（植物学专业论文）不同水分条件下水稻根系性状qtls的比较定位和候选基因分析.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 干旱是自然界中最严重的非生物胁迫因子之一，深根系有助于水稻耐旱。 为了研究不同水分条件下组成型根系性状和适应性根系性状的遗传机制，本研究 利用由i r l 5 5 2 a z u c e n a 发展的重组自交系( r i l s ) 群体分析不同供水条件下水 稻幼苗根长及根系其它性状的q t l s ，同时对前人发表的具有同一亲本h z u c e n a 的遗传群体定位的根系一l 生状相关q t l s 进行比较分析。对与细胞伸长、分裂相关 的基因和e d n a a f l p 克隆进行了定位，对其在不同供水条件下水稻种子根尖等组 织中的表达进行了分析，结果如下： 1 在淹水培养与干旱培养条件下对水稻幼苗的种子根长等根系性状( 种子 根长、不定根数、种子根3 厘米以下3 厘米区段上侧根长及侧根数量) 进行了 q t l s 定位和遗传分析，共检测到根系4 种性状的1 8 个q t l s ( 淹水条件和旱作 条件各9 个q t l s ) ，其中淹水培养条件下的种子根长、不定根长、侧根长和侧根 数量检测到的q t l s 对各自表型变异的贡献率分别为1 1 5 1 2 、1 1 4 2 0 、 1 1 8 和1 3 4 左右。干旱条件下的种子根长、不定根长、侧根长和侧根数量检 测到的q t l s 对表型变异的贡献率分别为1 2 2 1 5 、1 2 1 4 6 、1 1 8 1 4 4 和1 1 7 左右。淹水培养与干旱培养条件下检测到一个共同的种子根长q t l ，这 个q t l 在两个环境中的表达相对稳定，不受淹水与干旱环境因子的影响。其它 根系性状在淹水培养与干旱培养条件下没有检测到一个相同的q t l 位点，说明 在不同的水分条件下，大多根系性状q t l s 是受到环境影响的。 2 通过与另外两个具有相同旱稻亲本a z u c e n a 的群体定位的根系性状 q t l s 进行比较分析，有几个共同的根系伸长q t l s 分别位于第l 、第2 、第3 、 第5 和第9 染色体上，它们的遗传效应都来自旱稻a z u c e n a ，结果表明在不同的 遗传背景条件下这些q t l s 参与了水分胁迫诱导根系( 包括种子根和侧根) 的伸 长。 3 为进一步了解旱作条件下水稻幼苗根的加速伸长与其根尖细胞扩张和分 裂的关系，本研究对影响细胞扩张的四类细胞壁延伸相关基因( e x p a n s i n 类基因、 x e t 类基因、e g a s e 类基因及e x t e n s i n 类基因) 及细胞分裂相关基因( c y c 0 7 ) 进 行了定位与表达分析，将8 个细胞壁延伸及分裂相关基因定位于水稻染色体上， 同时比较了这些基因与根长及根系其它性状的q t l s 的位置。3 个膨胀素 激江太学媾，0 学醢论文 ( e x p a n s i n ) 基因( $ 2 t 0 6 、$ 1 7 4 6 和o s e x p 4 ) 中，s 1 7 4 6 ( o s e x p 2 ) 被定位在 第l 染色体，与洋作条件下检测出的种子根长q t l 位于相同区间，且$ 1 7 4 6 在 于旱培养条件下与越嚣体豹秘予根长性状连锁。n o r t h e r n 杂交驻示该熬因在晕 作条件下在水稻根尖中增强表达。一个e g a s e 基因( e 1 3 2 8 ) 被定位在然5 染包 体，与攀l 睾条俘下熬测投长q t l 溺一瓠遗连镇，n o r t h e r n 分橱显示e 3 2 8 在晕 作条件下水稻种子根根尖中增强表达。 4 。本研究稠麓e d n a a f l p 技术对淹承翻举俸下瓣承稻裰灸零孝料滋行了蓑 异显示分析。对其中4 条差异条带进行了定位分析，其中2 条( t 1 7 、l 1 6 ) 在 亲本闯有多态并被定位潮第3 和2 染色体；n o r t h e r n 分析表明l 1 6 、t 5 9 和t 8 2 为旱处理诱导表达，t 1 7 为旱处理抑制表达，g e n e b a n k 中豹同源性比较照示t 1 7 编码的戳白为镍结合蛋白，与早处理诱导侧根长q t l 俄点连锁，表明它可能对 铡壤 枣长送行负调控。l 1 6 编码豹蛋白为s a r t - i 蛋垂，t 5 9 编码豹蛋鑫必c l i l 3 相关蛋囱( c l i p * a s s o c i a t e dp r o t e i n ) ，t 8 2 编码的蛋白为b 类碱性螺旋。环螺旋 ( b h l h ) 蛋鑫e 这三令基因都与耪予校长q t l s 位熹籀麓，表疆这三个基蠢霹 能参与了水分胁迫条件下种子根的伸长。 