利用選擇育種群體進(jìn)行水稻高產(chǎn)、抗旱和耐鹽QTL定位.pdf

1、水稻是亞洲地區(qū)人口的主要口糧，水稻的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)直接關(guān)系全球糧食安全。近年來(lái)，隨著環(huán)境的不斷惡化，干旱、鹽害等非生物脅迫日益加劇，已嚴(yán)重威脅到水稻生產(chǎn)。在應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害的對(duì)策中，培育抗逆水稻品種是保證水稻高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑之一。
　　在過(guò)去的20年中，分子標(biāo)記輔助選擇育種已廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)作物育種生產(chǎn)，目前在水稻中已定位到許多與抗逆性相關(guān)的QTL，但是這些定位到的QTL很少被應(yīng)用到分子輔助選擇育種當(dāng)中，主要原因是由于QTL受遺傳背

2、景和環(huán)境的影響比較大，在定位群體中檢測(cè)到的QTL在育種群體中并不能夠獲得完全一致的效應(yīng)。那么直接利用育種群體進(jìn)行QTL定位無(wú)疑是一種很好的方法。但是在雙親構(gòu)建的后代群體中，進(jìn)行高產(chǎn)或者其它目標(biāo)性狀的篩選之后，得到的選擇群體樣本量都偏小，并且群體中個(gè)體之間的差異也很小，這就導(dǎo)致了我們不能利用傳統(tǒng)QTL的定位方法來(lái)對(duì)選擇群體進(jìn)行QTL定位。針對(duì)這一局限性，本論文首先，創(chuàng)建了利用選擇育種群體進(jìn)行目標(biāo)性狀QTL定位的理論和方法;其次，利用計(jì)算機(jī)

3、模擬和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)創(chuàng)建的方法進(jìn)行了評(píng)估和驗(yàn)證，真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是從4個(gè)不同的BC2群體中篩選的高產(chǎn)、抗旱和耐鹽選擇育種群體。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、利用選擇育種群體進(jìn)行QTL定位方法和理論的創(chuàng)建
　　由于選擇育種群體中的個(gè)體都是針對(duì)目標(biāo)性狀行進(jìn)定向篩選，具有方向性，在對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇的同時(shí)，與目標(biāo)性狀緊密相關(guān)的基因也被進(jìn)行了選擇，這樣就使得與目標(biāo)性狀緊密相關(guān)的基因在該位點(diǎn)的基因型頻率顯著提高，從而造成與目標(biāo)性狀相關(guān)的

4、基因所在的位點(diǎn)發(fā)生偏分離。
　　因此，我們可以利用偏分離的方法對(duì)選擇育種群體進(jìn)行目標(biāo)性狀的QTL定位。同時(shí)，為了彌補(bǔ)在檢測(cè)過(guò)程中因選擇育種群體樣本量小，統(tǒng)計(jì)量值低的缺陷，我們根據(jù)馬爾科夫鏈的原理將不同的選擇育種群體進(jìn)行合并，采用廣義線性模型(Generalized Linear Model)對(duì)合并后的選擇育種群體進(jìn)行偏分離位點(diǎn)檢測(cè)。模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:(1)在強(qiáng)選擇壓下，即使樣本量小于10，目標(biāo)位點(diǎn)依然可以被檢測(cè)到(2)在選

5、擇強(qiáng)度和樣本量相同的情況下，顯性模型比加性模型更容易檢測(cè)到目標(biāo)位點(diǎn);(3)多群體混合偏分離分析方法(Multi-population segregation distortion analysis，MSDA)與單個(gè)群體偏分離位點(diǎn)檢測(cè)相比，可以顯著提高QTL的檢測(cè)效率。(4)在2個(gè)高產(chǎn)育種群體中共檢測(cè)到7個(gè)QTL位點(diǎn)，其中有3個(gè)位點(diǎn)與已經(jīng)克隆的高產(chǎn)相關(guān)的位點(diǎn)位置吻合，并且定位的位點(diǎn)可以在相應(yīng)的隨機(jī)群體中得到驗(yàn)證。通過(guò)選擇來(lái)進(jìn)行定位的方法加

6、速了育種進(jìn)程，同時(shí)這種方法還可以應(yīng)用于林木和動(dòng)物育種當(dāng)中。
　　2、高產(chǎn)、抗旱和耐鹽導(dǎo)入系的培育
　　利用4套選擇導(dǎo)入系群體共篩選到17個(gè)抗旱導(dǎo)入系和6個(gè)耐鹽導(dǎo)入系，其中有7個(gè)導(dǎo)入系還表現(xiàn)為正常灌溉環(huán)境下產(chǎn)量的提高。在篩選到的優(yōu)勢(shì)導(dǎo)入系當(dāng)中，秈粳雜交后代篩選到的導(dǎo)入系要優(yōu)于粳粳雜交后代篩選到的導(dǎo)入系。
　　3、利用多群體混合偏分離分析方法定位抗旱和耐鹽相關(guān)QTL
　　以JG88為背景的4套BC2F2群體，共篩選獲

7、得68個(gè)高產(chǎn)導(dǎo)入系、133個(gè)抗旱導(dǎo)入系和146個(gè)耐鹽導(dǎo)入系，同時(shí)構(gòu)建與選擇群體相對(duì)應(yīng)的未經(jīng)過(guò)目標(biāo)性狀篩選的隨機(jī)群體。利用多群體混合偏分離分析的方法，定位到21個(gè)與高產(chǎn)、抗旱和耐鹽相關(guān)的位點(diǎn)，分別位于第1、2、3、5、6、7和11染色體上。并且在不同性狀之間可以檢測(cè)到相同的QTL，比較耐鹽和抗旱QTL定位結(jié)果，在第1染色體78 cM處有1個(gè)位點(diǎn)的重疊。比較耐鹽與高產(chǎn)QTL定位結(jié)果，在第1染色體28.4cM和第6染色體26.2 cM處分別有

8、1個(gè)位點(diǎn)的重疊。
　　4、抗旱導(dǎo)入系CF16與輪回親本JG88的表達(dá)譜分析
　　將攜帶有目標(biāo)性狀QTL的抗旱導(dǎo)入系CF16與輪回親本JG88在旱脅迫和正常灌溉環(huán)境下，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。在qDTY7.2所在區(qū)段內(nèi)鑒定出5個(gè)未標(biāo)注的差異表達(dá)基因，分別為L(zhǎng)OC_Os07g01960、LOC_Os07g02260、LOC_Os07g05840、LOC_Os07g13490、LOC_Os07g03040。這些基因很可能是與水稻抗旱性