě) 英文全稱 中文名稱 增片段長(zhǎng)度多態(tài)性 切擴(kuò)增序列多態(tài)性 色體片段代換系 生 擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性 倍單 倍體 達(dá) 能標(biāo)記 因標(biāo)記 株產(chǎn)量 源重組 入系 入缺失標(biāo)記 鎖不平衡 子標(biāo)記輔助選擇 穗實(shí)粒數(shù) 等基因系 株穗數(shù) 放閱讀框 合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 量性狀基因 量性狀座位 量性狀核苷酸 機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 機(jī) 記 制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 余雜合體 組自交系 列特性擴(kuò)增區(qū)域 實(shí)率 核苷酸多態(tài)性 單序列長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記 單序列重復(fù)標(biāo)記 染色體片段代換系 列標(biāo)簽位點(diǎn) 000 粒重 穗總粒數(shù) 變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)位點(diǎn) 目 錄 摘 要 . I . 文縮略表 . 一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 利用 位的方法研究復(fù)雜性狀 . 1 一些基本概念 . 1 位中常用的分子標(biāo)記 . 2 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記 . 3 簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記 . 3 酶切擴(kuò)增序列多態(tài)性標(biāo)記 . 3 單核苷酸多態(tài)性和插入缺失標(biāo)記 . 4 應(yīng)用于 位的群體 . 5 初級(jí)定位群體 . 5 次級(jí)定位群體 . 6 究的基本思路 . 7 定位 . 7 初級(jí)定位 . 7 精細(xì)定位 . 8 克隆 . 12 位克隆的一般方法 . 12 候選基因的策略在 位克隆中的應(yīng)用 . 13 究的進(jìn)展 . 14 克隆了多個(gè) . 14 初步了解了數(shù)量性狀的分子基礎(chǔ) . 14 初步剖析了 作的分子機(jī)理 . 14 深化了對(duì)作物馴化過(guò)程的理解 . 15 促進(jìn)了對(duì)基因表達(dá)遺傳基礎(chǔ)的研究 . 15 開(kāi)展了 子標(biāo)記輔助選擇的嘗試 . 16 究面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)策 . 16 微效 發(fā)掘和克隆 . 16 對(duì) 位性作用的研究 . 16 對(duì)有利基因的發(fā)掘和對(duì)等位基因的發(fā)掘 . 17 全基因組、高通量、高精度檢測(cè) 方法 . 17 水稻產(chǎn)量性狀的遺傳研究 . 18 應(yīng)用 位的方法對(duì)水稻產(chǎn)量形成遺傳機(jī)理的研究 . 18 水稻產(chǎn)量性狀 位研究對(duì)產(chǎn)量形成遺傳基礎(chǔ)的初探 . 18 位和生理學(xué)相結(jié)合研究水稻產(chǎn)量形成的遺傳基礎(chǔ) . 19 水稻產(chǎn)量性狀 精細(xì)定位和克隆 . 20 應(yīng)用突變體材料對(duì)產(chǎn)量形成遺傳機(jī)理的研究 . 22 水稻產(chǎn)量性狀遺傳研究的展望 . 22 第二章 利用 生群體對(duì) 水稻 第 6 染色體 短臂 產(chǎn)量性狀 遺傳驗(yàn)證 . 24 材料和方法 . 24 體的構(gòu)建和性狀考察 . 24 取 . 25 分子標(biāo)記的篩選和基因型鑒定 . 25 遺傳圖譜構(gòu)建、 析和數(shù)據(jù)處理 . 26 結(jié)果與分析 . 26 生群體的構(gòu)建 . 26 表型與變異 . 28 遺傳連鎖圖的構(gòu)建 . 29 位 . 31 利用完整群體進(jìn)行的 位 . 31 利用交換群體進(jìn)行的 位 . 32 對(duì) 體 位結(jié)果的遺傳驗(yàn)證和進(jìn)一步定位 . 33 第三章 利用 生群體對(duì)水稻第 6 染色體 短臂一個(gè)配子致死基因的定位 . 35 材料和方法 . 35 實(shí)驗(yàn)材料 . 35 性狀考察 . 36 取 . 36 分子標(biāo)記的篩選和基因型鑒定 . 36 數(shù)據(jù)分析 . 36 結(jié)果與分析 . 36 定位材料的篩選 . 36 配子致死基因的定位 . 37 第四章 全文結(jié)論與討論 . 40 結(jié)論 . 40 對(duì)產(chǎn)量性狀 精細(xì)定位 . 40 對(duì)配子致死基因的定位 . 40 討論 . 40 剩余雜合體單株的篩選 . 40 生群體在 證和精細(xì)定位中的應(yīng)用 . 41 近可能存在一個(gè)交換熱點(diǎn) . 41 3 套作圖群體 位結(jié)果的比較 . 42 完整群體和交換群體 位結(jié)果的比較 . 42 利用 體對(duì)檢測(cè)到的 遺傳證明 . 43 在 離區(qū)間內(nèi)存在配子致死基因 . 