亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        水稻粒長新基因GL12-1定位與利用分析

        2022-10-01 15:22:24何旎清黃鳳凰余敏祥楊德衛(wèi)
        西北植物學(xué)報 2022年8期
        關(guān)鍵詞:粒長單株多態(tài)性

        何旎清,黃鳳凰,余敏祥,楊德衛(wèi)

        (福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所,福州 350018)

        水稻(OryzasativaL.)為人類最重要的糧食作物之一,全球超過一半以上的人口以稻米為主食。據(jù)預(yù)測,到2030年世界人口將達到80億,屆時全球?qū)λ井a(chǎn)量的需求將比現(xiàn)在增加約40%[1]。隨著人民生活水平的提高,水稻粒型已成為當(dāng)前消費者與育種家共同關(guān)注的熱點,提高產(chǎn)量和改良品質(zhì)已成為現(xiàn)代水稻育種兩個主要目標(biāo)[2]。

        水稻粒長是水稻粒型構(gòu)成因素之一,并直接影響水稻的單產(chǎn),其中粒長對水稻粒重貢獻最大[3-4]。有研究表明,長粒水稻品種米質(zhì)相對較好[5]。隨著人們生活條件的改善,優(yōu)質(zhì)稻米越來越受到人們的喜愛,研究表明,長粒稻米通常表現(xiàn)較好的外觀品質(zhì)[6]。粒長是稻米品質(zhì)重要指標(biāo)之一,水稻粒長相關(guān)研究已成為當(dāng)前水稻遺傳學(xué)家和育種家研究的熱點。

        據(jù)不完全統(tǒng)計,目前鑒定與粒長相關(guān)的QTL有120多個(http://www.gramene.org/)。由于粒長性狀受環(huán)境影響大,研究者利用不同的研究方法與材料,鑒定的QTLs之間會存在重復(fù)性[7-8]。目前已有PGL1、GS2和qTGW3等[9]12個粒長相關(guān)基因被克隆。研究發(fā)現(xiàn)qTGW3有2個等位基因TGW3和GL3.3,qTGW3編碼一個類GSK3/SHAGGY家族成員的激酶OsSK41/OsGSK5,能與生長素應(yīng)答因子OsARF4互作并將其磷酸化[10]。TGW3編碼一個類似糖原合酶激酶GSK3的激酶,是粒長的負調(diào)控因子,能協(xié)同改變穎殼中細胞的大小和數(shù)量[11]。GL3.3與之前發(fā)現(xiàn)的GS3在遺傳上有上位互作效應(yīng),兩者疊加能導(dǎo)致水稻粒型顯著增大[12]。

        目前雖然克隆了一些水稻粒長相關(guān)的基因,但有些基因存在與不良性狀連鎖的現(xiàn)象,從而限制這些基因在生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍[13]。研究顯示,APG是粒長基因PGL1拮抗性互作因子,APG是一個負向調(diào)節(jié)子,其功能受PGL1的抑制[14]。因此,鑒定和分離更多水稻粒長基因?qū)λ酒焚|(zhì)遺傳改良以及揭示粒形性狀遺傳調(diào)控機理具有極其重要的意義。

        本研究利用前期創(chuàng)制的長?;謴?fù)系材料R20-4,通過正向遺傳學(xué)的方法,對該長粒性狀進行基因鑒定與定位分析,同時將恢復(fù)系R20-4分別與三系不育系‘慶源A’、‘定源A’、‘啟源A’和‘靚香A’進行測交,并對測交組合的粒長進行分析。本研究可為后期GL12-1基因的克隆、功能研究以及育種利用研究提供參考。

        1 材料和方法

        1.1 材料及種植

        長粒恢復(fù)系R20-4為含有稻瘟病抗性基因Pigm-1的恢復(fù)系,由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所通過分子標(biāo)記輔助選擇選育而成[15]。CO39為福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所種質(zhì)創(chuàng)制研究室保存的遺傳材料?!畱c源A’、‘定源A’、‘啟源A’和‘靚香A’為福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的三系不育系。

        2019年8月R20-4與CO39進行正反交,2019年12月進行海南加代繁殖,2020年7月R20-4、CO39以及構(gòu)建的F2群體均種植在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所連坂試驗農(nóng)場。兩個親本分別種植1個小區(qū),每個小區(qū)設(shè)置3個重復(fù),每個重復(fù)種植4行,每行8株,所有材料均單株種植,按照常規(guī)的栽培技術(shù)進行管理。

