水稻种间杂种败育基因S40的精细定位

【摘要】水稻作为我国重要的粮食作物之一,其产量的稳定与增长对我国的粮食安全具有极其重要的意义。但是,目前我国水稻的产量一直徘徊不前,遗传资源的狭窄是造成这一现状的主要原因之一。为了进一步拓宽和丰富水稻的遗传资源,把水稻远缘种中的优异基因导入到栽培稻中是行之有效的方法。野生稻具有一些天然的优良性状,比如对盐碱、干旱及病虫害的抗性等。如果能将这些优良的基因引入到栽培稻中,将使栽培稻的综合品质得到很大的提高。但众所周知,栽培稻(尤其是亚洲栽培稻)与野生稻之间存在着严重的种间生殖隔离,使其杂种F1高度不育,这极大限制了野生稻的有利基因向亚洲栽培稻的转移。因此挖掘亚洲栽培稻与野生稻种间杂种不育基因,探讨这些杂种不育基因作用的分子机理,是将野生稻优异基因导入到现代栽培稻的先决条件,将对水稻种质质量和产量的提升具有重要的意义本文对亚洲栽培稻RD23和长雄野生稻的种间杂种败育基因S40进行了精细定位,并对其引起的杂种败育进行了详细的细胞学观察。主要结果如下：1.水稻种间杂种败育的细胞学观察本研究通过调查影响小穗育性的相关育性指标来确定杂种不育的真正原因。观察结果表明,F1的花粉育性虽然只有亲本育性的一半,但是与亲本RD23相比,F1的正常花粉在体外的萌发、花粉在柱头上的附着以及萌发这些环节均无明显差异。饱和授粉实验证实充足的正常花粉并不能使杂种F1小穗育性得以恢复,这说明雄配子并不对小穗育性产生重要影响,是胚囊败育导致的杂种F1小穗育性下降。激光共聚焦实验观察杂种F1成熟的胚囊显示有部分胚囊出现异常,只形成空胚囊,无内含物或形成的胚囊结构不完整。我们统计了F1败育胚囊的个数及比例,发现与小穗育性相一致。这些数据进一步证明是F1胚囊的部分败育导致的小穗育性降低。石蜡切片观察发现杂种F1是在功能大孢子时期开始出现异常的,随后导致功能大孢子的解体,从而使得发育进程受阻,导致胚囊败育。2.水稻种间杂种败育基因S40的精细定位本研究利用分子标记筛选近等基因系(NearIsogenicLine)背景后发现除了在第1染色体和第10染色体上有长雄野生稻的供体片段替换,其他的遗传背景均是轮回亲本RD23。调查群体的小穗育性分布,显示可育株与不育株分离比接近1：1,推断可能存在一个基因在控制小穗育性,并暂将其命名为S40。首先利用包含有202个单株NIL/RD23的F2群体将S40初定位在第1染色体RM6289和h1y11之间遗传距离为17.3cM的范围内。为了进一步缩小S40的定位区间,在2012年夏季种植了一个较大的包含有5800株F2：3的分离群体。利用分子标记RM6289和hly11进行交换单株筛选,从中共筛选出28个交换单株。同时开发出一系列标记,结合交换单株小穗育性的表型,最终将S40限定在两个Indel标记Z116和E45之间物理距离为570kb的区段内。并通过交换单株的后代分离验证定位区间,进一步的基因定位和克隆工作研究正在进行中。
【作者】周丽；
【导师】翟虎渠；
【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；杂种不育；细胞学观察；精细定位；

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