关键词:
杂种优势
双向染色体片段代换系
显性效应
中亲优势
超标优势
摘要:
水稻是我国重要的粮食作物,其高产和稳产是保证我国粮食安全的关键。杂种优势是指杂种F1代表现出比亲本更为优良的现象。杂种优势为我国的粮食安全做出了重要的贡献,但是目前杂种优势的遗传基础还不清晰。本研究围绕籼型强优势杂交种汕优63的两个亲本珍汕97和明恢63,构建高质量的双向染色体代换系,利用代换系构建的回交群体和测交群体,基于三种类型的双向群体进行产量杂种优势遗传基础解析。结果如下:
1.利用珍汕97和明恢63两个亲本构建了一套双向染色体片段代换系。运用Rice6K芯片对代换系进行全基因组基因型鉴定,随后利用In Del标记对基因型结果进行验证。结果显示:147个珍汕97背景的染色体片段代换系(ZS97-CSSLs)的代换片段可以覆盖基因组的90.1%;165个明恢63背景的染色体片段代换系(MH63-CSSLs)的代换片段可以覆盖基因组的96.5%。针对10个性状进行QTL定位,结果显示ZS97-CSSLs检测了100个QTL,MH63-CSSLs检测了190个QTL;两个背景群体共同检测的QTL有47个,占ZS97背景检测数量的47%;主效产量相关基因Ghd7、Ghd7.1、Hd1和GS3等均被检测到;与早期构建的汕优63不同类型群体检测到的QTL相比,新定位QTL达37%,其中大部分位点为微效QTL,说明双向染色体片段代换系检测QTL更高效。
2.双向染色体片段代换系回交群体(ZSH、MHH)研究表明显性效应是杂种优势形成的基础。利用双向染色体代换系分别与轮回亲本回交获得两个回交群体,对产量相关性状的中亲优势HLMP(Mid-parent heterosis loci)进行基因定位,ZSH检测了57个杂HLMP,其中23个位点显示为负效应和34个位点显示为正效应;MHH检测了126个HLMP,其中48个位点显示为负效应和78个位点显示为正效应;两个群体正效应位点明显多于负效应位点,表明大多数杂种优势位点杂合型表现高于中亲值;两个背景群体重复检测的HLMP只有12个;通过与代换系联合分析,发现大多数HLMP表现为显性,表明显性效应是杂种优势形成的重要基础。
3.双向染色体片段代换系测交群体(SY63M、SY63Z)研究表明杂合状态和部分纯合状态能够产生超标优势(汕优63作为标准)。利用双向代换系分别与供体亲本ZS97和MH63测交,获得两个测交群体;对10个产量相关性状超标优势HLOS(Over-standard heterosis loci)分析,SY63M检测了110个HLOS,其中44个位点显示为正效应和66个位点显示为负效应;SY63Z检测了153个HLOS,其中64个位点显示为正效应和89个位点显示为负效应;负效应位点明显多于正效应位点;通过效应分析发现表明杂合状态产生和部分位点纯合能产生优势效应,大多数HLOS在汕优63背景中表现出部分显性效应。根据HLOS的遗传效应设计位点纯合和杂合,可能会继续提升杂种表现。同时通过与双向染色体带代换系联合分析,相互验证了一批与产量相关的QTL。
4.汕优63杂种优势是少数几个主效基因和大量的微效基因共同作用的结果。比较在SY63背景下Ghd7、Ghd7.1和Hd1三个主效基因的不同组配方式对每穗颖花数和单株产量的影响,发现三个基因不同组合产生较大的表型变异,随着抽穗期的优势基因聚合,抽穗期延长,每穗颖花数增加,单株产量提高;但抽穗期延长到93天后,增产趋势消失,产量下降。通过对微效每穗颖花数HLOS进行组装,部分位点纯合,发现随着每穗颖花数的增加,产量同样表现出增长趋势,与此同时发现有些组合优于汕优63,表明通过纯合部分位点可以继续改良杂交种;同时也验证了主效基因和微效多基因的显性效应共同决定了汕优63强杂种优势。
总之,本文在ZS97和MH63两个背景群体检测到QTL均显示显性效应的普遍性,因此,显性效应(主要为部分显性)是杂种优势重要的遗传基础;并且发现某些位点的纯合可以继续提升杂种表现;通过聚合杂种优势位点和纯合位点实现了SY63产量的提升,研究结果为培育强优势杂种亲本的改良提供了新思路。