        1.2 方法

        1.2.1 長粒性狀的遺傳分析將R20-4與CO39進行正反交,待群體完全成熟后,根據(jù)F1的粒型表型,以及F2代分離群體中長粒單株與短粒單株的調(diào)查比例,來分析長粒性狀的遺傳特性。

        1.2.2 親本與F2性狀調(diào)查分析對R20-4和CO39粒長性狀進行調(diào)查分析,稻谷粒長等測定參照Tan等[16]方法進行。成熟后,對正交F2群體中極端長粒單株和短粒單株進行取樣,選擇極端長粒20株和極端短粒20株作為連鎖群體,正交F2群體中獲得的短粒單株作為后期的定位群體。

        1.2.3 長粒基因初步定位水稻組織DNA的提取、PCR的擴增以及樣品電泳檢測參照楊德衛(wèi)等[17]方法。利用實驗室506對SSR引物對R20-4和CO39進行多態(tài)性分析,利用篩選的多態(tài)性引物,對粒長基因進行連鎖分析。

        1.2.4 長?;蚓毝ㄎ粯?biāo)記的開發(fā)和對應(yīng)分子標(biāo)記的物理距離均參照楊德衛(wèi)等[17]方法。利用粳稻品種‘日本晴’和秈稻品種‘9311’兩品系已公布的核苷酸序列(http:// www.ncbi.nlm.nih.gov),找到序列之間有差異的部分,差異大小一般選擇在50 bp以下,然后利用引物設(shè)計軟件Primer 5.0在其兩側(cè)設(shè)計引物。

        1.2.5 長?;蛴N利用研究將恢復(fù)系R20-4分別與‘慶源A’、‘定源A’、‘啟源A’和‘靚香A’三系不育系雜交,并對配制組合F1的粒長性狀進行調(diào)查分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 親本粒長性狀比較

        為選擇定位群體的親本,本研究對恢復(fù)系R20-4和CO39粒長進行調(diào)查分析顯示,恢復(fù)系R20-4粒長為(11.31±0.25) mm,CO39粒長為(8.25±0.18)mm(圖1),分析表明R20-4的粒長與CO39相比,差異達到極顯著水平 (P<0.01)。

        2.2 恢復(fù)系R20-4長粒性狀的遺傳分析

        為了分析R20-4長粒性狀的遺傳特性,本研究將R20-4和CO39進行正反交。結(jié)果顯示,F(xiàn)1植株均表現(xiàn)長粒的表型。將正反交F1自交收獲后種植,成熟后調(diào)查F2群體粒長性狀分離情況,長粒與短粒單株的分離比經(jīng)卡平方(χ2)檢驗符合孟德爾遺傳3∶1比例(表1),粒長性狀在正反交F2群體中呈現(xiàn)雙峰分布(圖2)。以上結(jié)果說明R20-4長粒性狀是由1對顯性基因控制的。

        表1 長粒性狀的遺傳分析

        2.3 R20-4長?;虻某醪蕉ㄎ?/h3>

        為了定位恢復(fù)系R20-4長?;蛩谌旧w的位置,本研究利用實驗室合成的506對SSR和Indel引物標(biāo)記,對R20-4和CO39進行多態(tài)性篩選,有96對引物在兩個親本之間存在多態(tài)性。利用這96對引物對F2群體中的20個極端長粒單株和20個極端短粒單株進行連鎖分析。發(fā)現(xiàn)水稻第12染色體長臂上標(biāo)記Indel-12-3和Indel-12-7可能與粒長基因存在連鎖。對F2群體中45個小粒單株進一步分析,發(fā)現(xiàn)Indel-12-3和Indel-12-7與短粒位點存在連鎖關(guān)系。最終利用314個短粒隱性單株,將該長粒基因位點定位于水稻第12染色體上標(biāo)記Indel-12-3和Indel-12-7之間,物理距離約4.5 Mb,并命名為GL12-1(圖3,A)。

        2.4 長?;蜻M一步定位

        本研究在Indel-12-3和Indel-12-7之間合成20對Indel引物,多態(tài)性檢測顯示只有4對引物具有多態(tài)性(表2),分別為Indel-3、Indel-6、Indel-10和Indel-16,利用這4對多態(tài)性引物對314個短粒隱形單株進行分析,最終將GL12-1基因定位在標(biāo)記Indel-10和Indel-16之間,物理距離約為900 kb (圖3,B)。