关键词水稻q t l s 根系性状旱作淹水条件候选基因c d n a - a f l p 浙江大学搏：l ：学位论文 a b s t r a c t d r o u g h t i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta g r o n o m i cp r o b l e m s g o o dr o o ts y s t e m a r ea s s o c i a t e dw i t hc r o pd r o u g h ta v o i d a n c e t oi n v e s t i g a t et h eg e n e t i cf a c t o r so f a d a p t i v ea n dc o n s t i t u t i v er o o tm o r p h o l o g i c a lt r a i t su n d e r d i f f e r e n tw a t e rc o n d i t i o n s ，a r e c o m b i n a n ti n b r e e dl i n e ( r i l s ) p o p u l a t i o nd e r i v e df r o mac r o s sb e t w e e nal o w l a n d r i c ev a r i e t yi r i5 5 2a n da l lu p l a n dr i c ev a r i e t ya z u e e n aw i t h2 4 9m o l e c u l a rm a r k e r s w a su s e di n c y l i n d r i c a lp o te x p e r i m e n t s 。q u a n t i t a t i v et r a i tl o c i ( q t l s ) f o rr o o t l e n g t ha n dr o o tn u m b e rw e r e d e t e c t e du n d e rd i f f e r e n tw a t e r c o n d i t i o n s c o m p a r a t i v e q t l sm a p p i n g a c r o s st h r e ed i f f e r e n tp o p u l a t i o n sw i 谯t h es a m e p a r e n to f a z u c e n af o r t h er o o tt r a i t sw e r ea l s oc o n d u c t e d m a p p i n ga n de x p r e s s i o na n a l y s i so f g e n e sf o r c e l lw a l le x t e n s i b i l i t ya n dc e l l p r o l i f e r a t i o n ，a n ds o m ee d n a - a f l pc l o n e sw e r e p e r f o r m e d t h er e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 。e i g h t e e nq t l sw e r ed e t e c t e df o rs e m i n a lr o o tl e n g t h ( s r l ) ，a d v e n t i t i o u sr o o t n u m b e r ( a m q ) ，l a t e r a lr o o tl e n g t h ( l r l ) a n dl a t e r a lr o o tn u m b e r ( l r n ) w h i c ha r e d e f i n e di na3c mf r a g m e n to ns e m i n a lr o o tu n d e rf l o o d i n ga n du p l a n dc o n d i t i o n s t h eq t l sf o rs r l ，a r n ，l r la n dl r na c c o u n t e df o ra b o u tl1 5 1 2 、 1 1 4 2 0 、1 1 8 a n d1 3 4 o ft h et o t a l p h e n o t y p i c v a r i a t i o nu n d e rf l o o d i n g c o n d i t i o n s ，r e s p e c t i v e l y u n d e ru p l a n dc o n d i t i o n ，t h eq t l s f o rs r l ，a r n ，l r la n d l r na c c o u n t e df o r1 2 2 1 5 、1 2 - - 1 4 ，6 、1 1 8 1 4 4 a n d 1 1 7 o ft o t a l p h e n o t y p i ev a r i a t i o n s ，r e s p e c t i v e l y o n ei d e n t i c a lq t lw a sf o u n df o rs r lu n d e r b o t hf l o o d i n ga n d u p l a n d i n gc o n d i t i o n s 2 。