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抽穗期是水稻重要的农艺性状,它直接决定一个品种的地域适应性和季节适应性,对品种的高产稳产起重要作用,是重要的育种目标之一。等位基因分析是基因功能分析的重要手段,也是设计育种中优良基因利用的前提。深入研究水稻抽穗期基因间的上位性效应将对品种改良和应用发挥重要作用。单片段代换系(SingleSegmentSubstitutionLines,SSSL)在基因组内只携带来自供体亲本的一个纯合染色体片段,而基因组的其余部分与受体亲本相同。因此,SSSL是进行等位基因变异研究以及上位性分析的理想材料。
本研究通过反向遗传学的方法,利用本实验室建立的SSSL材料对控制水稻抽穗期的Hd1、Ehd1、OsMADS50、OsLHY、Hd3a、RFT1和OsFTL137个基因的等位基因变异进行了研究,通过发展功能标记对发现的等位基因序列变异位点进行功能验证;通过利用携带Ehd1、OsMADS50、Hd3a、RFT1和OsFTL13的SSSL进行基因聚合,研究了基因之间的上位性效应,获得的主要结果如下:
1、通过对携带Hd1、Ehd1、OsMADS50、OsLHY、Hd3a、RFT1和OsFTL137个基因的SSSL及受体亲本华粳籼74在7个季节的抽穗期调查,发现在Hd1、Ehd1、OsLHY、Hd3a、OsFT13材料中各存在2组抽穗期,在OsMADS50和RFT1材料中各存在3组抽穗期。这些结果预示着这些基因均存在2-3个等位基因的变异。
2、测定了Hd1、Ehd1、OsMADS50、OsLHY、Hd3a、RFT1和OsFTL137个基因的编码区以及Hd3a、RFT1和OsFTL133个基因的启动子区的DNA序列。根据编码区的氨基酸变异和表型变异,发现Ehd1存在3种等位基因变异,OsLHY和Hd1存在2种等位基因变异;根据启动子区的SNP变异和表型变异,OsFTL13和RFT1的等位基因分为2种类型,Hd3a启动子区5个位点的3个主要元件的变异导致该座位出现了2种等位基因类型;而OsMADS50的编码区氨基酸虽然发生了变异,但该变异与表型并无相关性。
3、发展了Hd3a、Hd6和Hd1的等位基因功能标记,而设计的OsMADS50、OsLHY功能标记所扩增的基因型与其表型并不关联,揭示了功能标记可以为基因序列变异与等位基因功能的关系研究提供一个简单便捷的检测方式。
4、利用携带Ehd1、OsMADS50、Hd3a、OsFTL13和RFT1基因的SSSL进行基因聚合,利用分离群体和聚合系对上位性进行了分析。分离群体的上位性分析结果表明,Ehd1对RFT1表现出上位性,OsMADS50对RFT1表现出上位性,OsMADS50对Hd3a表现出上位性。不同供体来源的OsMADS50等位基因对Hd3a的上位性效应不同,即W23-03-08-09-27-82的上位性效应要大于W08-16-03-02。利用SSSL、双基因聚合系及三基因聚合系的上位性分析表明,W23-03-08-09-27-82携带的OsMADS50早熟基因对W15-03-01-31携带的OsFTL13基因表现为负上位性效应;对W04-28-58-03-19-01和W32-59-80-02-11-01-08携带的Hd3a和RFT1迟熟基因表现为负上位性效应,即早熟对晚熟表现出上位性;W08-16-03-02携带的OsMADS50较早熟基因对W04-28-58-03-19-01和W32-59-80-02-11-01-08携带的Hd3a和RFT1迟熟基因也表现为负上位性效应,即较早熟对晚熟表现出上位性;W15-03-01-31携带的OsFTL13较早熟基因对W04-28-58-03-19-01携带的Hd3a迟熟基因表现为负上位性效应,即较早熟对晚熟表现出上位性。
综上所述,通过对水稻抽穗期基因座的等位基因变异和上位性分析,揭示了多供体的单片段代换系是进行等位基因变异分析和进行等位基因挖掘的理想材料;等位基因功能标记为聚合育种中优良等位基因的选择提供了技术支持,并能反向验证等位基因序列变异位点与基因功能的关系;通过对携带不同基因的SSSL进行杂交,可以为抽穗期基因之间的上位性互作研究提供较好的思路和材料,为抽穗期基因的利用和聚合育种提供理论依据。