【毕业学位论文】（Word原稿）中国三系杂交稻亲本资源的遗传结构及遗传多样性作物遗传育种硕士论文

密级 论文编号 中国农业科学院 学位论文 中国三系杂交稻亲本资源的遗传结构 及遗传多样性 I 摘 要 杂交稻杂种优势的发挥，关键是亲本的选择。为了揭示我国三系杂交稻亲本资源的遗传多样性，为杂交水稻育种提供借鉴，本研究选取中国稻种资源目录中有代表性和目前生产中应用较多的水稻（ .）三系资源 202 份，其中保持系和不育系 74 份，恢复系 128 份，采用均匀分布于水稻 12 条染色体的 36 对微卫星（ 记和 9 个表型农艺性状标记，对我国三系资源的遗传结构及其遗传多样性进行了研究。主要研究结果如下： 1 202 份三系资源可分为 5 个遗传结构群（ 分别是粳型群、籼 （以 印尼水田谷 7 号等为代表）、籼 I（以 2229、测 49 和等为代表）和籼 明恢 63 等为代表）。 5 个遗传结构群的遗传距离分析表明，粳型群与其他各籼型遗传结构群的遗传距离最 大，而 3 个籼 次是籼 恢复系群 I 之间，说明亚种间的遗传距离大于亚种内。 遗传结构群与基于遗传距离的聚类存在较大的相关性和相似性。按恢保关系，野败型与红莲型在遗传结构上没有明显差异，都以籼型成分为主； 由于主要应用于粳型杂交稻，因而以粳型群成分占主导。 2在 202 份三系资源中，共检测出 318 个等位基因，平均每位点 ，遗传多样性指数为 传多样性表现为籼亚种大于粳亚种，恢复系大于保持系（不育系）。平均每位点等位基因数，籼亚种为 ，粳亚种为 ；恢复系为 ，保持系（不育系）为 。遗传多样性指数表现为籼亚种（ 高于粳亚种（ 但未达显著差异水平（ P恢复系（ 于保持系或不育系（ 二者达显著差异水平（ 3 三系资源的遗传距离表现为籼粳亚种间（ 于恢复系与保持系（不育系）之间（ 籼亚种内保持系（不育系）与恢复系的遗传距离（ 于在粳亚种内的遗传距离（ 4 128 份恢复系资源中， 记结果显示，按恢保关系，野败型、红莲型和 的遗传多样性指数分别为 莲型与野败型、 之间的差距较大；按稻区，遗传多样性指数以华中双单季稻稻区（ 西南高原单双季稻稻区（ 高。表型农艺性状的多样性分析表明，籼亚种和粳亚种的 数分别为 达显著差异水平（ P在 3 个恢保类型中，表现为野败型（ （ 近，都明显大于红莲型（ 在 6 大稻区中，华中双单季稻稻区（ 西南高原单双季稻稻区（ 东北早熟单季稻稻区（ 华南双季稻稻区（ 型农艺性状检测的多样性与 子标记的检测结果呈显著和极显著相关，相关系数达 映了水稻基因型与表现型在进化过程中的协同性。 5 利用 36 对 微卫星（ 记，在三系资源中发现一些特异等位基因，区分籼粳亚种的特异等位基因主要存在于 分恢复系与保持系（不育系）的特异等位基因主要存在于 点，其中， 点的 1 个特异等位基因在保持系（不育系）中的出现频 高达 根据上述研究结果，认为我国杂交水稻三系资源虽然丰富，但仍存在遗传背景相对狭窄和单一的问题，尤其是不育系（保持系）和 部分恢源相同的恢复系；依据遗传结构群的分析， 选择遗传距离较大类群的恢复系与不育系配组，成功的机率较大；在籼型杂交水稻恢复系的选育中， 继续筛选或从国外引进新的优异恢复源，注意增大生态型之间的差异是必要的； 在粳型杂交水稻恢复系的选育中，有目标地加入遗传距离或地理距离较大的籼型、爪哇稻（热带粳稻）或南美光壳稻血缘，是可探索的途径；充分利用亚种间遗传距离较大和杂种优势较强的特点，选择 遗传距离大和类群差异大的双亲有利选配优良杂交组合； 利用本研究中 记发现的特异等位基因，可作为在稻种资源研究中鉴别籼与粳，恢复系与 不育系的重要依据 。 关键词 ： 三系杂交稻，不育系，恢复系，遗传结构，遗传多样性 ne of in is of In to of of A B R to of A 02 of .) 4 28 of on of 6 of 2 as 1. of by , I, I, as , 229, 9 230 I, 3 by . is a to to MS of be A, HL T A L no T to it of 2. SR 18 in 02 .8 In a R .0 e no P 为典型材料的划分标准，则可以更清楚地 看出上述各类群特征。 