水稻株高遗传位点发掘及基因定位

【作者】 王虎； 张林； 闫大伟； 张小明； 叶盛海； 曾龙军； 李群； 唐威华； 何祖华；

【机构】 中国科学院上海植物生理生态研究所； 浙江省农业科学研究院作物与核技术利用研究所；

【摘要】 水稻株高是决定产量的重要因素,上世纪50—60年代,半矮秆品种的培育为世界粮食生产带来了第一次绿色革命,株高降低虽然降低了总生物量,但提高了植株耐肥和抗倒伏能力,并最终增产,因此株高在此后育种过程中成为一个重要选择指标。我们在籼粳杂交育种过程组配了ZJ22和9311的群体,2个亲本株高表现都为中矮类型,其中zJ22株高约为65cm,而9311株高约为79cm(2009海南数据)。在与9311的回交群体BC1F2中,我们发现几株株高明显超过双亲的株系,暗示ZJ22和9311包含独立的株高基因,对其中1株BC1F2极端高杆植株进行遗传背景筛选发现,该株系大部分已被9 311片段替换,还有一部分为杂合片段,仅有几个片段为ZJ22纯和区域,对应的BClF3株系株高稳定,全部为高杆植株,因此推测zJ22片段置换区域包含控制株高基因。我们利用对应BC1F2植株进一步与9311回交构建BC2F2群体,对相应的ZJ22片段置换区进行分子标记鉴定,同时在植株成熟后统计株高表型。通过QTL连锁分析,我们发现一号染色体长臂端存在一个主效QTL,其LOD值为l5,加性效应为22 cm,表型贡献率达55%。通过后续扩大群体并发展新的分子标记,我们筛选出几个关键交换个体,结合后代表型数据最终将该位点定位到189 kb的物理区间内。该区间包含绿色革命基因Sd1,因此可能是该位点的候选基因。测序分析发现,ZJ22中Sd1序列与日本晴序列完全一致,最近研究发现日本晴中Sd1位点相比kasalath位点表现为GA20氧化酶活性降低,因此是一个弱功能位点,然而这种弱功能位点普遍存在于温带粳稻中,暗示其可能在绿色革命之前受到驯化选择(Asano K,Yamasaki M,Takuno S,et al.,2011)。而9311中的Sd1为功能缺失型位点,该类型突变为绿色革命中所使用的位点。由此可知,可以利用Sd1功能缺失型位点进一步改造粳稻株型,使其适应特定地区的栽培条件。另外,在进行株高相关遗传位点基因定位时,组配群体应该考虑双亲Sd1位点差异对其它位点的表型掩盖效应,排除其效应从而减小定位难度。更多还原