a c o m p a r a t i v ea n a l y s i s 强sp e r f o r m e df o rt h eq t l sd e t e c t e di nt h i sc a s ea n d t h e s er e p o r t e df r o mt h eo t h e rt w og e n e t i cp o p u l a t i o n sw i t ht h es a m eu p l a n dr i c e a z u c e n aa sap a r e n t s e v e r a li d e n t i c a l q t l sf o rr o o te l o n g a t i o na c r o s st h et h r e e p o p u l a t i o n sw i t ht h ep o s i t i v ea l l e l e sf r o mt h eu p l a n dr i c ea z u e e n aw e r ef o u n d ，w h i c h s u g g e s t i n g t h a tt h e s ea l l e l e s o fa z u c e n ac o u l db e i n v o l v e di nw a t e r l i m i t a t i o n 。a c c e l e r a t e de l o n g a t i o no f r i c er o o tu n d e rd i f f e r e n t g e n e t i cb a c k g r o u n d s 。 3 g e n e sf o rc e l lw a l le x t e n s i o n ( e x p a n s i n s ，x e t s ，e g a s e sa n de x t e n s i n ) a n dt h e g e n ef o rc e l lp r o l i f e r a t i o n ( e y e 0 7 ) w e r em a p p e du s i n gt h es a m ep o p u l a t i o na sa b o v e ， 浙江大学博| ：学位论文 a n dc o m p a r a t i o no ft h e s eg e n e sa n dq t l sf o rr o o te l o n g a t i o na n do t h e rt r a i t sw e r e a n a l y z e d s 1 7 4 6 ( o s e x p 2 ) o f t h r e ee x p a n s i ng e n e sw a sm a p p e d o nc h r o m o s o m e1 ， w h i c hi sl i n k e dw i t ht h eq t lf o r s e m i n a lr o o tl e n g t hu n d e ru p l a n dc o n d i t i o n s n o r t h e mb l o w i n ga n a l y s i si n d i c a t e dt h a ts 1 7 4 6 ( o s e x p 2 ) w a su p r e g u l a t e db yw a t e r l i m i t a t i o ni ns e m i n a lr o o tt i 口o n ee g a s eg e n ee 1 3 2 8 w a sm a p p e do nc h r o m o s o m e 51 i n k e dw i t hr g 3 1 3 ，w h e r es o m eq t l sf o rl a t e r a lr o o tl e n g t hh a v eb e e nd e t e c t e d u n d e r u p l a n d c o n d i t i o n s n o r t h e r nb l o t t i n ga n a l y s i s i n d i c a t e dt h a te 1 3 2 8w a s u p r e g u l a t e db y w a t e rl i m i t a t i o ni ns e m i n a lr o o tt i p 4 f o u re d n a a f l pc l o n e sw e r em a p p e da n dt w oo f t h e m ，t 1 7a n dl 1 6 ，w e r e l o c a t e do nc h r o m o s o m e3a n d2 ，r e s p e c t i v e l y n o r t h e r nb l o ta n a l y s i si n d i c a t e dt h a t t h ee x p r e s s i o n so f l l 6 ，t 5 9a n dt 8 2w e r ei n d u c e db yw a t e rl i