【摘 要】
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温度是种子萌发的关键因素,影响作物的种植区域、播种时间和播种方式。低温将导致发芽延迟,导致幼苗活力低及产量下降。因此,需要进一步开展水稻低温萌发的遗传和分子机制研究,为培育耐低温萌发水稻新品种提供新的种质资源具有重要意义。本实验室利用以208份华粳籼74（HJX74）背景的染色体单片段代换系（single segment substitution line,SSSL）材料,以15°C低温的发芽率为
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温度是种子萌发的关键因素,影响作物的种植区域、播种时间和播种方式。低温将导致发芽延迟,导致幼苗活力低及产量下降。因此,需要进一步开展水稻低温萌发的遗传和分子机制研究,为培育耐低温萌发水稻新品种提供新的种质资源具有重要意义。本实验室利用以208份华粳籼74（HJX74）背景的染色体单片段代换系（single segment substitution line,SSSL）材料,以15°C低温的发芽率为指标,在3号染色体上鉴定出一个表型稳定的低温发芽力主效QTL qLTGR3-1,代换片段长度319 kb。在前期的基础上,本论文利用BSA（bulked sergeant analysis）和图位克隆对qLTGR3-1进行了精细定位和候选基因分析。主要结果如下:1.利用F2群体中具有极端表型的单株与亲本构建混池并进行BSA定位。Delta-SNP index显示峰值区间在3号染色体前端,与前人确定的区间重合。在该区间内有45个SNP,导致21个基因发生变异。利用Indel位点设计引物并对qLTGR3-1的目标区间进行加密,并根据得到的引物在分离群体中筛选次级纯合单片段材料,共鉴定出25份次级纯合单片段材料。在2018-2019年的四个季节中,检测这些材料在低温条件下的发芽情况,发现6份材料在多个季节均可检测到发芽速度显著高于背景HJX74,其中5份具有相同的染色体片段。利用代换作图将qLTGR3-1定位到M4316-M6341之间6.7 kb的区间内。为确定候选基因,利用数据库对目标区间进行基因注释,发现该区间内仅有注释基因OsMST4。OsMST4基因组序列比对结果表明基因的启动子区、内含子及3’UTR序列存在差异,编码区序列无差异。对基因的c DNA测序证实OsMST4编码区无差异。在15°C低温条件下萌发含qLTGR3-1的材料ZRQ10和背景HJX74,检测目标基因的表达,发现在ZRQ10在发芽5 d和7 d的表达量显著高于W0。据此推测OsMST4为qLTGR3-1目的基因。生物信息学分析发现OsMST4编码单糖转运蛋白（monosaccharide transporter,MST）,定位于细胞膜,在水稻所有组织器官及整个生长发育阶段广泛表达,在抽穗后期和种子萌发初期表达丰富。在2018年早季和2019年早季对材料进行农艺性状调查,发现不同材料间株高、粒型和千粒重等性状差异不显著。本研究通过对水稻低温发芽力的主效QTL qLTGR3-1精细定位和候选基因分析,初步推测OsMST4为目的基因,首次发现MST家族基因参与调控水稻低温发芽力,为OsMST4基因生物学功能验证和分子调控机制研究奠定基础。论文研究结果有助于揭示水稻种子低温发芽力的遗传调控机制,为培育具有优良耐低温萌发的水稻新品种提供理论依据和种质资源。
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