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本文提出了一种简易的测量水稻硅含量的方法,其主要特点为准确、方便、能批量化测定水稻硅含量。同时,以珍汕97B/密阳46重组自交系群体(RIL)为水稻材料,验证了该方法的可靠性。从而为后述水稻硅含量QTL(quantitativetraitlocus)的定位,打下了性状鉴定的方法基础。
应用上述硅测定方法和更新的饱和遗传图谱,通过对水稻中硅含量的QTL分析,进行了水稻中硅含量的遗传学研究。2003年,244个F8株系及其亲本均被种植于中国杭州中国水稻研究所的试验田,随机区组,两次重复。测定了该群体各株系的谷壳(HUS)、剑叶(FLS)以及茎秆(STS)中的硅含量。基于含207个DNA标记的连锁图谱,共检测到10个具有显著加性效应的QTLs和14对显著的加性x加性互作(AA)。在谷壳、剑叶和茎秆中分别检测到4个、4个和2个显著加性效应的QTLs,显著加性x加性互作(AA)分别为4对、4对和6对。加性效应和AA互作效应对性状变异的总贡献率分为:谷壳29.3﹪和18.6﹪,剑叶14.8﹪和13.6﹪,茎秆8.6﹪和28.6﹪。研究结果表明,主效基因和基因互作在水稻硅含量的遗传控制中均发挥了重要的作用。此外,QTLs的互作可能对QTL检测结果具有较大影响。
水稻中硅含量与抗倒性的关系,一直以来存在争议,为了进一步阐明它们之间的关系。本文应用同一水稻汕汕交组合珍汕97B/密阳46RIL群体及其构建的连锁图谱,于同一年,对水稻株高和基部Ⅰ、Ⅱ伸长节间性状与稻株抗倒伏能力进行相关分析,并对与稻株抗倒伏能力关系密切的基部Ⅰ、Ⅱ伸长节间性状进行QTL定位,共检测到加性效应QTLs16个、加性×加性互作33对。估算了每个QTL的加性效应值和每对加加互作的上位性效应值,比较了QTL的基因组分布。在第1染色体短臂和第6染色体短臂等基因组区域,在相同或相近区间检测到控制相关性状的多个QTLs,其中以第6染色体短臂RM197-RZ516区间尤为突出,所检测到的QTLs影响除第Ⅱ伸长节间长以外的其余6个性状。比较上述研究结果以及前人研究结果表明,控制硅含量的QTLs与控制产量性状的QTLs和控制抗倒性有关的QTLs之间存在明显的遗传联系。
为了进一步验证所检测到的水稻硅含量QTLs的可靠性,并为下一步建立近等基因系确定首选目标区间,应用不同环境和不同遗传背景下的谷壳硅含量测定结果分别检测QTLs,分析了其基因组位置和效应表现的稳定性情况。2004年重复种植2003年的同一套群体,两年主效应QTL的检测结果高度一致,共同的QTL有2个,且效应较大,未检测到任何的共有互作基因对。2004年同时种植另一套由169个株系组成的RIL群体,该群体来源于同一组合,但已事先剔除了遗传背景中的一部分谷壳硅含量变异。经比较,发现第6染色体短臂上的qHUS-6能在3个试验中稳定检测到,且效应较大。然后比较该QTL与6个产量性状的关系,发现qHUS-6与qTGWT-6紧密连锁。而比较前面抗倒性研究,该位点还与控制抗倒性有关的QTLs之间的存在明显的遗传联系,通过下一步qHUS-6的精细定位,将有利于进一步揭示水稻中硅含量与产量、抗倒性之间遗传联系。
本文主要研究了四个方面:第一,提出了一种测定水稻硅含量的简易方法,其准确、方便、能批量化测定水稻硅含量;第二,进行了水稻中不同器官的硅含量QTL定位;第三,进行了水稻抗倒性相关性状的QTL定位,发现硅含量与产量性状、抗倒性的QTLs之间的存在明显的遗传联系;第四,通过在不同环境、不同水稻群体中进行了硅含量与产量、抗倒性的QTL比较研究,进一步揭示了水稻中硅含量与产量性状、抗倒性之间遗传联系。