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本文论述了广东水稻农家品种惠阳珍珠早的种子搭载于中国科学院的科学探测气球,回收当代(SP<,1>)主要农艺性状发生变异。在SP<,1>群体中选择矮化突变体Y<,24>,用Y<,24>与其野生型惠阳珍珠早配成杂交组合作遗传分析,并通过惠阳珍珠早×矮脚南特及Y<,24>×矮脚南特两组合F<,2>群体的差异进行突变性状基因定位。获得的主要结果如下:
1.经高空气球搭载处理,惠阳珍珠早后代主要农艺性状发生变异。从世代看,SP<,2>比SP<,1>的变异大。不同性状对高空气球搭载反应有差异。对群体平均值而言,高空气球搭载对植株有缩减作用,即植株变矮,每穗总粒数减少等,对于穗长和结实率无显著影响。然而,群体的极端值分布是两向的,既可以增加也可以减少,例如既可选择到结实率很高的个体,也可选择到雄性不育的个体。这能为育种工作提供非常有用的变异材料。
2.经SP<,1>-SP<,5>五个世代种植观察,突变体Y<,24>比野生型惠阳珍珠早株高平均减少23cm,节间数减少一个,提早抽穗5天左右。这证明:经高空气球搭载处理的变异是可以稳定遗传的;在用突变体Y<,24>与野生型配成杂交组合F<,1>及F<,2>观察到:矮秆对高秆为显性:早抽穗对迟抽穗为显性。由于水稻大多数自然和人工矮化突变是隐性突变,所以显性矮化突变体Y<,24>对于株高的遗传机理研究很有意义。用突变体与其野生型配成杂交组合进行遗传分析可有效地减少非等位基因间互作即上位性作用的干扰,使估计的加性及显性效应更为准确。本实验用联合尺度检验法所估计的株高及抽穗天数的加性效应分别为10.47cm和2.74天与实际值非常吻合,因10.47cm×2=20.94cm及2.74×2=5.48天,这相当于Y<24>与其野生型株高及抽穗天数的差异。相关分析表明矮化、早抽穗及节间数减少不论在亲本还是F<,2>都有极显著的相关性,因此可认为多性状同时突变是一因多效所造成。
3.野生型惠阳珍珠早(CK)与矮化突变体(Y<,24>)之间的遗传背景一致,使用500多个RAPD引物和700多对SSR引物都未能在它们之间发现具有多态性的遗传标记。因此,选用广东传统矮生品种矮脚南特(NT)分别与CK和Y<,24>杂交,产生两组合(CK×NT和Y<,24>×NT)F<,2>群体,两群体间的差异是突变基因所造成的差异。惠阳珍珠早×矮脚南特及Y<,24>×矮脚南特F<,2>群体株高出现明显分离,可用作株高基因定位。在二组合中高秆表现为显性,这与在野生型惠阳珍珠早(CK)×Y<,24>组合中矮秆表现为显性完全不同,这可能与矮脚南特所带有的sd-1基因作用较大有关。抽穗天数没有出现明显分离群,不适宜用作抽穗天数的基因定位。用基于混合线性模型的复合区间作图方法的QTL分析软件QTLmapper2.0分析,在第一染色体RM212-RM472区间、第二染色体RMC245-RM106区间及第八染色体的RM337-RM25和RM339-RM210区间发现有株高的QTL座位。在RM212-RM472区间发现的QTL座位其加性效应较大,由于sd-1基因就在此区间附近,所以此座位极可能是sd-1。通过分析上述座位的各项基因效应在野生型惠阳珍珠早×矮脚南特和在Y<,24>×矮脚南特两组合中的差异认为:在第二染色体RMC245-RM106区间发现的株高QTL座位是造成突变体(Y<,24>)矮化的概率较大,因为其加性效应(A<,j>)在Y<,24>×矮脚南特群体中为-5.7cm,达5%显著水准,然而在惠阳珍珠早×矮脚南特群体中A<,j>只有0.9cm,经显著性测验没有达到5%显著水准,因此可以认为在此座位上惠阳珍珠早与矮脚南特没有差异,而突变体(Y<,24>)与矮脚南特有差异,即惠阳珍珠早与突变体(Y<,24>)在此座位上有显著差异。
4.由于突变体与其野生型遗传背景一致,很难在两者之间找到有多态的遗传标记,为解决突变基因的基因定位问题,可找一个与突变体及其野生型亲缘关系较远的亲本,分别与突变体及其野生型配成杂交组合,此亲本称之为共同亲本,建立突变体×共同亲本和野生型×共同亲本两F<,2>群体,用两群体进行QTL定位。此法利用两群体之间的非突变座位具有相同的基因效应而突变座位效应不同的原理,正是从差减杂交技术中得到启发,把差减技术原理应用到QTL作图中来,这种策略可称为表型差减定位法。本研究用此法鉴定出与突变体Y<,24>株系变异相关的概率最大的突变座区段,为其进一步研究打下了基础,从结果可见,此法应适用于研究突变基因特别是变异较小的数量性状基因定位。