m i t i n gc o n d i t i o n ，w h i l e t h ee x p r e s s i o n so f t l 7w a s s u p p r e s s e d t h e r e s u l t so f b l a s ti ng e n e b a n ks h o w e d t h a tt i7e n c o d e dn i c k e lb i n d i n gp r o t e i n ，w h i c hw a sl i n k e dw i t hq t lf o rl a t e r a lr o o t l e n g t h l 1 6 e n c o d e d p u t a t i v es a r t - 1p r o t e i n ，t 5 9e n c o d e d c l i pa s s o c i a t e dp r o t e i n a n dt 8 2e n c o d e db h l h p r o t e i n t h e t h r e eg e n e sa r el i n k e dw i t hq t l sf o rs e m i n a l r o o tl e n i g t h ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h e s eg e n e sm a yb ei n v o l v e di ns e m i n a lr o o t e l o n g a t i o nu n d e ru p l a n d c o n d i t i o n s k e y w o r d sr i c e ( o r y z a s a t i v al ) q t l s 。r o o tm o r p h o l o g y u p l a n d c o n d i t i o n f l o o d i n gc o n d i t i o n c a n d i d a t eg e n e s e d n a a f l p 浙江大学博士学位论文 致谢 本论文的研究是在导师吴平教授的悉心指导下完成的。论文从选题、研究 计划制定和实施到论文撰写和讨论都凝聚着导师的心血和智慧。三年来，导师在 学习上给予我无微不至的关怀，使我得以顺利地完成学业。导师对科学事业的执 着追求、严谨求是的科学态度和百折不挠的奋斗精神时刻激励着我，永远是我学 习的楷模，并使我受益终生。 本研究的顺利实施得益于曾广文教授、蒋德安教授、朱诚教授、易可可老 师、吴运荣老师、李靖老师、汤海呖老师、翁晓燕老师、黄健中老师、莫肖蓉老 师、王首峰老师、刘非燕老师的鼎力相助与指导，在此致以最诚挚的感谢! 本文的顺利完成离不开课题组的杨玲老师、毛传澡同学的齐心帮助，所取 得的每一分收获都包含着他们的智慧和劳动。没有大家的齐心协力地合作，本研 究难以付诸实施。在此表示最衷心的感谢! 这里良好的实验条件、浓厚的学术气 氛、团结友爱的精神时刻鼓舞着我，使我获益匪浅。 感谢姜华武、李海波、王小兵、陈青爽、吴忠长、黄帼、金维正、陈双燕、 张帆、王芳、王明怡、刘洪家、朱世华、朱凌、齐晓朋、宋听蔚、沈翊、佃蔚敏、 余晓波、张麝龙、杜黎明、杨益、周洁、林涛、候兴亮、俞超、焦芳婵、韩秋敏、 缪岩松、樊叶杨、贾巧君、曹姣仙、党磊、段瑞君、严成其、汪少敏、徐敏等师 兄师弟师姐师妹们平时给予的帮助。 感谢父母、哥哥、姐姐对我的关爱、支持和鼓励，感谢我的爱人潘惠萍、 儿子郑鑫给予我极大的理解与支持，我的每一分进步都包含着他们的付出。 感谢所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友们! 郑炳松 2 0 0 3 年5 月于杭州华家池 浙江大学博士学位论文 缩略词 q t l sq u a n t it a tiv et r a itl o c u s数量性状位点 p c r p o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n d n a 多聚酶链式反应 r f l pr e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m 限制性片段长度多态性 a f l p a m p l i f i e df r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m扩增片段长度多态性 s s r s i m p l es e q u e n c er e p e a t简单重复序列标记 e s t e x p r e s s e ds e q u e n c et a g表达序列标签 r i lr e c o m b i n a n ti n b r e dl i n e s 重组自交系 d hd o u b l eh y b r i d e 双单倍体系 c d n a c o m p l e m e n t a r yd n a互牢hd n a s r ls e m in a lr o o tl e n g t h 种子根长 a r na d v e n t i t