基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對三系雜交水稻低結(jié)實率原因初探.pdf

1、水稻作為全世界的主要糧食作物之一，在世界糧食安全中具有舉足輕重的作用。三系雜交稻的推廣和應(yīng)用為我國乃至世界的糧食生產(chǎn)作出了巨大貢獻。但是，隨著城市化進程加快，耕地面積逐年減少，農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，而同時，我國人口數(shù)量卻在不斷增長，糧食需求不斷增加，我國糧食安全受到越來越大的挑戰(zhàn)。進一步挖掘雜交水稻產(chǎn)量潛力，提高水稻單產(chǎn)能力，確保水稻總產(chǎn)穩(wěn)步提高，從而保證我國的糧食安全，是育種工作者面臨的首要任務(wù)。
　　結(jié)實率是水稻產(chǎn)量構(gòu)成的重要

2、因素之一，在三系雜交水稻生產(chǎn)中表現(xiàn)尤為突出。正常情況下，三系雜交水稻組合的結(jié)實率一般只有80％左右，而常規(guī)水稻品種和兩系雜交稻品種的結(jié)實率都比雜交水稻高，且二者差異明顯。同時也預(yù)示出三系雜交稻產(chǎn)量還有巨大的提升空間，如果能將其結(jié)實率同樣提高到常規(guī)稻結(jié)實率，將為三系雜交稻的產(chǎn)量水平帶來一個質(zhì)的飛躍。因此，開展三系雜交稻結(jié)實率相關(guān)遺傳研究，揭示三系雜交稻結(jié)實率遺傳控制機理，從而實現(xiàn)有效的人工改良和控制，達到顯著提高三系雜交稻的結(jié)實率水平，進

3、而提高三系雜交稻產(chǎn)量水平的目的，具有十分重要的意義。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出大量以基因組測序、轉(zhuǎn)錄組測序等為代表的遺傳研究新興技術(shù)和手段，為我們開展結(jié)實率相關(guān)研究提供了新的途徑和突破口。
　　本實驗室前期選育出一個三系不育系G80A，在常年的組配中發(fā)現(xiàn)其與任何恢復(fù)系組配的結(jié)實率始終在60％左右，并受高溫條件的嚴(yán)重影響，是研究三系雜交水稻低結(jié)實率的一個極端表型材料。本研究利用G80A、G80B分別和蜀恢527做雜交F1為研究對

4、象，在常溫和高溫處理條件下，通過對孕穗期幼穗進行轉(zhuǎn)錄組測序、表達差異分析和生物信息學(xué)分析，篩選結(jié)實率相關(guān)控制基因。并將獲得的目標(biāo)基因在雜交組合G80A/蜀恢527、G80B/蜀恢527、Ⅱ-32A/蜀恢527、Ⅱ-32B/蜀恢527、G46A/蜀恢527和G46B/蜀恢527上進行了Q-PCR驗證。獲得初步結(jié)果如下:
　　1、花粉育性檢測結(jié)果表明:在常溫處理條件下，所有雜交稻組合花粉染色都是正常的?？梢耘懦驗榛謴?fù)力不夠?qū)е禄ǚ塾?/p>

5、性不過關(guān)，而引起結(jié)實率下降。
　　2、常溫處理下，G80A/蜀恢527的結(jié)實率為62％，Ⅱ-32A/蜀恢527和G46A/蜀恢527的結(jié)實率分別為80％和78％。G80B/蜀恢527的結(jié)實率為93％，Ⅱ-32B/蜀恢527和G46B/蜀恢527的結(jié)實率分別為90％和93％。說明三系不育胞質(zhì)的存在會導(dǎo)致三系雜交稻結(jié)實率降低。
　　3、高溫處理下G80A/蜀恢S27的結(jié)實率為31％，Ⅱ-32A/蜀恢527和G46A/蜀恢527的

6、結(jié)實率分別為42％和45％。G80B/蜀恢527的結(jié)實率為56％，Ⅱ-32B/蜀恢527和G46B/蜀恢527的結(jié)實率分別為65％和66％。說明高溫影響水稻結(jié)實率，而三系雜交稻結(jié)實率受高溫影響更明顯。
　　4、通過轉(zhuǎn)錄組測序、差異基因比對篩選和Q-PCR驗證，獲得影響三系雜交水稻結(jié)實率的可能的差異基因6個。分別是:LOC_Os02g52780、LOC_Os03g60080、LOC_Os05g38290、LOC_Os05g41780

7、、LOC_Os08g43700、LOC_Os12g02980，這些基因在三系雜交水稻幼穗中的表達量都顯著低于正常水稻幼穗。
　　5、通過差異分析篩分別選出常溫和高溫下G80A/蜀恢527的差異基因以及G80B/蜀恢527的差異基因，再通過比對獲得后者與前者相異的基因，并將這些基因與高溫下G80A/蜀恢527和G80B/蜀恢527的差異基因相對比，找出其中相同的差異基因，再將這些基因進行GO富集分析和KEGG通路分析，找到了22個可