国家重点基础研究发展规划

国家重点基础研究发展规划课题结题研究报告项目编号：G1998010200项目名称：农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究课题编号：G1998010204课题名称：水稻新基因发掘及利用研究课题负责人：张启发联系地址：华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室，430070电话：[phone]传真：[phone]课题依托单位：华中农业大学主要承担单位：华中农业大学上海农业生物基因资源中心2003年9月11日21.计划任务完成情况1.1研究计划定位涉及水稻产量、抗性、米质等性状的12个以上的优异基因；明确所定位基因的基因效应及其利用价值。创造一批具有以上优异基因，易于育种利用的水稻新种质。1.2完成情况从水稻资源库里筛选大量的材料，建立了旱、低氮、低磷胁迫的筛选和评价体系；通过多种筛选方法，获得了具大穗，大粒、小粒，高蛋白，理想粒形，抗旱，养分高效利用等有利性状的水稻资源。利用这些特色材料构建了14个重组自交系群体和5个双单倍体群体，已经定位了包括水稻穗大小，千粒重，稻米外观品质和食味品质等性状的主效QTL50多个，这些QTL加性效应较大，可以借助标记辅助选择技术，应用于水稻遗传改良。利用cDNA芯片技术分离了一批低氮胁迫，低磷胁迫，干旱胁迫和螟虫胁迫条件下的显著差异表达基因。利用转基因技术获得了磷高效率利用的中间材料。抗旱，磷利用效率和氮利用效率相关基因定位工作正在进行中，大穗主效QTL近等基因系即将建成，粒形主效QTL近等基因系正在构建中。选育了一大批包含以上优异基因的中间材料。具体完成情况1.2.1新种质资源的筛选对品种资源攻关研究中获得的2000余份含有本研究所需基因的优异种质初步筛选，重复鉴定，获得包括大穗、大粒、抗旱、抗寒、高蛋白、食味品质优良，等优异稻种资源20多份。对品种资源攻关研究中获得的2000余份和本项目课题一提供的水稻核心种质库503份材料采用成对试验法进行苗期低氮低磷筛选。经过分析，确定在苗期进行耐低磷品种筛选的方法：一般情况下以相对单株分蘖率和相对单株干重比较可靠。对于筛选期间正常磷处理和低磷处理都无分蘖的品种，应以相对干重的大小作为筛选指标；对于分蘖发生早，正常磷处理有分蘖，缺磷处理有或无分蘖的品种，则应以单株相对分蘖数作为主要指标，而以相对干重作为辅助指标。从2000余份材料中通过筛选指标和外部生物学特征表现筛选出较为典型的耐低磷品种49个品种，低磷敏感品种35个。采用对比试验，对1200份水稻种质资源进行氮高效筛选，根据相对分蘖率和相对干重表现出很大的差异初步筛选出12份氮高效材料。表1列出部分典型新基因源材料。对创建的530份特青/Lemont双向导入系、240份中413导入系，设置低氮处理组和正常氮肥对照组进行大田筛选，每小区种植4行，每行6株。分苗期、最高分蘖期、抽穗期等不同时期考察株高、分蘖数、穗数、叶绿素含量、光合速率3等形态指标，成熟期考察生物学和籽粒产量。同时，对初步筛选的氮高效品种资源和“特青/Lemont”单向导入跨叠系，进行水培成对试验，营养池中保持营养液循环流动，于最高分蘖期考察苗高、分蘖数、茎叶和根部干重、叶绿素含量、植株重氮量等营养生理指标。在湖北省襄樊市布置了耐低氮的大田筛选试验，参试材料为“中413”导入系共1800株系，分施氮和不施氮相邻田块进行对比试验，根据初筛和田间目测筛选结果，对部分株系进行叶绿素含量、有效穗数和产量等性状分析。筛选结果将在年底获得。表1筛选出的具有特异性状的水稻种质材料品种资源特性品种资源特性HR5每穗实粒数280左右中旱1号抗旱SLG－1千粒重55中旱5号抗旱南洋占千粒重45克BG4087磷高效利用Chuan7千粒重12克中早18磷高效利用HR94粒长1.1厘米Lagrue磷敏感多年生稻抗寒IRGC78042抗螟虫德陇208软米IRGC6303抗螟虫HA84494高蛋白沿潮氮高效岳早籼6号高蛋白沈农265氮高效1.2.2群体构建新基因发掘的基本方法之一是进行基因定位，基因定位往往离不开群体，因此，本课题相当长的时间和相当大的精力用于群体构建。又因为永久性群体DHs和RILs方便于多年多点试验，因此，构建永久性群体是本课题前三年研究工作的主要任务之一。构建DH群体受基因型影响，多数组合获得的独立克隆苗较少，因此，大多组合以构建RILs为目标。经过武汉，杭州正季加代和海南冬季南繁相结合，已经获得18个各具特征的群体用于本课题的研究（表2），分子标记工作已经证实这些群体质量较高，非常适于QTL定位工作。1.2.3基因定位1.2.3.1连锁图谱构建以下列10个群体（表3）为基础，开始构建SSR标记连锁图，大多群体的连锁图在完善之中。1.2.3.2水稻外观品质基因的定位以珍汕97/明恢63的F2:3群体及其衍生的重组自交系群体为材料，鉴定并定位了控制稻米外观品质的4个性状(粒长、粒宽、长宽比、垩白)的主效基因(或主效QTLs)，其中控制粒长的基因位于第3染色体，粒宽基因位于第5染色体，长宽比主要受控于这两个基因，垩白基因定位于第5染色体，与粒宽基因的定位相同(表4)。4表2已经构建成的18个群体群体组合群体类型（世代）群体大小群体目的建成年份珍汕97/武育粳2号DH190持绿性2001、4珍汕97B/德陇208F7239软米2002、4II-32B/岳早籼6号F7178高蛋白2002、4珍汕97B/HR5F7/F6302/39大穗2001、4珍汕97B/南洋占F8/F7175/67长粒2002、4珍汕97B/南洋占DH115长粒2002、4珍汕97B/多年生稻F7/F6151/35抗寒2001、4珍汕97B/多年生稻DH389抗寒2001、4珍汕97B/SLG-1F8/F7180/57大粒2002、4珍汕97B/中旱5号F8/F7145/58抗旱2002、4南洋占/Chuan7F7/F6269/83大小粒2001、4珍汕97B/H94DH120长粒2002、4II-32B/H94DH155长粒2002、4珍汕97/特青F7236产量2002、10明恢63/特青F7218产量2002、10协青早/9308F7/F680/210产量2003、10珍汕97/中早18F7/F6143/27磷高效2003、9BG4087/LagrueF4（构建中）240磷高效2003．