【毕业学位论文】（Word原稿）水稻第6染色体短臂产量性状QTL的验证-生物化学与分子生物学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士学位论文 水稻第 6染色体短臂产量性状 on rm on rm I 摘 要 应用珍汕 97B/密阳 46 的 4 个 株，经单粒传建立了由 859 个 系组成的重组自交系（ 体；来源于其中一个单株的 247 个 用于前期的 步定位，其它单株的材料应用于筛选 剩余杂合体（ 以开展细定位。经初步定位，发现第 6 染色体短臂上的 研究群体的产量形成具有重要遗传作用 ，故 选用所属区间开展 细定位。 经 475 个 记检测，两亲本在 65%的座位上呈单态。选取目标区间多态性标记 8 个和其它区间标记 18 个，从 612 个 筛选出 5 个在目标区间呈杂合、在其它区间呈纯合的单株，进而增加第 6 染色体短臂上的多态性标记 17 个、其它区间的多态性标记 58 个，检测 5 个中选单株。按 公布的标记间遗传距离计，单 株 1和 4第 6 染色体短臂约 30分别在另外 3 个较小的区间中呈杂合，而 11 1分别在第 6 染色体短臂 约 10区间中杂合。利用 11 1株自交加代，获得 个 群体。 应用这 3 个群体对产量性状的遗传控制开展研究，获得以下主要结果： 1. 在 3 套群体的分离区间内都定位到控制产量性状的 但每套群体检测到的控制具体性状的基因不尽一致。利用完整群体，在 定位 到 控制每穗实粒数、每穗总粒数、结实率和单株产量的 检测到控制每株穗数、每穗实粒数、每穗总粒数和千粒重 4 个性状的 1 个；在 定位到 3 个 别控制每穗实粒数、结实率和千粒重。交换群体的 位结果和完整群体的结果基本一致，但定位的 降低，贡献率升高。 2. 通过三套群体定位结果的比较，在遗传上证明了 存在着控制每穗实粒数、结实率和单株产量的基因，并进一步利用 体分离区间内发生交换的株系，通过染色体上跨叠的片段，将这些基因 最终定位在 间约 物理范围内。 此外，在利用 生群体研究产量性状的遗传控制时，发现群体中存在较为严重的偏态现象，暗示在我们构建群体的分离区间中存在控制配子致死性的基因。通过筛选出分离区间内存在杂合基因型的单株，以及对其后代基因型的鉴定，考察每种基因型植株的数目与理论值的符合度，来确定致死基因的位置。利用这一方法，将配子致死基因定位在 间约 关键词 水稻，产量性状， 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 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 增片段长度多态性 切扩增序列多态性 色体片段代换系 生 扩增片段长度多态性 倍单 倍体 达 能标记 因标记 株产量 源重组 入系 入缺失标记 锁不平衡 子标记辅助选择 穗实粒数 等基因系 株穗数 放阅读框 合酶链式反应 量性状基因 量性状座位 量性状核苷酸 机扩增多态性 机 记 制性片段长度多态性 余杂合体 组自交系 列特性扩增区域 实率 核苷酸多态性 单序列长度多态性标记 单序列重复标记 染色体片段代换系 列标签位点 000 粒重 穗总粒数 变数目串联重复位点 目 录 摘 要 . I . 文缩略表 . 一章 文献综述 . 1 利用 位的方法研究复杂性状 . 1 一些基本概念 . 1 位中常用的分子标记 . 2 限制性片段长度多态性标记 . 3 简单序列长度多态性标记 . 3 酶切扩增序列多态性标记 . 3 单核苷酸多态性和插入缺失标记 . 4 应用于 位的群体 . 5 初级定位群体 . 5 次级定位群体 . 6 究的基本思路 . 7 定位 . 7 初级定位 . 7 精细定位 . 8 克隆 . 12 位克隆的一般方法 . 12 候选基因的策略在 位克隆中的应用 . 13 究的进展 . 14 克隆了多个 . 14 初步了解了数量性状的分子基础 . 14 初步剖析了 作的分子机理 . 14 深化了对作物驯化过程的理解 . 15 促进了对基因表达遗传基础的研究 . 15 开展了 子标记辅助选择的尝试 . 16 究面临的挑战和对策 . 