粳亚种为主，兼有粳型恢复系和粳型保持系（不育系），称为粳型群； 籼亚种为主，多数为籼型保持系（不育系），但有 9 份恢复系分在此群，称为籼 部为恢复系，主要特征是籼亚种恢复系，以 尼水田谷 7 号、 恢 332、湘恢印 7 选（印尼水田谷 7 号系选）为典型材料，但有 3 份粳亚种恢复系划入此群，称之为籼 ； 籼亚种为主，但含 1 份粳亚种材料，以 2229、测 49 和 为代表，称为籼 I； 部为籼亚种恢复系，代表品种为明恢 63 及其衍生系，如辐恢 718、泸恢6 号等，称为籼 表 2图 2见，在各遗传结构群内或多或少地存在混合血缘，还存在一些材料在 两个或两个以上的遗传结构群中血统成分相似，推断它们为中间类型材料，如恢复系 籼 和籼 I 中的血缘成分分别为 恢复系籼 和籼 的血缘成分分别为 恢复系新粳 67粳型群和籼 I 中血缘成分分别为 考种鉴定籼粳类型时发现它是一份籼粳中间偏粳型材料，其系谱（ 粳 3373）也表明它是籼粳交后代。 粳型群 籼 籼 籼 I 籼 （ （ （ （ 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 18 表 2 各遗传结 构群材料数及其分布 in on 传结构群 数 例 (%) %) 亚种 恢复系 /不育系 R A 恢复系 R 育系 A 型群 (43(32) 5(2) 38(30) 25(15) 18(17) 籼 (65(48) 63(47) 2(1) 9(2) 56(46) 籼 ( 45(19) 42(19) 4(0) 45(19) 0 籼 I (28(18) 27(17) 1(1) 28(18) 0 籼 (21(12) 21(12) 0 21(12) 0 合计 02(129) 100(100) 158(97) 45(32) 128(76) 74(63) 括号中的数据表示典型材料。 遗传结构群的遗传关系 由 5 个遗传结构群的遗传距离（表 2见，粳型群与其他各类群的遗传距离最大，上，说明亚种间的遗传距离大于亚种内。在籼亚种， 3 个恢复系群之间的遗传距离对较小，如籼 与籼恢复系群 间为 值最小，反映二者关系最近；其次是籼 与籼恢复系群 再次为籼恢复系群 籼 籼 恢育系群 I（ 这说明在籼亚种内，不同类群的恢复系虽然在选育背景上有所不同，但都存在一定的遗传关系，尤以籼 与其他群的联系较多。 表 2 三系材料 各群 体的 遗传距离 of of 传结构 群 型群 籼 籼 籼 I 籼 籼 籼 I 籼 于模型的遗传结构与基于遗传距离的聚类的比较 基于 s（ 1973）遗传距离的聚类结果显示（图 2 202 份材料可聚为 7 类（ 其中第 1 类（ 括 43 份材料，含 38 份粳亚种和 5 份籼亚种，以粳亚种为聚类特征，中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 19 其中保持系（不育系） 18 份，恢 复系 25 份，从图 2以看出，粳型保持系（不育系）与粳型恢复系在 有成簇分布的特点；第 2 类至第 4 类（ 2每一类中均只有 2份恢复系材料，且均为 1 份籼、 1 份粳；第 5 类（ 5）共 50 份材料，全部为恢复系，包括 49 份籼亚种和 1 份粳亚种；第 6 类（ 6）所含材料数最多，共 76 份，包括 20 份恢复系和 56 份保持系（不育系）， 74 份籼亚种和 2 份粳亚种；第 7 类（ 27 份材料，全部为恢复系，包括 26 份籼亚种和 1 份粳亚种。 将基于 模型的遗传结构群与基于遗传距离的聚类群进行比较，发现二者有很大的相似性或相关性。聚类群的 遗传结构的粳型群几乎完全相同，仅相差 1 份材料； 4的 6 份恢复系都属于籼 ，而且这 6 份中有 5 份的血统成分都是介于籼 和粳型群之间，但偏向于前者，因此可以认为它们属于中间型材料。 含有 4 个遗传结构群，从份数上看， 3 个籼 从典型材料上看，以籼 I 和籼 主； 包含所有的遗传结构群，但 数量上以籼 于其他遗传结构群的材料均不是典型材料，因此认为， 籼 也含有 4 个遗传结构群，但以籼 的数量和典型材料数最多，二者有一定的相关性。 图 2 三系材料基于遗传距离的 类图 of of on 色 代表粳型群；蓝色 代表籼 色 代表籼 ； 紫色 代表籼 I；灰色 代表籼 4 国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 20 同恢保类型的遗传结构 按材料与方法中介绍的原则，对三系材料的恢复保类型进行了简化整理，但仍有少数材料因记载不详而难以界定其应划入哪个类型，故将这些材料放入“类型难定”。