摘要
水稻作为世界上最重要的粮食之一，全球将近一半以上人口以大米为主要粮食来源。水稻的产量主要由有效穗数、每穗粒数和千粒重构成，通常被称为产量三要素。水稻的穗部性状在产量构成中占有一定的地位，穗长是影响每穗粒数的重要因素，而穗上部的谷粒通常会比穗下部的要重，进一步影响到千粒重，因此，培育具有合理的千粒重、每穗粒数的品种是实现高产的前提。 随着科技的发展，越来越多有关于水稻产量和品质的基因得到挖掘，而在这巨大的水稻种质基因库中，评估不同品种背景下基因的功能，寻找优良的等位基因用于分子设计育种是育种家的重要目标。本研究利用前人构建的单片段代换系(Single segment substitution line，SSSL)对控制水稻穗型的基因进行单倍型分析，利用鉴定到的穗型基因与主要的水稻粒形基因进行聚合，并对通过筛选的纯合聚合系进行农艺性状分析，主要结果如下： 1.穗型基因的单倍型分析。鉴定到一个新的直立穗型的等位基因dep2，利用有表型的展颖野生稻与HJX74多代回交获得一个携带dep2基因的单片段代换系，考察NIL-dep2的农艺性状与HJX74存在显著差异。测序发现来自野生稻的供体亲本材料中存在大量的单碱基突变位点(SNP)和氨基酸变异位点，这些氨基酸变异可能位于dep2蛋白的功能区域，从而引起了表型的变化。在抽穗期取样分析dep2在根、茎、叶、叶鞘和小穗中均有表达，发现其在小穗发育时期表达最高，但表达量与HJX74无明显差异，其突变主要由序列差异引起。进一步利用3cm的幼穗对水稻粒形相关基因和BR相关基因进行了qPCR分析，部分粒形基因和BR相关的基因表达量发生了变化。NIL-dep1无新等位变异，但每穗粒数显著高于HJX74，可用于后续聚合育种。 2.dep2与粒形基因的聚合效应分析。通过常规杂交和分子辅助选择获得dep2与GS2、GL3.1、GW5、gw8amol、gw8、GS5、GLW7聚合的7份材料，主要农艺性状分析表明，7份材料的千粒重、株高和穗长介于NIL-dep2和华粳籼74之间，所有组合中，NIL-dep2/GS2最宽，可达3.43mm，超过华粳籼74的20%，NIL-dep2/GW5次之为3.31mm；NIL-dep2/gw8amol穗粒数最多，单株有1560粒，超华粳籼74的26%，NIL-dep2/gw8也有1550粒，gw8基因可能导致组合的穗粒数增加，上述材料为我们进一步理解水稻粒形与穗型的协同改良提供了新的材料和研究思路。 3.dep1与粒形基因的聚合效应分析。获得了dep1跟GS2、GL3.1、GW5、gw8amol、gw8、GS5、gs3的聚合系7份。对所获得的7份材料进行目的基因的鉴定和农艺性状考察分析。7份材料总穗粒数高于NIL-dep1和华粳籼74，株高和穗长介于NIL-dep1和华粳籼74之间，所有组合当中，携带GS2、gw8amol和gw8的3份聚合系材料粒长比NIL-dep1有所增长，分别达10.87mm、8.74mm和8.65mm；组合NIL-dep1/GS2的千粒重极显著增加，达28.18g超亲本华粳籼74的39%。 本研究挖掘了一个来自展颖野生稻的dep2新等位基因，突变的dep2粒长变短，株高变矮，穗长变短，通过聚合已鉴定的新等位基因与粒形基因获得一系列矮杆直立的材料，为下一步开展设计株型育种和探索水稻粒形遗传调控网络提供了良好的材料。
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