43 展望 . 44 致謝 . 56 作者簡(jiǎn)歷 . 57 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 水稻是最重要糧食作物之一，全世界超過(guò)一半的人口以其作為主食，水稻生產(chǎn)遍及除南極洲以外的各大洲。除了在糧食生產(chǎn)和糧食安全中的重要作用外，水稻還擁有無(wú)可比擬的生物學(xué)特點(diǎn)：（ 1）水稻擁有禾本科作物中最小的基因組；（ 2）已經(jīng)發(fā)展的大量分子標(biāo)記，為水稻遺傳研究提供了有力的工具；（ 3）由于和其他禾本科植物存在著廣泛的共線性，水稻研究可以為其他禾本科植物的研究提供一扇窗口；（ 4）和其他禾本科植物相比，水稻轉(zhuǎn)化相對(duì)較為容易。這些得天獨(dú)厚的特點(diǎn)，使水稻成為被廣泛接受 的模式生物之一（ 1996； 2002）。 目前，水稻分子生物學(xué)研究工作取得了重大進(jìn)展。其結(jié)構(gòu)基因組工作接近尾聲，粳稻品種日本晴除部分染色體的著絲粒區(qū)域外，精細(xì)測(cè)序工作基本完成（ 2005），秈稻品種廣陸矮4 號(hào)第四染色體也已完成精細(xì)測(cè)序（ ， 2002），此外，還有日本晴和 9311 的兩張采用全基因組鳥(niǎo)槍法完成的框架圖作為補(bǔ)充（ ， 2002）；水稻功能基因組工作正如火如荼地展開(kāi)，并已取得了一些重大突破，克隆了諸如控制水稻形態(tài)發(fā)育（ ， 2003a； ， 2003b）、開(kāi)花期（ ， 2000； ， 2001， 2002； ， 2004）、育性恢復(fù)（ ，2004； ， 2004； ， 2006）、養(yǎng)分吸收（ ， 2005）、品質(zhì)（高振宇等， 2003）以及抗?。?， 1996； ， 2005； ， 2006）、抗鹽脅迫（ ， 2005）等方面的多個(gè)重要基因。 對(duì)產(chǎn)量性狀遺傳機(jī)理的探討一直是遺傳學(xué)研究的重要主題之一，但是長(zhǎng)久以來(lái)難有大的突破，對(duì)產(chǎn)量形成的分子基礎(chǔ)更 是所知甚少（ 2005）。主要原因在于產(chǎn)量性狀的遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，表現(xiàn)為典型的數(shù)量性狀：遺傳力較低，受多個(gè)基因控制，且每個(gè)基因的效應(yīng)相對(duì)較小，基因間存在復(fù)雜的上位性作用，并且受環(huán)境作用影響明顯；另外，產(chǎn)量性狀的組成復(fù)雜，往往由多個(gè)因子構(gòu)成，且每個(gè)因子可能涉及不同的調(diào)控代謝途徑，這些都增加了研究的難度。但自從上個(gè)世紀(jì) 80年代以來(lái)，大量分子標(biāo)記的發(fā)展和相關(guān)數(shù)學(xué)分析模型的建立及相應(yīng)軟件的開(kāi)發(fā)，為產(chǎn)量等數(shù)量性狀的遺傳研究提供了有力的工具，甚至數(shù)量性狀座位（ 圖位克隆已開(kāi)始得到實(shí)現(xiàn)。 由于水稻在糧食安全中的特殊地位，水稻產(chǎn)量形成的遺傳機(jī)理，一直為遺傳學(xué)家和育種家所關(guān)注。近年來(lái)隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展，這一領(lǐng)域取得了很大突破，通過(guò)構(gòu)建不同遺傳群體定位到大量與產(chǎn)量相關(guān)的 克隆了其中的數(shù)個(gè)基因，此外還利用這些研究成果，對(duì)分子標(biāo)記輔助選擇（ 行了探索，并取得了一些成效。 這一部分將著重介紹：（ 1）利用分子標(biāo)記對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行 位的原理和方法，（ 2）水稻產(chǎn)量性狀研究的現(xiàn)狀和進(jìn)展。 利用 一些基本概念 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 動(dòng)植物絕大多數(shù)形態(tài)性狀、農(nóng)藝性狀和生理生化性狀都屬于數(shù)量性狀，受到多個(gè)基因的控制（ 2003）。這些 數(shù)量性狀的遺傳基礎(chǔ)，是當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。目前主要通過(guò) 位的方法對(duì)這些性狀開(kāi)展研究。 所謂 指基因組上包含控制數(shù)量性狀基因的一段染色體區(qū)域。利用各種標(biāo)記，通過(guò)標(biāo)記基因型和表型的相關(guān)關(guān)系，將控制某一數(shù)量性狀的基因定位到遺傳連鎖圖上的過(guò)程，就是 位需要借助適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)模型，因此從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，絕大 部分定位結(jié)果僅僅是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概率。 位置、數(shù)目、效應(yīng)以及 的上位性作用、 環(huán)境間的互作效應(yīng)是 位研究的核心內(nèi)容。 