        表2 Indel引物

        2.5 R20-4長?;虻睦?/h3>

        2021年7月分別將R20-4以及配制的4個雜交組合慶源A/R20-4、定源A/R20-4、啟源A/R20-4和靚香A/R20-4種植在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所連坂試驗農(nóng)場,待成熟后對其粒長性狀進行分析,并對其對應(yīng)的不育系粒長性狀進行分析。結(jié)果表明,組合慶源A/R20-4、定源A/R20-4、啟源A/R20-4的粒長與R20-4相比,沒有明顯差異,但靚香A/R20-4的粒長與R20-4相比,表現(xiàn)粒長變長,差異達到顯著水平(表3)。

        表3 恢復(fù)系R20-4及其配制組合的粒長分析

        3 討 論

        3.1 GL12-1可能是一個新的粒長控制基因

        目前為止,已發(fā)現(xiàn)120多個與粒長相關(guān)的基因或QTL (http://www.gramene.org/)分布于水稻不同染色體上,主要位于第1、2、3、7和10號染色體上。本研究利用圖位克隆的方法,將R20-4長粒主效基因GL12-1進行了遺傳定位,進一步分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)間還沒有克隆的粒長相關(guān)基因。因此,我們推測GL12-1可能是一個新的控制粒長相關(guān)基因。

        GL12-1候選基因區(qū)間900 kb內(nèi)包含有100多個候選基因,所以目前還無法確定哪個基因為其候選基因。另外,由于CO39與R20-4均為秈稻材料,他們之間的遺傳差異較小,多態(tài)性引物少。本研究在進一步定位過程中,合成的20對引物僅有4對具有多態(tài)性。隨后,我們在Indel-10和Indel-16標(biāo)記之間又合成8對Indel引物,檢測結(jié)果顯示這8對引物均沒有多態(tài)性。目前我們正在構(gòu)建遺傳差異較大群體,以期完成GL12-1基因的精細定位及克隆工作。

        3.2 GL12-1基因可能具有較好的育種利用價值

        水稻粒長性狀在不同水稻品種之間存在多樣性變化,一般在6~15 mm之間。例如粳稻品種‘川7’的粒長僅有7.32 mm,而秈稻代表品種‘明恢63’粒長達到10.2 mm[9]。水稻粒長性狀,由于材料遺傳背景的影響,其遺傳特性也不盡相同,主要受多基因控制以及由主效基因加微效基因共同調(diào)控[18-19]。

        在遺傳學(xué)方面,粒長的遺傳基礎(chǔ)極為復(fù)雜。研究者利用3個長粒材料與3個短粒材料配制不同的雜交組合,研究表明粒長性狀為多基因控制的數(shù)量性狀,其加性效應(yīng)占比較大[20];周清元等[21]研究表明,雜種F1的粒長介于兩個親本之間;賈小麗等[22]利用重組自交系群體(recombinant inbred lines,RILs) 研究發(fā)現(xiàn),粒長性狀呈連續(xù)分布,且表現(xiàn)出明顯超親分離現(xiàn)象。

        在基因功能方面,粒長基因調(diào)控遺傳機理極為復(fù)雜。有的為正調(diào)控,如GLW7[23];有的為負調(diào)控,如GS3[24];有的由于氨基酸變化,導(dǎo)致粒長變化,如qGL3[25];有的由于結(jié)構(gòu)變異,導(dǎo)致功能喪失,從而引起粒長變化,如qTGW3[11];有的由于基因轉(zhuǎn)錄提前終止,導(dǎo)致產(chǎn)生不同大小蛋白,從而引起其粒長變化,如GL3.2[26];有的與某些蛋白或者轉(zhuǎn)錄因子互作,引起蛋白表達變化,進而影響粒長變化,如Gnp4[27-28]。

        本研究利用長粒材料R20-4,在配制的4個不同不育系雜交組合中,有3個組合表現(xiàn)親本R20-4粒長特性,有1個組合表現(xiàn)超親遺傳的特點,推測長?;騁L12-1以顯性遺傳為主。配制的雜交組合R20-4/靚香A表現(xiàn)超親遺傳現(xiàn)象,原因可能是在R20-4與靚香A形成雜交組合中,由于有些基因編碼蛋白之間存在互作,或者微效基因疊加,從而影響或調(diào)控其組合粒長變化。

