水稻苗期抗高溫鑒定程序的建立及其基因定位.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和二氧化碳排放量的逐年增加，高溫熱害的發(fā)生頻率日趨頻繁，嚴重時導致農作物大面積減產和產品品質下降。面對這樣的栽培逆境，如何穩(wěn)定和提高作物產量，確保農業(yè)經(jīng)濟和糧食安全，已成為農業(yè)科技領域迫切需要解決的重大科研課題。水稻是最重要的糧食農作物，全球有一半以上的人口以水稻為主食。目前，人們就水稻對高溫響應及其抗高溫特性開展了廣泛的研究，包括水稻受高溫脅迫后的蛋白質表達譜變化、生理生化反應和QTL定位等，但迄今為止，還沒有通

2、過圖位克隆發(fā)掘耐熱基因的報道，所報導的耐熱相關基因均為同源克隆法獲得，且主要為熱激蛋白。
　　 本研究以廣東省農科院水稻所鐘旭華研究員篩選并提供使用的水稻抗高溫地方品種HT54和感高溫品種HT13為材料，于不同生育期和不同栽培方式條件下對其進行不同溫度處理，試圖建立適宜的水稻抗高溫鑒定程序和抗性分級標準，并在此基礎上，對HT54中的抗高溫性狀進行遺傳分析和基因定位以及生理生化指標測定。主要研究結果如下:
　　 1.抗高溫

3、鑒定程序及判別標準的建立:對抗感高溫水稻品種HT54和HT13分別進行水培和土培種植，待秧苗生長至兩葉一心和三葉一心期移入生長箱，進行42℃、45℃和48℃的高溫處理，空氣相對濕度和其它栽培條件保持在相同水平上，之后，每隔一定時間觀察其對高溫的反應，試驗結果顯示:兩葉一心期48℃高溫處理至84h，水培的秧苗恢復5d后呈現(xiàn)抗性品種秧苗完全存活和感性品種秧苗一致死亡的顯著差異;而土培的秧苗處理至79h恢復相同天數(shù)后即可達到相同的效果。這些結

4、果表明，土培和水培的方法都可用于抗高溫材料的篩選鑒定，但后者比前者的鑒定用時短、效率高。分蘗期土培剝蘗秧苗抗感品種間達到存活與死亡差異效果的處理溫度是45℃，處理時間是72h，但秧苗培養(yǎng)和剝蘗較費時費工，好處是取樣不受材料死亡的限制。抽穗期由于抗高溫特性的考察指標通常為結實率，當以平均溫度為36℃的高溫處理48h時，其抗感高溫品種的差異達到了顯著水平，但此時抗高溫品種HT54的結實率和常溫下相比也顯著降低，因此，不是全生育期抗高溫特性鑒

5、定的最佳處理時期。據(jù)此，本研究最終確定的水稻全生育期抗高溫特性苗期鑒定程序為:兩葉一心的土培或水培苗，48℃高溫、相對濕度75％處理至79h或84h，恢復5d后，以秧苗能否存活作為抗感鑒定指標.
　　 2.抗高溫基因的遺傳分析:以優(yōu)化的抗高溫鑒定程序對抗感高溫親本品種HT54和HT13、F1及F2群體進行高溫處理，發(fā)現(xiàn)雜種F1秧苗經(jīng)高溫處理后的表現(xiàn)與抗高溫品種HT54的表現(xiàn)一致，F(xiàn)2群體中抗感高溫植株的分離符合3∶1的分離比率。

6、這些結果證實HT54在苗期鑒定的抗高溫特性是受顯性主效單基因控制，據(jù)此，我們將其命名為OsHTAS。
　　 3.抗高溫基因的定位:應用隱性極端集團群體法從F2群體中挑選131株敏感植株構建了作圖群體，同時，隨機從相同的F2群體中分別挑選10株抗感高溫極端單株構建了用于初步連鎖群分析的兩個DNA池，籍此對HT54中的抗高溫基因OsHTAS進行了定位。試驗結果顯示:位于第9染色體上的一對SSR引物RM444在兩個DNA池間具有多態(tài)性

7、，之后，通過F2群體中61株感高溫，驗證了RM444和抗高溫基因OsHTAS間的連鎖關系。再先后以61株和群體擴大后的131株感高溫單株為作圖群體，圍繞RM444擴增片段所在的位點進行了標記加密分析，結果顯示OsHTAS是位于InDel5和RM7364之間，遺傳上分別相距2.5cM/3.2cM和1.7cM/1.2cM，標記間的總物理距離為420kb,根據(jù)此區(qū)間候選基因功能分析及基因芯片表達數(shù)據(jù)的比較，篩選出兩個候選基因并進行測序，結果發(fā)

8、現(xiàn)只有其中一個基因的序列在兩親本之間存在兩處差異;根據(jù)其中一處差異開發(fā)了一個CAPS標記，該標記和抗高溫基因OsHTAS表現(xiàn)共分離。
　　 4.抗高溫特性相關生理指標SOD和POD的測定:以已知抗高溫的黃華占品種為對照，在兩葉一心時期對抗感高溫水稻品種HT54和HT13進行高溫處理，然后與不同時間點分別取樣測定高溫處理過程中水稻幼苗的POD和SOD活性，結果顯示:三個水稻品種黃華占、HT54和HT13在熱脅迫處理過程中，各時間點