籼粳稻杂种优势利用关键性状的遗传机理

【作者】 苟亚军； 朱新宇； 刘耀光； 王海洋； 沈荣鑫；

【机构】 华南农业大学；

【摘要】 【研究背景】杂交水稻的推广应用对于解决中国粮食安全问题意义重大。但近30年目前我国水稻单产增长缓慢,其主要原因是当前杂种优势利用的亲本大多数是亚种内的,亲缘关系较近,杂种优势有限。籼粳亚种间有强大的杂种优势,预期产量较籼稻亚种内杂交种进一步提高约15-30%,是水稻进一步增产的新育种方向。但是籼粳杂种优势的利用受到籼粳杂种不育、花时不遇、粳稻柱头外露率低等瓶颈因素的制约,籼粳杂交育种一直停滞不前。因此,解析上述性状的遗传调控机理,具有重要的科学意义和实践价值。【材料与方法】本研究以典型籼粳稻及其衍生群体为材料,综合利用正/反向遗传学、群体遗传学、转录组、分子生物学、生物化学等手段,鉴定了多个控制籼粳杂种优势相关性状的关键基因,在此基础上开展分子调控网络和基因演化的研究。【结果与分析】取得的主要结果包括:1)克隆了一个控制籼粳杂种不育的主效QTL,提出了一种基于基因拷贝数变异引起等位基因抑制最终导致杂种不育的新机制,同时建立了一种高效打破亚种间杂种不亲和性的技术方法;2)克隆了一个控制籼粳花时不遇的关键基因FT4,提出了籼粳稻FT4启动子籼粳分化引起的差异表达,进而调控籼粳稻中茉莉酸信号和糖信号在的差异,最终导致籼粳花时不遇的遗传调控网络;进一步开展FT4在籼粳群体的分化选择分析,挖掘其早花时单倍型,用于籼粳杂交亲本的花时改良;3)挖掘了几个控制籼粳稻柱头外露率差异的基因,针对这些基因遗传改良可将典型粳稻(柱头外露率低于5%)和优良籼稻不育系(柱头外露率约20%～30%)提高至65%～85%。【结论】以上研究为为籼粳稻杂交制种奠定理论基础和提供优良基因资源,为研究籼粳物种形成提供新的思路。更多还原