由图 2见，野败型和红莲型中，籼型成分占绝大多数，粳 型成分很少，这一结果与这两类杂交稻主要为籼稻的事实相一致；在籼型成分中，野败型和红莲型的遗传结构极为相似。 是杂交粳稻的主要类型，因而粳型成分占主导，其遗传结构与野败型和红莲型明显不同，在其籼性成分中，又以籼 的成分较多。 图 2 不同恢保类型的遗传结构 of of by 色表示粳型群；紫色表示籼 ；红色表示籼 ； 绿色表示籼 I；粉色表示籼 同地域的遗传结构 选择取样份数相对较多或接近的 10 个省份及外引材料进行遗传结构分析（图 2结果发现，在 10 个省份及外引材料中，辽宁省材料以粳型群为主，四川、福建省没有粳型群成分，呈现特殊性；云南、江苏、浙江、安徽等省粳型群份额比例较大，这与这些省杂交稻籼、粳类型并存的事实相符。各省材料中均含有几个籼 其主要类群有所不同，如福建省材料中含有较多的籼 分，江西、湖南、浙江等省及外引材料中以 籼 和籼 I 为主，且二者比例相当，云南省以籼 I 和籼 主，四川省以籼 和籼 主。 图 2 主要省份及外引材料的遗传结构 of : 安徽； 2: 福建： 3: 广东； 4: 湖南； 5: 江苏； 6: 江西； 7: 辽宁； 8: 四川； 9: 云南； 10: 浙江； 11: 外引 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 野败型 红莲型 类型难定 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 21 系资源的遗传多样性 36 对引物在 202 份材料中共检测到 318 个等位基因，每个位点上可检测到 219 个，平均每个位点 。检出等位基因最多的位点有： 19 个）、 17 个）、 16 个）、15 个）、 15 个）和 15 个）。全部材料的平均遗传多样性指数为 中， 点的遗传多样性指数最大（ 其次为 点。 粳亚种遗传多样性 （ 1）等位变异数（ A） 表 2示，在籼亚种中共检测到 301 个等位基因，每个位点 219 个，平均 ；在粳亚种中共检测到 213 个等位基因，每个位点 212 个，平均 。籼亚种在 点具有最多的等位变异，共 19 个；其次为 点，均检测到 15 个等位基因；在点发现 14 个等位基因。粳亚种在 点等位变异最多，共 12 个；其次为 点，分别为 11 个和 10 个等位基因。除 8 个位点上籼、粳亚种的等位基因数相等外，其他 28 个位点 均表现为籼亚种多于粳亚种，相差最多的是 点，籼亚种比粳亚种多 11个。因此，从等位基因数量看，籼亚种的多样性高于粳亚种。 （ 2）遗传多样性指数（ 由表 2见， 籼亚种的 遗传多样性指数 为 亚种为 t 测验，籼粳之间没有显著差异（ t = 在 16 个位点上，粳亚种的基因多样度指数高于籼亚种，其中 点差异最大，为 与其他位点差别较大；在 20 个位点上籼亚种的高于粳亚种，其中以 大， 其次为 遗传多样性指数平均值，籼亚种仅比粳亚种高 遗传多样性指数达 上的位点，籼亚种的有 6 个，依次是 粳亚种仅有 3 个，最大的是 其次是 点是籼、粳亚种多样性最大的共同位 点，可能与这两个该位点是检测到等位基因数最多的位点，其所能揭示的等位变异信息较多有关。 （ 3）遗传分化系数（ 三系材料的籼粳平均遗传分化系数为 亚种与粳亚种在 36 个位点上呈现较大差异，变异范围是 中， 点 最大，均在 上，说明这 3 个位点的籼粳分化水平较高；而在 点，籼粳分化很小（ 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 22 表 2 三系材料籼粳亚种等位基因数 of 点 有材料 亚种 亚种 异 2 2 0 7 6 1 6 6 0 6 5 1 7 15 12 3 5 2 3 6 5 1 2 11 10 1 6 15 7 8 5 14 9 5 1 10 8 2 8 5 3 9 7 2 9 19 11 8 0 9 7 2 2 11 6 5 5 3 2 5 13 9 4 1 9 9 0 9 5 4 5 15 4 11 9 8 1 8 8 0 8 5 3 9 6 3 7 6 1 4 3 1 5 5 0 5 3 2 2 11 6 5 4 3 1 5 3 2 2 2 0 7 4 3 9 9 0 4 4 0 平均 数 18 301 213 88 * 差异为籼亚种粳亚种。 