i o u sr o o tn u m b e r 不定根数量 l r ll a t e r a lr o o tl e n g t h 侧根长 l r nl a t e r a lr o o tn u m b e r 侧根数量 r tr o o tt h i c k n e s s 根粗 r wt o t a lr o o td r y w e i g h t总根千重 n r l 0 0r o o tn u m b e ru n d e rl o o c m 1 0 0 厘米以下深根数量 r nt o t a lr o o tn u m b e r 总根数量 p v c p o l y v i n y lc h l o r i d e 聚乙烯氯化物 浙江大学博士学位论文 第一章文献综述 1 干旱与水稻环境 水稻是世界是最主要的粮食作物之一，大约2 8 的水稻生长在雨水灌溉地 ( k h u s h 等，1 9 8 4 ) 。水资源短缺是目前公认的全球性环境焦点问题之一，我国人 均占有水资源量( 2 3 0 0 立方米) 仅为世界人均量的1 4 ，是世界上1 3 个最贫水 的国家之一，且大部分地区属亚洲季风区，干旱灾害具有普遍性、区域性、季节 性和持续性的特点。据1 9 5 0 1 9 9 9 年统计，全国平均每年受旱面积达2 1 7 3 3 3 万 公顷，成灾面积8 9 3 3 3 万公顷，直接减收粮食1 0 0 亿公斤以上，约占各种自然 灾害造成粮食损失的6 0 。干旱不仅造成农业生产的重大损失，还加剧了生态环 境的恶化及土地砂漠化和水土流失，威胁到人类生存和发展。 随着人口的增加，水资源的紧缺，提高水稻产量将主要依赖于雨水灌溉系统 ( o a r r i t y 等，1 9 8 6 ) 。依据生态环境的差异，水稻主要分为4 种类型：水浇稻 ( i r r i g a t e dr i c e ) 、早稻( u p l a n dr i c e ) 、浮水稻( f l o o dp r o n er i c e ) 及雨 养低洼稻( r a i n f e dl o w l a n dr i c e ) 。雨养低沣稻的种植面积在世界范围内达到 2 7 左右，早稻占了1 4 ，并且随着世界生态环境的改变，雨养低洼稻的种植面积 增加。然而由于干旱的影响，雨养低洼稻的单产仅为2 3 k g h a ( 世界水稻平均产 量为每公顷3 5 吨 i r r i 等，1 9 9 3 ) 。如何改良水稻品种的抗旱性能，已成为进 一步提高世界水稻产量所急需解决的问题( l a m p e 等，1 9 9 3 ) 。 2 水稻抗旱性状 水稻的抗旱机制表现在3 个方面，即避旱( d r o u g h te s c a p i n g ) 、耐旱( d r o u g h t t o l e r a n c e ) 和御旱( d r o u g h ta v o i d a n c e ) 。避旱主要通过缩短生育期以躲避干 旱，如东印度的早稻的生育期小于9 5 天，这j 下好与其短的季风气候相吻合。耐 旱主要通过植物本身的抵抗能力提高植物的抗旱性能，比如筛选植物的耐旱品 种。御旱是通过植株本身的遗传机制改变抗旱性能，比如通过气孔关闭、卷叶、 叶细胞渗透压调节、叶片角质加厚等避免水分丢失，通过改善根部性状使之更为 积极主动地吸取广阔和深层的水资源等。 浙江大学博士学位论文 更多的研究表明，根系统的发展与改善是提高水稻耐旱能力最重要的途径之 一( r e y a i e r s 等，1 9 7 7 ) 。水稻根系不仅是吸收养分、水分的器官，而且能合成 多种生理活性物质，其数量的多少、活性的强弱与水稻生长发育、物质生产与分 配、抗旱性等关系极为密切，对产量形成及单产的高低具有重要的影响。组成型 根系和适应性根系是水稻适应旱作条件的一个重要表现( k a m o s h i t a 等，2 0 0 2 a ， 2 0 0 2 b ) 。具备良好的深根系无疑是其抗旱最重要的一个因子。早稻因直接种植 在土壤中，其根系的快速生长对于旱作条件下维持水分吸收状态具有重要的作用 ( n g u y e n 等，1 9 9 7 ) 。因此，深入研究影响旱稻根系性状及在水分限制条件下的 生长特征，阐明其遗传基础，对培育出既具有高产潜力又具有早稻性状的高抗旱 性的水稻具有重要意义。 3 根系研究的分子遗传学方法 通过测量根系的性状来选育水稻抗旱品种极不方便。分子标记的运用及水稻 分子遗传图谱与物理图谱的日趋完善( b ! ! e ；! g 巳：d 堕：丛鱼! ：艘：i 卫) ，使复 杂的数量性状位点( q t l s ) 以孟德尔因子的遗传方式进行分析( p a t e r s o n 等， 1 9 9 1 ) ，使许多重要的农艺性状基因得以进行分子水平上的研究。把q t l s 定位和 其它生物技术如物理图谱和整个基因组测序结合起来，通过图位克隆( t a n k s l e v 等，1 9 9 5 ) 或候选基因克隆( p f l i e g e r 等，2 0 0 1 ) 技术，可以获得相关基因。 4 不同水分条件下水稻根系特征q t l s 研究 分子遗传图谱及标记将为研究分析水稻抗旱性状的遗传因子提供强有力的 手段。