10表3遗传连锁图谱构建情况组合名称作图群体大小群体类型连锁图全长cM标记数目ZS97/武育粳190DH1849.4179ZS97B/H9492DH1458.9191II-32B/H94103DH1079.9160ZS97/HR5190RIL1563.6185ZS97B/德陇208186RIL160IRAT109/ZS97178RIL正在构建中120ZS97B/南洋占190RIL正在构建中71珍汕97B/多年生稻190DH正在构建中100ZS97/SLG-1190RIL正在构建中95南洋占/Chuan7190RIL正在构建中655表4珍汕97/明恢63组合衍生的群体稻米外观品质QTL定位TraitChrom-osomeIntervalLOD%VaraAddbDomF2-3populationGrainlength3RG393-C108732.759.0-0.42-0.247C1023-R14402.75.1-0.080.14Total33.859.9Grainwidth1C161-R7534.115.20.040.115RG360-C734a19.952.30.16-0.04Total21.855.9Length-widthratio3C1087-RZ40312.829.4-0.18-0.105RG360-C734a9.931.3-0.17-0.02Total30.162.4Chalkiness1C161-R7532.68.91.9716.335RG360-C734a29.370.330.91-20.735RG528-C14475.811.313.74-5.196R1952-C2262.55.08.243.1110R2625-C2232.54.98.570.94Total36.873.2RILpopulationGrainlength3RG393-C108719.840.7-0.556Wx-R19524.08.00.24Total25.548.6Grainwidth5RG360-C734a15.341.60.228C347-R7272.54.90.08Total17.244.7Length-widthratio3RG393-C10879.621.8-0.255RG360-C734a10.230.0-0.306R1952-C2262.45.10.12Total26.161.1Whitebelly5RG360-C734a35.287.272.97R1245-R17892.79.524.5Total36.687.9Whitecore5RG360-C734a4.511.6-12.26Wx-R19524.07.59.8Total8.817.5利用ZS97B/H94，II-32B/H94两个组合的DH群体（简写为群体A和B）和珍汕97/德陇208组合的RIL群体（简称群体C）对稻米部分品质性状进行QTL定位。II-32与珍汕97基因组水平差异小，600个SSR标记中表现3％多态性，两品种间除糊化温度存在一定的差异外，其他品质性状基本一致。在AB两个群体间除了糊化温度和垩白率两个性状存在较大差异外，其他性状表现相似的分离规律。主效QTL定位结果在两个群体间基本一致（表5），微效QTL结果存在差异。粒长主要由第3染色体基因控制，粒宽由第5染色体基因控制。群体A在第5染色体检测到垩白率和垩白度主效QTL，群体B则在第5和第6染色体上分别检测到影响垩白率和垩白度的主效QTL。对于群体C，稻米和谷粒粒长和粒宽在第3和5染色体上均没有检测到QTL，只是在第1和9染色体上检测到两个QTL，LOD值均较小。同时2003年在武汉，通过分期播种和遮光处理，调整生育期，使群体A的所6有株系分别在8月上旬和9月上旬抽穗，使得两批材料的各个生长季节处于完全不同的光温环境，分析环境对稻米品质的影响，这部分结果将在年底获得初步结果。表5三群体稻米外观性状共同主效QTL群体性状LOD染色体标记区间加性效应贡献率％A精米长14.43RM16-MRG2538-0.3635.7B精米长13.83RM16-MRG2538-0.6054.9C精米长3.11RM312-RM810.2515.3A精米宽3.73RM16-MRG25380.0919.7A精米宽2.85MRG2381-RM473B0.068.3B精米宽9.35RM574-RM2890.1133.2C精米宽2.69RM105-RM257-0.0527.7A精米厚4.610RM311-RM200-0.0415B精米厚12.15RM593-RM5740.1138.4A精米形22.93RM16-MRG2538-0.2458.2B精米形113MX6-RM16-0.2339.3B精米形7.25RM593-RM574-0.1924.7A垩白率3.86RM508-RM17010.2113.9B垩白率12.65RM593-RM57423.5545.2B垩白率10.96RM170-RM58917.5627.5A垩白度3.76RM508-RM1704.6512.4B垩白度5.15RM593-RM5740.0714.9B垩白度8.46RM170-RM5890.0823.81.2.3.3水稻蒸煮食味品质基因定位基因定位结果见表6，群体A和B均在第6染色体的短臂MX21-RM190和长臂RM402-RM276各定位到一个影响糊化温度主效QTL，分别解释性状变异的11.3%和78.4%，加性效应作用方向相反。MX21-RM190区间同时影响直链淀粉含量和胶稠度。群体C也在第6染色体上的相应区间定位到控制直链淀粉含量，胶稠度和糊化温度的主效QTL，但在MX21-RM190