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 23 表 2 籼粳亚种的遗传多样性指数、基因分化系数和遗传距离 D) of 物 有材料 传多样性指数 因分化系数 异 均 异为籼亚种粳亚种。 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 24 持系（不育系）与恢复系的遗传多样性 表 2 恢复系与保持系（不育系）的等位基因数 A 位点 有材料 恢复系 R 育系 A 异 2 2 0 8 4 4 5 5 0 6 5 1 7 14 10 4 4 3 1 6 6 0 2 11 7 4 6 14 11 3 5 13 11 2 1 8 7 1 8 4 4 8 7 1 9 17 11 6 0 9 7 2 2 12 8 4 5 4 1 5 12 11 1 1 9 9 0 8 4 4 5 13 12 1 9 6 3 8 7 1 8 5 3 8 7 1 7 4 3 4 3 1 5 5 0 5 3 2 2 11 6 5 4 4 0 6 5 1 2 2 0 6 3 3 8 6 2 4 4 0 平均 总数 18 287 218 69 * 差异为恢复系不育系。 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 25 表 2复系与保持系（不育系）遗传多样性指数 A 位点 有材料 复系 R 持系（不育系） B 差异 均 差异为恢复系不育系。 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 26 （ 1）等位变异数（ A） 由表 2见， 36 对 物在保持系（不育系）中共检测到 218 个等位基因，每个位点上可检测到 212 个，平均每个位点 ；在恢复系中共检测到 287 个等位基因，每个位点 217个，平均 。 在保持系（不育系）中，等位基因最多位点依次是 12 个）、 11个）、 11 个）、 11 个）和 11 个）；在恢复系中，等位基因最多的位点是 17 个 ）、 14 个）、 14 个）、 13 个）和 13 个）。可见，等位基因数最多的位点在三系材料中基本一致，但恢复系的等位变异数多于保持系（不育系）。除 8 个位点两种类型相等外，其他 28 个位点均为恢复系多于保持系（不育系），最多是 者相差 6 个等位基因。 （ 2）遗传多样性指数（ 表 2示， 保持系（不育系）的 遗传多样性指数 为 复系为 t 测验，二者达显著差异水平（ t = 在 11 个位 点上，保持系（不育系）的 遗传多样性指数 高于恢复系，其他 25 个位点上均为恢复系高于保持系（不育系）。 值达 上的位点有 4 个，其中 3 个（ 点为恢复系高于保持系（不育系）， 1个位点（ 保持系（不育系）高于恢复系。 点，两种类型几乎无差别。 在保持系（不育系）或恢复系内， 遗传多样性指数 也表现为籼亚种（ 于粳亚种（ 但也都未达显著水平（ t= （ 3）遗传距离（ D） 表 2 三系材料的遗传多样性指数（ 遗传距离（ D） D) of of 型 e D 籼与粳 不育系与恢复系 籼型不育系 籼型恢复系 粳型不育系 粳型恢复系 籼型 型 育系 复系 表 2见， 籼粳亚种的遗传距离为 于恢复系与不育系之间的遗传距离 (说明籼粳亚种间遗传差异较其他分类方式大，这与遗传结构的分析结果一致。在不育系与恢复系中，籼粳的遗传距离分别为 在籼、粳亚种内，遗传多样性指数仍表现为恢复系（ 于不育系（ 且都达极显著差异（ t= 不育系与恢复系的遗传距离，在粳亚种内为 亚种内为 现为粳亚种大于籼亚种。这可能是因为我国粳型杂交稻的多数不育系和恢复系为籼粳杂交的选择后中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第二章 三系资源的遗传结构与遗传多样性 27 代，同时含有不等的籼、粳血缘，而籼型杂交稻亲本差异基本上还是亚种内的差异。需要指出的是，杂种优势（产量）与亲本间的遗传距离并非有必然联系。 同省份来源材料的遗传多样性 选择取样最多的 10 个省份的进行分析，平均每位点等位基因数与取样份数的多 少直接相关。湖南和四川两省最样份数最多，其等位基因数最多。遗传多样性指数以外引材料最低 (且极显著低于国内各省的材料，这可