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水稻多倍化可以增加优良基因组合和互作的概率,从而产生强大的杂种优势,有望成为水稻育种新途径之一。同源四倍体水稻是二倍体水稻通过染色体加倍形成的新种质,具有增产和增加抗性的潜力,但育性普遍偏低,难以直接应用。本室经过努力,培育出新型四倍体水稻,该材料不仅育性高,且能克服杂种F1的不育性。本室近年创制的新型四倍体水稻大穗种质,然而,有关新型四倍体水稻长穗种质杂种优势相关的信息很少。因此,本研究主要针对新型四倍体大穗种质的杂种优势表现及其相关分子遗传机理进行研究。一是利用华多8号与不同类型四倍体水稻杂交组配杂种F1,系统地评价其杂种优势;二是对其杂种和亲本的不同组织进行转录组测序,研究基因表达水平的差异及功能;三是利用重测序技术,对亲本全基因组进行测定,分析基因组水平上的DNA变异。目的是评价其杂种优势并分析其杂种强优的分子遗传机理。主要结果如下:1.新型四倍体水稻大穗种质华多8号杂种优势评价。通过分子标记鉴定表明华多8号属于广亲和新型四倍体水稻,结实率接近60%,与不同类型的同源四倍体水稻杂交组配的杂种F1育性正常,育性超过70%,有些组合超过80%,产量杂种优势十分明显,产量相关的性状,如单株实粒数、结实率和单株产量中亲优势达到显著水平,超亲优势也十分明显。在所组配的14个杂交组合中,9个与同源四倍体水稻品系组配,5个与其他新型四倍体水稻品系组配,所有的杂种一代均表现为长穗型,平均穗长37.61cm。其中6个杂交种的穗长表现出正显著的高亲杂种优势,T49×H8表现出最高的超亲杂种优势。此外,与亲本相比,这些杂种的产量相关性状显著提高,尤其是结实率、单株实粒数和单株产量等重要性状,其单株实粒数大于650,结实率超过77%,单株产量均在26.50g以上。2.新型四倍体水稻大穗种质华多8号杂种优势的转录组学研究。转录组分析共检测到4013、7050、6787和6195个杂种特异差异表达基因,分别属于叶、鞘、主穗轴和小穗组织。在这两个杂种中,共检测到1371个共同的DEGFu-sp。KEGG分析一共得到15条相同的通路,包括STARCH and SUCROSE METABOLISM,PHOTOSYNTHESIS,PLANT-PATHO GEN IN TERACTION和CARBON FIXATION IN PHOTOSYNTHETIC O RGANISMS等。其中279和89个杂种特异差异表达基因分别与激酶和合成酶相关。在激酶相关的基因中,15个基因被注释为受体蛋白激酶,164个蛋白激酶,如S-位点凝集素蛋白激酶家族蛋白和Oswak38 Oswak受体样蛋白激酶;合成酶的基因中,16个基因编码纤维素合成酶,10个基因编码ATP合成酶,7个基因编码磷酸合成酶。此外,还检测到22个编码NBS-LRR抗病蛋白或LRR受体样蛋白激酶的基因,以及76个转录因子。与已克隆基因的数据库比较,在两份杂种中共发现714个已克隆基因存在差异表达,包括形态性状相关基因（至少38个）、生理性状相关基因（至少33个）、抗性或耐受相关基因（至少66个）。在形态性状相关基因中,发现了一些重要的性状相关基因,如粒数（gn1a）和半矮秆（sd1）。在生理性状相关基因中发现了4个与食用品质相关的基因。在抗性或耐性相关基因中,检测到5个抗白叶枯病基因、9个抗稻瘟病基因、5个耐寒基因、10个耐旱基因和9个耐盐基因。另外,也检测到与二倍体杂交稻的杂种优势相关基因,包括nal1、qgw8、osga20ox1、ghd8、gw6a、lp1、eui1、i-sd-1（t）、sd1、osga20ox2、qsd1-2、hd3a、dep1、dn1、Qpe9-1、Qngr9和Oswrky71等。此外,在两份杂种特异差异基因中还检测到2925个已知QTL,其中109个与7个重要性状相关;1393个非加性表达基因,其中上调766个,下调627个。qRT-PCR检测8个与穗相关的基因,结果均为上调。重测序分析表明,H8的Lp（穗长基因）的DNA变异与许多新型四倍体水稻和大多数同源四倍体和二倍体水稻不同。q RT-PCR结果表明,与亲本相比,杂种在幼穗发育时期Lp表达上调。3.新型四倍体水稻大穗种质华多8号及杂交亲本的基因组变异研究。H8与H1相比,前者共检测到82319个与15146个基因相关的纯合突变,与T485相比,H8共检测到131112个与24777个基因相关的纯合突变。在H8中共检测到59个特异性突变基因,包括大穗基因LP、LPA1、LOCOS01g52050、LOCOS01g54270、LOCOS01g54620、LOCOS01g61480。此外,与H1相比,H8在hd1中有错义变异,在H8中还发现了12个与水稻穗部结构有关的特异突变基因,包括osclpc2、osclpc3、lpl3、osglp8-12、sp1（osnpf4.1）、oserf71、oshsp1、oshsp17.7、spl5（sf3b3;0ssl5）、spl35和spl3（osedr1;osacdr1;osmapkk1）。以上结果表明,新型四倍体水稻大穗新种质华多8号是广亲和种质,杂种优势明显,产生优势的机理复杂,涉及多种类型基因的差异表达。利用该材料有望克服水稻多倍体的杂种不育性并有望得到应用。