16 微效 发掘和克隆 . 16 对 位性作用的研究 . 16 对有利基因的发掘和对等位基因的发掘 . 17 全基因组、高通量、高精度检测 方法 . 17 水稻产量性状的遗传研究 . 18 应用 位的方法对水稻产量形成遗传机理的研究 . 18 水稻产量性状 位研究对产量形成遗传基础的初探 . 18 位和生理学相结合研究水稻产量形成的遗传基础 . 19 水稻产量性状 精细定位和克隆 . 20 应用突变体材料对产量形成遗传机理的研究 . 22 水稻产量性状遗传研究的展望 . 22 第二章 利用 生群体对 水稻 第 6 染色体 短臂 产量性状 遗传验证 . 24 材料和方法 . 24 体的构建和性状考察 . 24 取 . 25 分子标记的筛选和基因型鉴定 . 25 遗传图谱构建、 析和数据处理 . 26 结果与分析 . 26 生群体的构建 . 26 表型与变异 . 28 遗传连锁图的构建 . 29 位 . 31 利用完整群体进行的 位 . 31 利用交换群体进行的 位 . 32 对 体 位结果的遗传验证和进一步定位 . 33 第三章 利用 生群体对水稻第 6 染色体 短臂一个配子致死基因的定位 . 35 材料和方法 . 35 实验材料 . 35 性状考察 . 36 取 . 36 分子标记的筛选和基因型鉴定 . 36 数据分析 . 36 结果与分析 . 36 定位材料的筛选 . 36 配子致死基因的定位 . 37 第四章 全文结论与讨论 . 40 结论 . 40 对产量性状 精细定位 . 40 对配子致死基因的定位 . 40 讨论 . 40 剩余杂合体单株的筛选 . 40 生群体在 证和精细定位中的应用 . 41 近可能存在一个交换热点 . 41 3 套作图群体 位结果的比较 . 42 完整群体和交换群体 位结果的比较 . 42 利用 体对检测到的 遗传证明 . 43 在 离区间内存在配子致死基因 . 43 展望 . 44 致谢 . 56 作者简历 . 57 中国农业科学院硕士论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 水稻是最重要粮食作物之一，全世界超过一半的人口以其作为主食，水稻生产遍及除南极洲以外的各大洲。除了在粮食生产和粮食安全中的重要作用外，水稻还拥有无可比拟的生物学特点：（ 1）水稻拥有禾本科作物中最小的基因组；（ 2）已经发展的大量分子标记，为水稻遗传研究提供了有力的工具；（ 3）由于和其他禾本科植物存在着广泛的共线性，水稻研究可以为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，水稻转化相对较为容易。这些得天独厚的特点，使水稻成为被广泛接受 的模式生物之一（ 1996； 2002）。 目前，水稻分子生物学研究工作取得了重大进展。其结构基因组工作接近尾声，粳稻品种日本晴除部分染色体的着丝粒区域外，精细测序工作基本完成（ 2005），籼稻品种广陆矮4 号第四染色体也已完成精细测序（ ， 2002），此外，还有日本晴和 9311 的两张采用全基因组鸟枪法完成的框架图作为补充（ ， 2002）；水稻功能基因组工作正如火如荼地展开，并已取得了一些重大突破，克隆了诸如控制水稻形态发育（ ， 2003a； ， 2003b）、开花期（ ， 2000； ， 2001， 2002； ， 2004）、育性恢复（ ，2004； ， 2004； ， 2006）、养分吸收（ ， 2005）、品质（高振宇等， 2003）以及抗病（ ， 1996； ， 2005； ， 2006）、抗盐胁迫（ ， 2005）等方面的多个重要基因。 对产量性状遗传机理的探讨一直是遗传学研究的重要主题之一，但是长久以来难有大的突破，对产量形成的分子基础更 是所知甚少（ 2005）。主要原因在于产量性状的遗传基础复杂，表现为典型的数量性状：遗传力较低，受多个基因控制，且每个基因的效应相对较小，基因间存在复杂的上位性作用，并且受环境作用影响明显；另外，产量性状的组成复杂，往往由多个因子构成，且每个因子可能涉及不同的调控代谢途径，这些都增加了研究的难度。