水稻种间杂种花粉不育的细胞学研究和不育基因的精细定位

【摘要】水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全球一半以上的人口以稻米为主食。随着社会的不断发展,人们对于水稻的产量和稻米的品质提出了越来越多的要求,提高水稻的单产并改善稻米的品质成为水稻育种家最为主要的育种目标。非洲栽培稻种质资源中广泛存在着各类抗病虫、耐盐碱、抗旱、耐高温等相关性状的优良基因,而且亚洲栽培稻与非洲栽培稻之间具有强大的种间杂种优势,若能将非洲栽培稻中的优良基因引入到亚洲栽培稻中,并很好的利用两者之间的杂种优势,必将可以显著地提高水稻的单产,使水稻育种产生新的飞跃。但亚洲栽培稻与非洲栽培稻之间存在严重的生殖隔离,常使其杂种F1表现高度不育,极大限制了非洲栽培稻的有利基因向亚洲栽培稻的转移及栽培稻种间杂种优势的利用。因此,深入探讨亚洲栽培稻与非洲栽培稻间种间杂种不育的细胞学机理,挖掘更多的杂种不育基因,阐明杂种败育的分子机理,对于克服亚洲栽培稻与非洲栽培稻间的杂种不育,有效利用非洲栽培稻中的优秀基因及亚洲栽培稻与非洲栽培稻间的种间杂种优势均具有重要的理论价值和实践意义。本研究利用以滇粳优1号(DJY1)为受体亲本,非洲栽培稻为供体亲本构建的近等基因系Near-isogenicline(NIL)为实验材料,发现DJYl与NIL杂种F1花粉表现半不育,该表型受一对杂合基因座位控制,暂将该位点命名为S39,对其进行精细定位可为进一步图位克隆S39,并最终阐明栽培稻种间杂种花粉不育的分子机理奠定坚实的基础。本论文的主要研究结果如下：1.滇粳优1号与NIL杂种F1花粉表现典型的半不育,I2-KI染色表明败育类型为染败；醋酸洋红染色表明：杂种F1花粉的败育发生在二核花粉晚期；透射电镜和扫描电镜观察显示：染败花粉粒内部发生凹陷,形态干瘪,体积偏小,内部只有少量的淀粉粒积累。苯胺蓝染色发现：两亲本及杂种F1的柱头都有大量花粉粒附着,并能正常萌发；对花粉败育株和可育株的结实率进行统计,发现两者之间没有明显差别,说明该位点不影响雌配子育性。2.利用滇粳优1号/NILF2群体中的321个单株进行连锁分析,发现花粉不育由一对杂合基因S39控制,并初步将S39限定在第4染色体短臂顶端和标记RM7585之间,目标区间228kb,随后利用扩大的22200株F2群体,最终将S39精细定位到第4染色体短臂顶端和标记F-28之间,物理距离为101kb,日本晴相应的序列内包含23个ORF,非洲栽培稻相应的序列为152kb,包含有36个ORF。以候选基因具有表达功能为前提,根据“单位点孢子体-配子体互作”模型的观点,确定目标区间内的3个ORF是最可能的败育基因,相应的载体构建和互补实验正在进行中。
【作者】王建；
【导师】万建民；
【作者基本信息】南京农业大学，作物遗传育种，2013，硕士
【关键词】水稻；近等基因系；杂种花粉不育；精细定位；

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