摘要
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，也是我国居民消费量最大的粮食作物，水稻粒形是决定粒重和单株产量的一个重要性状，并且对稻米品质性状也有着重要影响。因此，粒形育种是水稻育种的一个重要育种目标。水稻穗的尺寸是决定水稻产量的重要因素之一，研究水稻穗长也具有重要的理论意义和实际应用价值。本研究的第一个课题是：利用较大谷粒长度的巴西陆稻(IAPAR-9)和较小谷粒长度的(B-1-3-1)构建F2遗传分离群体进行QTL初定位；利用设计的分子标记筛选区间杂合体，构建次级群体；筛选重组单株进行精细定位；对候选基因进行表达预测、克隆及测序比对。本研究的第二个课题是：以长穗品种R7066和短穗品种NX3H-2019NK-3为亲本，通过杂交构建F2群体,对穗长性状进行QTL初步定位分析。最终获得的结果如下： 1.粒长相关QTL的BSA法(BulkSegregantAnalysis)定位。获得F2群体粒长的频数分布图,分别从分布图的最短粒和最长粒亚群体中挑选40个株系,取它们的叶片并混合在一起提取DNA,分别形成最短粒和最长粒材料的混池DNA，送测序公司测定全基因组序列。随后对测序结果进行BSA分析,结果表明，在3号染色体上15.19-16.37Mb区间内有一个具有明显效应的QTL，命名为qMGL1(Maintenanceofgrainlength1)。 2.控制粒长的QTL的初步和精细定位。利用QTL初步定位技术,以IAPAR-9和B-1-3-1杂交所产生的F2代群体为材料,一个控制谷粒长度的QTL初步定位于CHR3-11和Ind14两个分子标记之间。然后从该群体中挑选区间杂合单株，通过自交建立F2:3群体，从中一共筛选到12株重组型单株。经过连锁分析，把该QTL缩小到Ind20和Ind8之间,它与qMGL1所在的区域重合,二者应该是同一个QTL，它们最终被命名为qMGL1。该区间对应于约210.1kb的物理距离。 3.候选基因的预测。根据MSURiceGenomeAnnotationproject网站提供的日本晴基因组的基因功能注释，qMGL1所在的目标区间内共有29个基因，排除编码转座子的基因以及在穗部和颖壳不表达或者表达量很低的基因，剩下5个候选基因,它们编码的基因分别为:LOC_Os03g27230编码一个磷酸脱氧庚酸醛缩酶1；LOC_Os03g27280编码一个丝氨酸/苏氨酸-蛋白激酶SAPK1；LOC_Os03g27290编码一个细胞色素c氧化酶亚基；LOC_Os03g27310编码一个组蛋白H3；LOC_Os03g27320编码一个类固醇结合蛋白。来自RiceGenomeAnnotationproject网站的对这五个基因的表达分析表明，它们均在幼穗中有表达，其中LOC_Os03g27310基因在幼穗中表达最高，其次是LOC_Os03g27230基因，LOC_Os03g27280基因在幼穗表达最低。 4.候选基因的序列比对分析。对双亲中5个基因的整个基因编码序列进行PCR扩增并测序，经序列比对后发现，与IAPAR-9相比,B-1-3-1亲本中这5个基因的序列变异情况如下:LOC_Os03g27230编码区含有5个碱基变异,但没有导致氨基酸改变；LOC_Os03g27280、LOC_Os03g27290、LOC_Os03g27310编码区都存在碱基变异,而且均导致2个氨基酸的改变；LOC_Os03g27320编码区存在14个碱基变异,最终导致5个氨基酸改变。后续将进一步缩小候选区域,最终确定哪一个基因是qMGL1对应的目标基因。 5.对穗长性状进行QTL定位分析，结果发现：在第9号染色体和第11号染色体上分别检测到一个穗长QTL位点。第1个QTL位于第9号染色体上的分子标记XDB9-7和XD9-7之间,被命名为qMPL1(Maintenanceofpaniclelength1)，该QTL的LOD值为12.99，表型贡献率达到了21.24%。第2个QTL位于第11号染色体上的分子标记DX11-13和DX11-12之间，被命名为qMPL2(Maintenanceofpaniclelength2)，该QTL的LOD值为5.29，表型贡献率达到了16.04%。进一步,将通过创建高代回交群体对这2个QTL进行精细定位和基因克隆。 综上所述，本研究以IAPAR-9和B-1-3-1为亲本，在3号染色体上定位到一个与谷粒长度调控有关的QTL，被命名为qMGL1;以R7066和NX3H-2019NK-3品种为亲本，在9号染色体和11号染色体上分别检测到一个与穗长调控有关的QTL位点，分别命名为qMPL1、qMPL2。这一研究结果为进一步通过高代回交群体克隆这3个QTL奠定了重要的基础。
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