        因此,本研究鑒定的長?;騁L12-1在今后粒型育種可能具有較廣的應(yīng)用價值。尤其在雜交水稻選育過程中,兩個親本只需一個親本含有GL12-1,其組合就表現(xiàn)長粒表型。后期我們將通過對GL12-1基因進一步克隆,開發(fā)功能性分子標(biāo)記,并結(jié)合常規(guī)雜交技術(shù),以期快速有效地聚合多個基因的育種目標(biāo),這不僅降低了育種成本,同時縮短了育種時間。

        最后,隨著國家的快速發(fā)展和社會的進步,人們已經(jīng)步入小康社會,在吃飽的同時人們開始追求吃好、吃健康。長粒水稻品種在外觀及口感等方面受到人們的喜愛[10, 13, 29]。一方面,在粒型形成遺傳學(xué)方面取得很大進展,對粒型性狀遺傳及基因功能方面認識較為明晰[10, 29]。而另一方面,對水稻粒型基因調(diào)控機理方面的研究相對較少,如在大面積田間推廣長粒品種并達到產(chǎn)量提升的效果更是少之又少。因此,研究者需進一步加大水稻粒長種質(zhì)創(chuàng)新、遺傳規(guī)律探索以及調(diào)控機理等基礎(chǔ)方面研究,這對于加速水稻粒長新品種選育以及解決糧食問題具有重要意義。

        本研究通過圖位克隆的方法,對水稻長?;騁L12-1進行了鑒定,該基因可能是一個新的粒長基因。與不育系測交表明,GL12-1具有顯性遺傳特性,該基因在今后的水稻粒型育種中可能具有較廣泛的應(yīng)用價值。

        猜你喜歡
        粒長單株多態(tài)性
        單核苷酸多態(tài)性與中醫(yī)證候相關(guān)性研究進展
        無為市太平山楓香樹不同單株葉片性狀多樣性分析
        水稻粒長遺傳及其功能基因研究進展
        種植密度與行距對秋閑田飼用甜高粱單株生產(chǎn)力的影響
        湖南速生、中生、慢生闊葉樹組單株生長模型構(gòu)建
        馬鈴薯cpDNA/mtDNA多態(tài)性的多重PCR檢測
        秈稻粒長與稻米品質(zhì)的相關(guān)性及其育種應(yīng)用
        日本晴/R1126水稻重組自交系群體粒形性狀QTL定位
        GlobalFiler~? PCR擴增試劑盒驗證及其STR遺傳多態(tài)性
        小麥粒型相關(guān)性狀的QTL定位分析
        国产精品无码mv在线观看| 亚洲精品美女久久久久久久| 日韩电影一区二区三区| 成人不卡国产福利电影在线看 | 一区二区三区在线乱码| 欧洲乱码伦视频免费| 水蜜桃亚洲一二三四在线| 2021国内精品久久久久精免费| 一区二区三区夜夜久久| 国产精品毛片无遮挡高清| 国产成人综合久久亚洲精品| 亚洲av综合av国产av中文| 免费看美女被靠的网站| 国产福利午夜波多野结衣| 亚洲国产精品第一区二区三区| 亚洲写真成人午夜亚洲美女| 丰满岳乱妇一区二区三区| 色综合自拍| 亚洲中文字幕高清视频| 国产一级内射一片视频免费| 国产自拍视频在线观看免费| 国产成人精品白浆久久69| 日韩中文字幕中文有码| 丝袜美女美腿一区二区| 日本av在线一区二区| 风间由美性色一区二区三区| 亚洲av成人一区二区三区网址| 91久久精品一区二区三区大全| 成人免费无码视频在线网站| 欧美性猛交xxxx乱大交蜜桃| 日本一区二区三区资源视频| 亚洲av毛片在线免费观看| 成年无码av片在线| 亚洲另在线日韩综合色| 日韩一级137片内射视频播放| 国产专区一线二线三线码| 久久香蕉国产精品一区二区三| 国产黄色污一区二区三区| 精品一区二区三区芒果| 性一交一乱一伦a片| 2021年性爱喷水视频|