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中国水稻所钱前团队育成系列水稻染色体片段代换系助力基因挖掘与

gecimao 发表于 2019-06-24 19:07 | 查看: | 回复:

  水稻作为重要的粮食作物,大部分重要农艺性状都是由数量性状位点 (QTLs) 控制的。尽管水稻中许多产量相关的QTLs已经被报道,由于缺乏合适的定位群体,仅有少部分QTLs被定位和克隆。通过全基因组关联分析法在自然群体中关联到的QTLs,也需要合适的遗传群体做进一步研究。染色体片段代换系作为一种遗传背景相近的永久性遗传群体,在提高QTLs的检测效率和基因的图位克隆方面起到重要作用。由于染色体片段代换系的构建需要消耗大量的人力、时间和资金,同时育成多套拥有高分辨率图谱的染色体片段代换系的报道较少。

  该研究选取典型的粳稻品种日本晴、中国农业生产上大面积应用的籼稻品种93-11及含有籼、粳混合背景的不育系培矮64s为亲本,经过连续多年的回交和分子标记筛选,同时构建了3套染色体片段代换系,分别是93-11为背景的日本晴染色体片段代换系、93-11为背景的培矮64s染色体片段代换系和日本晴为背景的培矮64s染色体片段代换系。为了获得高质量的遗传图谱,研究人员对三套染色体片段代换系的每个株系进行全基因组重测序,绘制了三张高分辨率的遗传图谱。研究发现,三套染色体片段代换系分别含有310、230和367个替换片段,基因组覆盖率分别是97.3%、87.3%和88.8%。

  此外,研究人员在杭州和深圳两个环境下调查了3套染色体片段代换系的11个与产量相关的重要农艺性状。结合全基因组重测序绘制的遗传图谱,研究人员在3套染色体片段代换系中共检测到71个QTLs。其中,有些QTLs区间包含Nal1/LSCHL4、LAX1和GW5/GSE5等已克隆的重要产量相关基因,同时一些新的粒型QTLs正在进行精细定位和克隆。

  此前,研究人员还分别以日本晴和93-11、培矮64s和93-11为亲本构建了两套重组自交系。这两套重组自交系也利用全基因组重测序方法绘制了高分辨率的基因型图谱,共检测到92个产量相关QTLs,解析了超级杂交稻两优培九产量形成的遗传基础。相关研究成果分别于2009和2013年发表在 Genome Research 和 PNAS 上【2,3】。

  日本晴和93-11分别是水稻中第一个全基因组测序的粳稻和籼稻品种,培矮64s是具有籼稻和粳稻的混合遗传背景的两系光温敏不育系,培矮64s和93-11组配的超级杂交稻两优培九在生产上曾有较大的种植面积。三个亲本遗传差异大,其配组的五套不同类型的遗传群体在株高、叶型、穗型和粒型等农艺性状上遗传变异大,有利于重要农艺性状的挖掘。含有相同遗传背景的染色体片段代换系也可以用于多基因聚合及基因互作研究,创制包含有多个重要性状基因的育种材料。因此,该团队构建的来自相同亲本不同类型的遗传群体能够优势互补,为基因挖掘和分子设计育种提供重要的平台。

  据悉,中国水稻所和深圳所的张斌、商连光和阮班普为该论文的第一作者,钱前研究员为通讯作者。

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