1、水稻是世界上最主要的糧食作物。長期以來,由于人口增長和環(huán)境問題及隨之而來的糧食安全問題,提高水稻產(chǎn)量一直是我國水稻育種和生產(chǎn)的重中之重。但是近年來,隨著生活水平的提高,人們對稻米品質(zhì)提出了更高的要求。同時,國際糧食市場的競爭十分激烈,也促使了我國水稻育種目標(biāo)從片面的高產(chǎn)轉(zhuǎn)向高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)并舉。因此品質(zhì)的遺傳學(xué)研究成為水稻研究中重要的一部分。本文從兩種角度研究了稻米的品質(zhì)性狀:1)從秈粳品種間尋找主效的優(yōu)質(zhì)等位變異,改良稻米品質(zhì)；2)從突變體

2、角度尋找和研究調(diào)控稻米品質(zhì)形成網(wǎng)絡(luò)中的必要元件。
　　 稻米雖然僅含2.3％的脂質(zhì),但具有獨特的營養(yǎng)功效,并能影響其他的營養(yǎng)品質(zhì)。前人研究表明稻米脂肪含量受多基因控制。稻米脂肪的研究僅限于經(jīng)典遺傳學(xué)分析和單環(huán)境QTL檢測,其遺傳研究有限。本研究利用兩套來源于不同親本的定位群體,對稻米脂肪性狀進行QTL穩(wěn)定性分析。同時,以高脂肪的巨大胚品種w025為材料圖位克隆了巨大胚基因(OsGE)。此外,本研究還初步定位了一個相關(guān)稻米粒形的基

3、因(SGL)。具體內(nèi)容如下:
　　 1.稻米脂肪積累相關(guān)QTL檢測及環(huán)境穩(wěn)定性分析
　　 利用Sasanishiki/Habataki//Sasanishiki回交重組自交系群體對稻米脂肪積累相關(guān)的兩個性狀(脂肪含量和脂肪指數(shù))進行單環(huán)境QTL分析。在稻米脂肪含量方面,共檢測到5個QTL。在脂肪指數(shù)方面,共檢測到3個QTL同時,利用以Sasanishiki為背景Habataki為供體的CSSL群體,對上述QTL進行驗證和

4、環(huán)境穩(wěn)定性分析。結(jié)果顯示稻米脂肪含量的QTL和稻米脂肪指數(shù)的QTL(除qFI2外)都能被CSSL證實并且在環(huán)境中是穩(wěn)定表達。本研究還發(fā)現(xiàn)第3染色體的R2778-C1452標(biāo)記區(qū)間和第11染色體的C1172-G1465區(qū)間存在稻米脂肪含量和稻米脂肪指數(shù)QTL共位點現(xiàn)象。本研究將有助于理解水稻脂肪積累的遺傳基礎(chǔ),同時為分子標(biāo)記輔助選擇改良稻米脂肪提供一定的理論指導(dǎo)。
　　 2.稻米脂肪含量QTL的穩(wěn)定性分析及相關(guān)生理生化分析

5、　　 利用以Koshihikari和Kasalath為親本衍生而來的BIL群體和CSSL群體,對稻米脂肪含量QTL進行了三個環(huán)境的穩(wěn)定性分析。結(jié)果顯示定位于第7染色體的兩個主效QTL(qFC7.1和qFC7.2)在兩套群體三個環(huán)境中都能穩(wěn)定表達。而后選擇了4個來源于相同親本組合CSSL家系,其中三個家系(SL219、SL220和SL221)聚合了兩個QTL,SL222家系僅攜帶Kasalath qFC7.2等位基因。6個環(huán)境的表型檢測

6、顯示,這4個CSSL家系的稻米脂肪含量都顯著高于背景親本。其中的3個家系由于兩個QTL的聚合而使其脂肪含量顯著高于僅攜帶單QTL的SL222,驗證了qFC7.1的效應(yīng)及兩個基因聚合的效應(yīng)。同時,對這4個家系的生理生化分析顯示:這兩個QTL均能大幅度提高米胚油含量,僅攜帶Kasalath qFC7.2等位基因的SL222家系的蛋白含量和直鏈淀粉含量相比于背景親本沒有顯著變化。萌發(fā)實驗也顯示4個CSSL家系萌發(fā)速度較背景親本快,從另一側(cè)面說

7、明這兩個QTL提高了稻米儲藏性脂肪的積累。本研究還利用分子標(biāo)記篩選SL220/Koshihikari的回交次級F2群體,找到了3個家系僅攜帶qFC7.1,并且這3個家系較背景親本脂肪含量都極顯著提高,直接證明qFC7.1的加性效應(yīng)。此外,在qFC7.2標(biāo)記區(qū)間內(nèi)找到了一個相關(guān)脂肪合成的酶(3-氧酰基-?；d體蛋白)基因,測序結(jié)果顯示:雙親在cDNA上存在多個單堿基差異。這些證據(jù)有助于進一步了解稻米脂肪含量的遺傳和分子基礎(chǔ),并為改良稻米脂

8、肪提供了理論基礎(chǔ)。
　　 3.高營養(yǎng)高脂肪含量的巨大胚突變體基因OsGE的圖位克隆
　　 米胚的大小直接影響到稻米籽粒的脂肪含量。本研究的材料是本實驗室的大胚品種w025。米胚石蠟切片分析結(jié)果顯示:w025的大胚表型主要是由盾片的伸長所造成。而后利用其與9311衍生的F2群體對大胚基因OsGE進行圖位克隆,并將OsGE基因初步定位在第7染色體RM21930和RM234之間約950kb的區(qū)域。而后用進一步擴大群體將OsGE

9、基因精細定位在RM21930和InDelE之間95Kb的區(qū)域,并與標(biāo)記IndelG共分離,包含兩個BAC克隆。NCBI在該區(qū)間收錄了一個與米胚大小發(fā)育相關(guān)基因,編碼一個細胞色素P450蛋白。擴增、測序和比對顯示在該基因區(qū)間內(nèi)存在一個單堿基變化導(dǎo)致w025翻譯提前終止,從而導(dǎo)致該基因失活。本研究為后續(xù)的基因功能分析提供遺傳基礎(chǔ)。
　　 4.短粒基因SGL的初定位
　　 粒形影響著外觀品質(zhì)和產(chǎn)量。本研究利用了一個多向表型的短

10、粒突變體(shortgrain length,sgl)對其基因進行了初步定位。表型研究顯示sgl在粒形、穗形、株高和節(jié)間長度上與野生型Kitaaki具有顯著差異。sgl突變體是轉(zhuǎn)基因過程中突變的植株。TAIL-PCR側(cè)翼序列分析發(fā)現(xiàn)外源片段插入了一個位于第一染色體的多聚蛋白編碼基因。而后利用sgl突變體與岡46B衍生的F2群體(7000株)對SGL基因進行初步定位。但是由于秈-粳交背景的干擾,F2群體粒形分離比嚴(yán)重偏離,僅選到40株短粒