到目前为止，共有6 个水稻遗传群体用于抗旱相关性状的q t l s 研究：包 括3 个重组自交系( r i l ) ，分别从c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 、i r l 5 5 2 a z u c e n a 、 b a l a a z u c e n a 杂交发展，3 个双单倍体系( d h ) ，分别从i r 6 4 a z u c e n a 、 c t 9 9 9 3 h r 6 2 2 6 6 、i r 5 8 8 2 1 i r 5 2 6 1 杂交发展。第一个重组自交系群体 ( c 0 3 9 m o r o b e r e k a n ) 已用于大田试验研究( c h a m p o u x 等，1 9 9 5 ) 、土柱根系生 长研究( c h a m p o u x 等，1 9 9 5 ) 、根系蜡层穿透力研究( r a y 等，1 9 9 6 ) 和渗透调 节研究( l i l l e y 等，1 9 9 6 ) 。另一个重组自交系( i r l 5 5 2 a z u c e n a ) 已用于纸培条件 下根系生长研究( z h a n g 等，2 0 0 0 ) 。双单倍体群体( i r 6 4 a z u c e n a ) 已经用于用 2 浙江大学博士学位论文 间试验( c o u r t o i s 等，2 0 0 0 ) 、土柱根系生长( y a d a v 等，1 9 9 7 ) 、两者的结合 ( h e m a n a l i m i 等，2 0 0 0 ) 和根系的穿透能力研究( z h e n g 等，1 9 9 9 ) 。z h a n g 等( 1 9 9 9 ) 用另一个双单倍体群体( c t 9 9 9 3 i r 6 2 2 6 6 ) 进行了抗旱性研究。a l i 等( 2 0 0 0 ) 用i r 5 8 8 2 1 i r 5 2 6 1 群体报道了根系穿透力q t l s 。p r i c e 等( 1 9 9 7 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ， 2 0 0 2 a ，2 0 0 2 b ) 报道了b a l a a z u c e n a 群体在水培条件、p v c 柱土培条件、大田试 验条件下相关的根系生长、根系穿透力、根粗、渗透调节、叶片干旱程度、叶片 相对含水量、卷叶等性状的q t l s 。 c h a m p o u x 等( 1 9 9 5 ) 在温室条件下对重组自交系群体c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 的 根系形态性状，如根粗、根冠比、单个分蘖的根干重、单个分蘖的深根干重、最 大根长等，进行了定位，研究表明每个根系性状都受多个q t l s 位点控制，贡献 率为1 3 - 3 3 ；同时他们还用相同的遗传群体在水分亏缺条件下定位了大罔中三个 不同生长时期( 幼苗期、营养生长早期、营养生长晚期) 与抗旱性状( 主要是可 见叶片卷曲) 相关的q t l s 。总共检测到1 8 个卷叶q t l s ，5 个共同的q t l s 在三 个生长时期都表达，7 个q t l s 在其中的二个生长时期表达。比较两种环境( 温 室中和大田中) 下所检测出的根系性状q t l s 所在的位置，发现超过5 0 的q t l s 被定位在相同染色体区间，表明了根系形态在水稻抗旱中具有重要的意义 ( c h a m p o u x 等，1 9 9 5 ；m c c o u c h 和d o e r g e ，1 9 9 5 ) 。 y a d a v 等( 1 9 9 7 ) 利用a z u c e n a 和i r 6 4 构建的双单倍体系( d h 群体) 对同 样的土壤旱作条件( p v c 柱培养) 下控制根系形态与分布( 根粗、最大根长、总 根重、深根重、单个分蘖的深根重和深根冠比等) 的基因进行了定位，发现有些 性状的o t l s 是共同的，每个性状都受3 6 个位于不同染色体的q t l s 控制，贡 献率在4 2 2 。其中最大根长有6 个q t l s ，分别分布于染色体1 ，2 ，3 ，5 ，7 和9 ，总贡献率为4 9 。c o u r t o i s 等( 2 0 0 0 ) 利用同样的i r 6 4 a z u c e n a 群体在大 嗣条件下发现了2 5 个卷叶、叶片干旱程度及相对含水量q t l s 。1 9 9 6 年，r a y 等 利用c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 群体通过用蜡一凡士林模拟坚实的土层研究根系的穿透能 力，定位了根的穿透力基因，第一个报道了总根数、根穿透力和分孽数量的q t l s ， 发现了4 个穿透根数q t l s ，1 9 个总根数q t l s ，6 个根穿透指数q t l s 和1 0 个分 蘖数量q t l s ，单个性状q t l 的最大贡献零分别为8 、1 9 、1 3 并n1 4 。许多水稻 根数和根系穿透能力的q t l s 被检测和定位在除了第1 0 条染色体外所有的染色 体。 