轉(zhuǎn)移遠(yuǎn)緣物種基因組DNA創(chuàng)新種質(zhì)及分子機(jī)理研究.pdf

1、利用遠(yuǎn)緣物種創(chuàng)新種質(zhì)是植物遺傳育種的前沿方向。外源DNA直接導(dǎo)入受體植物技術(shù)是我國(guó)科學(xué)家發(fā)明、倡導(dǎo)的遺傳操作方法。前人將遠(yuǎn)緣物種基因組DNA轉(zhuǎn)移到各種受體植物中，創(chuàng)制出了豐富的變異材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)受體農(nóng)藝性狀的綜合改良。但由于其中蘊(yùn)藏的分子機(jī)制，特別是變異系表型和基因型變異的全貌、外源特異DNA片段的轉(zhuǎn)移和整合，及性狀變異的分子機(jī)理等迄今尚不清楚，行內(nèi)對(duì)此途徑創(chuàng)新種質(zhì)存在居多困惑與質(zhì)疑。
　　本文開展了“穗莖注射法”(Spike-s

2、talk injection method，SIM)創(chuàng)新水稻(Oryza.sativa L.)種質(zhì)，其遺傳分離規(guī)律及相關(guān)分子機(jī)理的研究。嘗試將不同遠(yuǎn)緣物種基因組DNA導(dǎo)入到不同受體水稻親本材料中創(chuàng)造水稻變異新種質(zhì)，并對(duì)低世代變異系的遺傳分離規(guī)律及高世代變異系中外源DNA導(dǎo)入相關(guān)分子機(jī)理進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下:
　　1.采用“穗莖注射法”，將高粱、玉米、稗草、擬南芥和不同野生稻等基因組DNA分別導(dǎo)入到受體水稻9311和RH78中，

3、得到了一批株高、產(chǎn)量性狀和葉片等性狀得到顯著改良的變異材料，變異率約為0.7‰-4.4‰; SSR(simple sequence repeat)和indel(insertion anddeletion)標(biāo)記分析變異單株與供受體之間的遺傳多樣性發(fā)現(xiàn):變異與受體之間的遺傳多樣性為0.88％-32.93％、且外源DNA導(dǎo)入過程中存在“突變熱點(diǎn)”(mutation hotspot)現(xiàn)象;
　　2.通過對(duì)D1代變異單株ERV1及其受體水稻

4、RH78的全基因組深度重測(cè)序，ERV1自交D2代群體216個(gè)株系的RAD(Restriction-siteassociated DNA tags)測(cè)序及產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL(quantitative traitlocus)關(guān)聯(lián)分析和比較基因組分析發(fā)現(xiàn):(1)相對(duì)于受體RH78，ERV1千粒重，每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率顯著增加;(2)相對(duì)于受體基因組，在ERV1中共檢測(cè)到5，518個(gè)純合的SNPs和449，726個(gè)雜合SNPs，且這些SNPs位點(diǎn)

5、在染色體上的分布是不均勻的;(3)在ERV17,325個(gè)基因的編碼區(qū)(coding sequence region，CDS)共檢測(cè)到14，955個(gè)非同義SNP(non-synonymous SNPs)突變;(4)共定位到13個(gè)與抽穗期，株高，主穗穗長(zhǎng)，有效分蘗數(shù)，結(jié)實(shí)率，百粒重有顯著關(guān)聯(lián)性的基因或QTLs區(qū)間，這些區(qū)間的表型貢獻(xiàn)率約4.8％-10.5％;(5)D2代群體中216個(gè)株系的平均基因組純合度為88.2％，約50％的株系純合度達(dá)

6、到90％以上，平均基因組雜合度為1.57×10-4;
　　3.高世代穩(wěn)定變異系YVB及其受體水稻V20B之間的性狀調(diào)查及比較分析發(fā)現(xiàn):V20B和YVB在形態(tài)和生理生化上存在極顯著的差異，特別是YVB稻米品質(zhì)性狀得到明顯改良;通過YVB，V20B和小粒野生稻的全基因組測(cè)序及比較基因組分析，在YVB和V20B之間檢測(cè)到大量的遺傳變異，包括310，500個(gè)單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphisms，S

7、NPs，44，305個(gè)小片段插入缺失(small indels)和7，771個(gè)結(jié)構(gòu)變異(structure variations，SVs)，同時(shí)，在YVB基因組上篩選并驗(yàn)證12個(gè)來源于供體小粒野生稻不同大小的特異片段或基因;通過對(duì)YVB×V20B BC1F5群體100個(gè)株系品質(zhì)相關(guān)性狀的QTLs關(guān)聯(lián)分析，初步證明了Wx和DEP1基因序列的變異是YVB中膠稠度和粒長(zhǎng)性狀變異的關(guān)鍵基因，另外，在5號(hào)染色體4.3-5.1CM范圍內(nèi)定位到一個(gè)L