但自从上个世纪 80年代以来，大量分子标记的发展和相关数学分析模型的建立及相应软件的开发，为产量等数量性状的遗传研究提供了有力的工具，甚至数量性状座位（ 图位克隆已开始得到实现。 由于水稻在粮食安全中的特殊地位，水稻产量形成的遗传机理，一直为遗传学家和育种家所关注。近年来随着分子遗传学的发展，这一领域取得了很大突破，通过构建不同遗传群体定位到大量与产量相关的 克隆了其中的数个基因，此外还利用这些研究成果，对分子标记辅助选择（ 行了探索，并取得了一些成效。 这一部分将着重介绍：（ 1）利用分子标记对数量性状进行 位的原理和方法，（ 2）水稻产量性状研究的现状和进展。 利用 一些基本概念 中国农业科学院硕士论文 第一章 文献综述 2 动植物绝大多数形态性状、农艺性状和生理生化性状都属于数量性状，受到多个基因的控制（ 2003）。这些 数量性状的遗传基础，是当前生命科学研究的热点，同时也是一个难点。目前主要通过 位的方法对这些性状开展研究。 所谓 指基因组上包含控制数量性状基因的一段染色体区域。利用各种标记，通过标记基因型和表型的相关关系，将控制某一数量性状的基因定位到遗传连锁图上的过程，就是 位需要借助适当的统计模型，因此从本质上来说，绝大 部分定位结果仅仅是一个统计概率。 位置、数目、效应以及 的上位性作用、 环境间的互作效应是 位研究的核心内容。 位结果受到两方面因素的影响：（ 1）研究性状的遗传基础，包括控制目标性状基因的数目、效应、基因间互作情况、遗传背景、遗传力等；（ 2）实验设计，包括采用何种统计方法、设置什么显著性水平以及试验环境的控制、构建群体的大小、遗传连锁图的饱和度等，这些都能影响最终的定位结果（ ， 2004）。 传统的数量遗传学认为控制数量性状的基因无限多，每个基因的效应很小且 相同，然而 制数量性状的基因数目是有限的，定位到的 往不超过 10 个，并且基因的效应也不相同，有的 应较大，甚至可以解释表型变异的 80%，但更多的 应相对较小，很多微效 于效应太小，以至于不能被检测到。 需要强调的是， 位是利用统计模型对遗传问题的解析，其结果必须接受遗传学的验证后才有意义，在经过遗传证明前，定位到的 是一个统计学上概念。换句话说，被检测到的不意味一定包含控制数量性状的基因，也不是所有控制数量性状的基因一定都能被 位研究中可以利用的标记主要包括形态学标记、同工酶标记和 子标记三大类。其中，形态学标记检测最为直接，但容易受环境影响，而且很大一部分形态标记对植物的正常生长发育是不利的，更主要的是形态学标记的数量极其有限，限制了其在数量性状基因定位研究中的应用。同工酶标记的出现，促进了 位的发展，但其数目仍然是有限的。上个世纪 80 年代后，随着以 代表的多种分子标记的相继发展，遗传学家在 平上找到了丰富的标记资源， 究因此进入了一个全新 的阶段。 分子标记的本质是基因组中存在差异的 段。近年来， 随着基因组研究的不断深入，分子标记的开发得到迅猛发展，其数量和种类大大增加。根据各种分子标记的性质，大致可以将分子标记分为三类：第一类是以分子杂交技术为基础的标记，如限制性片段长度多态性（ 可变数目串联重复位点（ of 等。第二类是基于聚合酶链式反应（ 础上发展起来的标记，包括随机扩增多态性 简单重复序列（ 序列特性扩增区域（ 序列标签位点（ 。第三类是基于限制性酶切和中国农业科学院硕士论文 第一章 文献综述 3 术的分子标记，包括扩增片段长度多态性标记（ 酶切扩增序列多态性（ 。 分子标记数量众多，遍及整个基因组，而且遗传稳定，不受环境及基因表达的限制，这些优点使得分子标记应用于生物学研究的各个领域。 目前，应用最为广泛的标记是以 基础的共显性标记，如 记等。 下面主要介绍几种最为常用的分子标记。 限制性片段长度多态性（ 记 记是最初发现并应用于图谱构建和基因定位的分子标记。 1988 年， 1988）等利用 记，构建了第一张水稻分子标记连锁图，揭开了水稻数量分子遗传学的序幕。 日本水稻基因组计划（ 2000 年发表的水稻高密度的分子遗传图谱中包含 3267 个 记（ ）， 为水稻基因组测序计划和基因定位研究提供了极大便利 。 记的基本原理是通过限制性内切酶识别并切割基因组 有差异的的特定位点，得