位結(jié)果受到兩方面因素的影響：（ 1）研究性狀的遺傳基礎(chǔ)，包括控制目標(biāo)性狀基因的數(shù)目、效應(yīng)、基因間互作情況、遺傳背景、遺傳力等；（ 2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括采用何種統(tǒng)計(jì)方法、設(shè)置什么顯著性水平以及試驗(yàn)環(huán)境的控制、構(gòu)建群體的大小、遺傳連鎖圖的飽和度等，這些都能影響最終的定位結(jié)果（ ， 2004）。 傳統(tǒng)的數(shù)量遺傳學(xué)認(rèn)為控制數(shù)量性狀的基因無(wú)限多，每個(gè)基因的效應(yīng)很小且 相同，然而 制數(shù)量性狀的基因數(shù)目是有限的，定位到的 往不超過(guò) 10 個(gè)，并且基因的效應(yīng)也不相同，有的 應(yīng)較大，甚至可以解釋表型變異的 80%，但更多的 應(yīng)相對(duì)較小，很多微效 于效應(yīng)太小，以至于不能被檢測(cè)到。 需要強(qiáng)調(diào)的是， 位是利用統(tǒng)計(jì)模型對(duì)遺傳問(wèn)題的解析，其結(jié)果必須接受遺傳學(xué)的驗(yàn)證后才有意義，在經(jīng)過(guò)遺傳證明前，定位到的 是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)上概念。換句話說(shuō)，被檢測(cè)到的不意味一定包含控制數(shù)量性狀的基因，也不是所有控制數(shù)量性狀的基因一定都能被 位研究中可以利用的標(biāo)記主要包括形態(tài)學(xué)標(biāo)記、同工酶標(biāo)記和 子標(biāo)記三大類。其中，形態(tài)學(xué)標(biāo)記檢測(cè)最為直接，但容易受環(huán)境影響，而且很大一部分形態(tài)標(biāo)記對(duì)植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育是不利的，更主要的是形態(tài)學(xué)標(biāo)記的數(shù)量極其有限，限制了其在數(shù)量性狀基因定位研究中的應(yīng)用。同工酶標(biāo)記的出現(xiàn)，促進(jìn)了 位的發(fā)展，但其數(shù)目仍然是有限的。上個(gè)世紀(jì) 80 年代后，隨著以 代表的多種分子標(biāo)記的相繼發(fā)展，遺傳學(xué)家在 平上找到了豐富的標(biāo)記資源， 究因此進(jìn)入了一個(gè)全新 的階段。 分子標(biāo)記的本質(zhì)是基因組中存在差異的 段。近年來(lái)， 隨著基因組研究的不斷深入，分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)得到迅猛發(fā)展，其數(shù)量和種類大大增加。根據(jù)各種分子標(biāo)記的性質(zhì)，大致可以將分子標(biāo)記分為三類：第一類是以分子雜交技術(shù)為基礎(chǔ)的標(biāo)記，如限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（ 可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)位點(diǎn)（ of 等。第二類是基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（ 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的標(biāo)記，包括隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 簡(jiǎn)單重復(fù)序列（ 序列特性擴(kuò)增區(qū)域（ 序列標(biāo)簽位點(diǎn)（ 。第三類是基于限制性酶切和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 術(shù)的分子標(biāo)記，包括擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記（ 酶切擴(kuò)增序列多態(tài)性（ 。 分子標(biāo)記數(shù)量眾多，遍及整個(gè)基因組，而且遺傳穩(wěn)定，不受環(huán)境及基因表達(dá)的限制，這些優(yōu)點(diǎn)使得分子標(biāo)記應(yīng)用于生物學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。 目前，應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)記是以 基礎(chǔ)的共顯性標(biāo)記，如 記等。 下面主要介紹幾種最為常用的分子標(biāo)記。 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（ 記 記是最初發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于圖譜構(gòu)建和基因定位的分子標(biāo)記。 1988 年， 1988）等利用 記，構(gòu)建了第一張水稻分子標(biāo)記連鎖圖，揭開(kāi)了水稻數(shù)量分子遺傳學(xué)的序幕。 日本水稻基因組計(jì)劃（ 2000 年發(fā)表的水稻高密度的分子遺傳圖譜中包含 3267 個(gè) 記（ ）， 為水稻基因組測(cè)序計(jì)劃和基因定位研究提供了極大便利 。 記的基本原理是通過(guò)限制性內(nèi)切酶識(shí)別并切割基因組 有差異的的特定位點(diǎn)，得