浙江大学博士学位论文 p r i c e 和t o m o s ( 1 9 9 7 ) 用a z u e e n a 和b a l a 构建的重组自交系群体( r i l ) 在高光照水培条件下对水稻不同发育期的最大根长、根体积和不定根粗进行了 q t l s 分析，研究表明l o d 值 2 4 以上的共有l o 个最大根长q t l s ，只有2 个q t l s 的遗传效应来自b a l a 。位于染色体6 上的q t l s 在水稻5 个发育期都检测到。同 时只发现两个根粗的q t l s 。结果显示了不同的基因在不同发育阶段影响着最大 根长性状的表达，有些q t l s 只在早期或晚期表达。 z h e n g 等( 2 0 0 0 ) 利用a z u c e n a 和i r 6 4 构建的d h 群体以栽培后6 0 天穿过蜡 层的穿透根数和穿透根粗表示根系的抗早能力，总共有1 2 个q t l s ，其中4 个根 穿透能力q t l s ，4 个根粗q t l s ，2 个穿透根数q t l s ，2 个总根数q t l s 。每个性状 的贡献率在8 4 1 6 4 之问。同时比较了不同试验条件下两个不同群体 ( a z u c e n a i r 6 4 和c 0 3 9 m o r o b e r e k a n ) 的根穿透能力和根粗q t l s ，发现定位在 第3 条染色体上r g l 0 4 和r g 3 4 8 之间的o t l s 是一个共同的根系穿透能力和根粗 q t l s ，这有助于进一步对这个位点进行分子标记辅助筛选。 h e m a m a l i n i 等( 2 0 0 0 ) 利用同样的d h 群体在不同水分条件下对水稻营养生 长关键时期的形态及生理特性进行了q t l s 分析，研究发现在不同水分条件下位 于1 号染色体r z 7 3 0 和r z 8 0 1 之间的q t l s 与株高连锁，这个位点同时也是与矮 化基因s 扣连锁( c h o 等，1 9 9 4 ) 。总共在非干旱条件下两个生育阶段检测到1 5 个q t l s ，其中有3 个共同的q t l s 。而在水分胁迫条件下共检测到2 1 个q t l s 。在 2 号染色体r g l 7 1 和r g l 5 7 之间发现有控制分蘖数、总根长、根体积和总根数的 q t l s 。 v e n u p r a s a d 等( 2 0 0 2 ) 利用同样的d h 群体在不同的水分条件下对谷粒产量 和根形态特性进行q t l s 分析，表明只有一个控制开花时间的q t l 同样控制根体 积和根干重。这就有可能把高产q t l s 和根性状q t l s 结合起来，从而增强水稻在 干旱条件下的产量。 p r i c e 等( 2 0 0 0 ) 利用b a l a a z u c e n a 的重组自交系群体，以移栽后2 4 天穿 过蜡层的不定根数表示水稻根系的穿透能力，共发现了7 个控制水稻根系穿透能 力的q t l s ，同时也发现了3 个根数q t l s 。只有2 个和5 个最大根长的q t l s 分别 被定位在l a b e l l e g o r ab l a c k 和l a b e l l e i t a l i c a l i v o r n o 两个群体。此外，干旱条件 下水稻的渗透调节能力有关的q t l 被定位在第8 染色体，它能解释表型变异3 6 ( l i l l e y 等，1 9 9 6 a ，1 9 9 6 b ) 。有趣的是一些影响不同性状如根系形态、大i t t 中的 4 浙江大学博士学位论文 抗翠性及渗透调节的q t l s 均被定位在第8 染哉体的稠同区域( m c c o u c h 和 d o e r g e ，1 9 9 5 ) ，该染色体区域渗透调节与根相关q t l s 之间的关系还有待予进一 步研究。 p r ic e 等( 2 0 0 2 a ) 利用b a l a a z u c e n a 嚣体在一懊4 带蠢玻璃憋培培券檀培 养条件下采用不同的干旱处理方式对水稻根系进行了q t l s 分析，研究表明有6 令擦铡9 0 霾寒以下棂系缒重量秘羧大摄长静氍l s ，l l 令羧冠跑鹾l s ，1 2 个1 0 0 厘米以下根数( n r l 0 0 ) q t l s 和1 4 个根粗q t l s 。总共有1 4 个区域包含不同根系 淫羧q t l s 。霾藉季对这些嚣b 位点与其它群俸进行魄较分耩，发现惑莛有7 个虹l s 位点( 染色体l 、2 、4 、7 、9 ( 2 个q t l s ) 和t 1 ) 具有一致性，并认为这7 个q t l s 有待予迸步深入研究。p r i c e 等( 2 0 0 2 b ) 利用b a l a a z u c e n a 群体采用同样的大 嗣蘩件检测到4 0 个卷叶、叶片干晕程度及相对含水量q t l s 。根攒共同的r f l p 标记( w w w g r a m e n e o l g ) 。共有1 7 个染色体区域舆有相同的耐旱q t l s 。能于第 3 染色体r z 4 7 4 区域黠近的q t l s 在甄有毂三个爨体孛邦捻溺到，褒龌了这个嚣 域包含了有助于耐举的潜在的重要的基因。