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水稻耐高温遗传基础研究及基因表达谱分析

艾青

  随着“温室效应”不断加剧,全球气候极速变暖,全球许多国家和地区都在一定的程度上遭受高温危害,高温已经成为限制水稻生产的主要环境因子之一。高温不仅会导致水稻大量减产和稻米品质的降低,而且会使水稻整个种植制度发生改变。相对于其他的逆境因子,水稻耐高温遗传研究起步较晚且遗传机制较为复杂,其易受环境影响,是导致水稻耐高温遗传基础研究及耐高温育种工作相对缓慢的主要原因,提高水稻品种的耐高温性以及加强耐高温遗传研究是今后提高水稻耐高温的主要方向之一。另一方面,随着水稻全基因组测序的完成和基因芯片技术的发展,利用基因芯片技术通过全基因组对不同逆境条件、不同组织器官进行基因表达谱分析,了解基因在不同逆境条件下、不同组织中的表达模式,寻找和发现与抗逆相关基因,为水稻耐高温基因的分子克隆提供有利的理论依据。 本研究主要包括3个方面的内容:1)以华201S和Ⅱ-32A为母本,分别与重组自交系(T219/T226)杂交配组并获得杂合遗传群体。了解杂合遗传群体在不同环境结实率的表现,并在抽穗开花期对这两个群体进行耐高温鉴定以及耐高温QTL分析;2)以25个材料为耐高温性供体亲本,以T219或T226为受体亲本,不断的进行杂交和回交,初步构建水稻耐高温近等基因系(NIL),调查和分析各个回交世代结实率的耐高温表现,并分析BC2F2世代是否符合孟德尔1:2:1规律;3)以T219和T226试验材料,在抽穗开花期对这两个试验材料进行高温、干旱以及高温和干旱逆境胁迫,分析基因在不同逆境条件的表达模式以及在不同组织中的特异性表达。以上实验主要研究结果如下: 1.对亲本T219和T226进行抽穗开花期耐高温鉴定,结果表明,两者在耐高温性上存在明显差异,T226的结实率明显高于T219。但两者的花粉育性并未出现明显的差异,但T226花粉在柱头上附着量明显多于高温敏感材料T219,推测在抽穗开花期,高温对结实率的影响并不受花粉育性的影响,而与花粉在柱头上的附着量有一定的关系。 2.不同环境条件下,华201S/RIL(T219/T226)群体各株系间差异明显;且在3种不同的环境下,该群体的结实率都高于Ⅱ-32A/RIL(T219/T226)群体,说明在不同的环境条件下华201S/RIL(T219/T226)群体结实率相对稳定。 3.相关性分析表明,群体在两两不同的环境条件下都呈极显著相关,说明环境对群体的结实率有明显的影响;另外群体在高温、盆栽以及田间条件下的结实率都与父本表现极显著相关。 4.群体的结实率在一定程度上存在杂种优势,其中的正向或负向优势各有表现。群体在竞争优势方面整体表现为负竞争优势居多,其中只有45个组合表现为正向竞争优势,占32.61%;而群体在超亲优势上表现为正向优势,其中有64个组合表现为正向超亲优势,占46.38%。 5.利用人工气候室对两个群体进行抽穗开花期的耐高温处理,以耐高温系数为耐高温指标,对水稻抽穗开花期耐热性进行了QTL定位分析,两群体共定位4个耐热性QTL,分别位于第4、7、10和11染色体,其贡献率分别是5.01%、8.99%、7.24%和7.34%。 6.对具有qHT2和qHT3两个QTL为背景所构建的近等基因系BC2F2代进行遗传分析,其遗传符合孟德尔遗传规律。 7.通过全基因组进行高温、干旱以及干旱与高温双重条件下,叶片和小穗组织的表达谱分析。共有334、595以及109个基因诱导上升表达,247、57以及184个基因诱导下降表达,这些诱导基因的功能基本上是保护性蛋白和调控抗逆基因表达的转录因子。……   
[关键词]:水稻;杂合遗传群体;耐高温;结实率;数量遗传基因座;基因表达谱
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中农业大学2009年