在第5 染色体c 6 2 4 和c 4 3 之间区域 甏在b 删a z u c e n a 瓣钵又在l r 6 4 a z u c e n a 嚣倭中捡溅到卷野帮盼片于翠程度靛 q t l s 。由于g 1 0 7 3 和r g l 两个标记非常熊近，所以在c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 第8 染色俸g 1 0 7 3 检测到静抗擎q t l s 可能就怒在r g l 检溺到解渗透调节q t l s ，表 明了渗透调节q t l s 有助于水稻在早作条件下提高水分状态。 裉据r f l p 探针构建的基础闰谱，这魑群体的定位结果的比较就成为可能。 但是由于不同群体浆用不嘲的探针擒建隧谱，因此也就缀避进行e t 较。逶避骚大 根长的q t l s 比较( 表1 ) ，结果表明在不同群体中存在着控制最大根长欺同的 q t l s 区域，反映囊耀曩基霾溪起| l 冬终焉。许多群体孛都发瑷在第2 条染色蒋 r g l 7 1 附近和第9 条染色体长臂有头同的q t l s ，同样的在第1 条染色体长臂和 第l l 条染色传羞丝瘴瓣逶在2 个群俸率发现有共丽静q t l s 。在染色体9 和 l 上根长q t l s 的等位基因都来自早稻( a z u c e n a 、m o m b e r e k a n 和l a b e l l e ) 。 浙江大学博士学位论文 表1不同水稻群体中定位的根长q t l s 。( 黑体表示至少在二个群体中检测到的共同根长 q t l s l _ 奇：点) t a b l e1 q t l s f o rr o o tl e r i g t hi d e n t i f i e di n5p o p u l a t i o n so r g a n i z e db yg e n o m i cp o s i t i o n q t l s a r em a r k e di nb o l di f f o u n di nas i m i l a rp l a c ei na tl e a s t2p o p u l a t i o n s 染色体q t l 群体 c h r o m o s o m e e q p 女! 熊i q q 一一 1 o c a t i o n o f q t l c 0 3 9 m o r o i r 6 4 a z u b a l a a z u , l a b e u e b l a c k l a b e l l e i t a l i c a l 1 2 2 3 5 5 5 6 7 7 8 9 l o 1 1 1 2 r g l 3 9 r g 3 2 4 r g 4 0 0 r z l 9 ，r z 8 0 1 r g 2 2 5 ，r g 3 5 0 r g l 7 1 r g l 5 7 r g l 7 l ，r g l 3 9r g l 7 1 ，c d 0 7 1 8 p g l 1 c d 0 8 7 r g 3 1 3 r z 5 5 6 c 6 2 4 r d l o br g 2 1 3 ，r g 7 7 8 c d 0 4 9 7 c d 0 4 1 8 r g 4 1 8 ，a m p 一2 r z l 2r z 2 2 8 瓜z 1 2n e a rg 3 8 5 r g 2 5 7 g 8 9 a c d 0 3 6 5r g 2 ，g 1 4 6 5 r g 4 3 5 n e a rr g 6 7 8 r z 4 0 0 r g 3 4 1 到目前为止报道共有五个群体中有根粗q t l s ，见表2 。在c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 群体中，总共检测到有1 6 个q t l s ，在i r 6 4 a z u c e n a 群体中，共检测到7 个根粗 q t l s ，而在b a l a a z u c e n a 群体中只3 个q t l s ，在i r 5 8 8 2 1 i r 5 2 5 6 1 群体中，共 检测到8 个根粗q t l s ，在c t 9 9 9 3 i r 6 2 2 6 6 群体中，共检测到9 个根粗q t l s 。 但没有一个共同的q t l 在五个群体中同时检测到。在c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 和 i r 6 4 a z u c e n a 二个群体中共有二个共同的q t l s ( 染色体1 和8 ) 。在b a l a a z u e e n a 和i r 6 4 a z u c e n a 二个群体中共有一个共同的q t l ( 染色体5 ) 。在b a l a a z u c e n a 和c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 二个群体中共有一个共同的q t l ( 染色体2 ) ，在 c t 9 9 9 3 i r 6 2 2 6 6 和c 0 3 9 m o r o b e r e k a n 二个群体中共有个共同的q t l ( 染色体 9 ) ，在c t 9 9 9 3 i r 6 2 2 6 6 、c 0 3 9 m o r