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超高产杂交水稻选育及杂种优势和白叶枯病抗性的分子遗传研究

作　者: 罗利军
导　师: 谢岳峰；应存山；黎志康
学　校: 华中农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 广亲和资源 亚种间杂交稻 杂种优势 基因(QTL)定位 超显性 互作 白叶枯病 小种专化性
分类号: S511
类　型: 博士论文
年　份: 1999年
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内容摘要


为进一步提高水稻的产量潜力，利用亚种间强大的杂种优势已成为目前水稻超高产育种的策略之一。利用品种的广亲和性，克服杂种F1低结实率是进行亚种间杂种优势利用的重要前提。本研究在广泛发据广亲和遗传资源的基础上，选育广亲和的杂交稻恢复系，在我国首次采用三系法育成亚种间超高产杂交水稻中413系列组合，在生产上大面积推广应用。 1．从4082份水稻品种资源中，筛选出100份广亲和种质。包括特殊广亲和品种和一般广亲和品种。大多数广亲和品种综合性状不好，但不同品种在不同性状上各具优势。来源美国的品种亲和性好，米质优良，抗倒性好但分蘖力低，非洲品种如ITA182耐肥抗倒，抗旱性强，高光效，但米质较差。通过采用复合杂交、辐射和系谱选择等方法进行改良，现已获得大批广亲和高代材料。 2．育成广亲和恢复系中413。以中413为父本，与不同胞质不育系测交配组，育成协优413、汕优413、V优413、D优413和马协优413等亚种间杂交稻新组合。中413系列组合表现明显的杂种优势。其营养生长和生殖生长均优于对照品种汕优63和汕优10号。在不同地点，不同年份种植，普遍表现生长率高，叶面积指数大，大穗大粒，干物质生产率高，耐肥抗倒，产量高等特点，较好地克服了亚种间杂交稻植株偏高、生育期偏长、结实率差和籽粒不饱满等问题。协优413和汕优413分别通过浙江省和四川省品种审 定委员会审定。至1997年，中413系列组合推广面积约6 万公顷。3.对协优413产量构成因素的杂种优势表现的研究表明，着 粒密度的杂种优势最大。通过增加着粒密度而达到大穗， 可解决大穗与株高的矛盾，因此，在实际应用中，着粒密 度可作为育种的一项重要的指标。 动植物杂种优势的利用在实践中已取得巨大的成功，但关于杂种优势的理论则争论至今。二十世纪初页所提出的显性和超显性假说，尚不能完全解释杂种优势这一复杂的数量性状。近年来发展的分子标记技术，为研究杂种优势提供了科学的方法。本研究构建一套中413测交群体，研究其杂种优势表现，并对影响杂种优势的数量性状位点和互作位点进行定位，估钡(QTLS和互作位点的遗传效应，力求阐明杂种优势的遗传基础。利用中413交系测交，为测验种，与一套LementX特青F10代重组自组成一套测交群体。利用178个标记，子连锁图谱，个标记间隔覆盖水稻12条染色体，共2325.IcM构建分平均每13.leM。测交Fl群体中，所有性状的杂种优势存在广泛的遗传变异。除结实率外，所有性状的平均优势达显著水平，每株产量、每天每株产量、每株生物学产量和每天每株生物学产量杂种优势达极显著水平。共发现17个QTL，57对互作位点与8个产量性状的杂种优势有关，定位于水稻12条染色体上。在测交群体中。这些QTL和互作位点分别平均解释了巧.5士10.3%和50.6士15.9%的总变异。部分QTL和互作位点表现多效性。绝大多数QTL和互作位点是超显性的。超显性的互作位点对于杂种优势的表现具有重要的作用。在实际应用中，有一个QTL值得重视，该QTL定位于第3染色体的两个标记G249和RG4186之间，可增加产量，日产量，生物学产量，生物学日产量等4个性状的Fl平均值和杂种优势。对双亲的遗传差距与杂种优势表现的相互关系的研究表明，杂种籽粒产量和生物学产量与双亲的遗传差异呈正相关。在亚种间杂交稻选育中，利用中413作亲本时，当另一亲本含有75%左右的粳型血缘时，能取得较大的杂种优势。 白叶枯病(Xanthomonas oryzaePv，oryza)是水稻的主要病害之一。对水稻白叶枯病的抗性遗传研究和抗性品种选育，一直是稻作科学研究的热点。本研究利用三个致病性不同的水稻白叶枯病菌小种，对由Lemont/特青培育的315个F10重组自交系群体进行抗性基因(QTL) RFLP分析，对控制垂直和水平抗性的两类基因(主基因和QTL)进行染色体定位，基因互作和效应值估测，研究病原菌小种与抗性基因(QTL)相互关系，以及主基因和QTL的相互关系. 1.共发现一个主基因、10个QTL及9对互作位点与白叶枯病 菌抗性有关。其中，主基因Xa4定位于第11色体上。Xa4 对CR4和CX08表现显性主基因遗传，但对CR6则表现为一 个主要的加性QTL的作用。Xa4分别解释由CR4、CX08 和CR6引起的病斑长度变异的“.2%，55.2%和52.1%。分 别具有减少病斑长度9.0，7.0和4.scm的效应。10个QTL 被定位于水稻12条染色体中的8条染色体上。这些QTL解 释了除Xa4以外的剩余变异的65%以上。2.抗性主基因及QTL存在小种专化性。主基因小种专化性明 显大于QTL。QTL之间以及QTL与主基因之间效应累加， 共同提供抗病性的强度和稳定性。10个QTL中，7个来自特 青(QBrZ，QBr3b，QBr4a， QBrs，QB诊，QBrlo和QBrll)，三个 来自Lemont(QBr3礼QB抖b和QBrlo)。说明在感病亲本中、 亦存在抗性QTL。因此，来源不同的中抗材料可能是水平 抗性的良好基因源。3.研究还表明，所定位的QTL与其它研究发?

全文目录


ACKNOWLEDGMENTS  3-8
ABSTRACT  8-11
中文摘要  11-15
Ⅰ Introduction  15-20
Ⅱ Literature Review  20-32
  High yield rice breeding and wide compatibility germplasm  20-23
  Heterosis performance and theory  23-26
  DNA markers and gene/QTL mapping  26-32
Ⅲ Development of high yield hybrid rice combinations  32-59
  Material and Method  32-33
    Plant material  32-33
    WCV and WCR identification and evaluation  33
    Development of inter-subspecific hybrid rice using WCRs  33
  Results  33-55
    Wide compatibility germplasm  33-39
    Development of a WCR-Zhong 413  39-43
    Development of Zhong 413's hybrid series  43-48
    Phenotypic performance of heterosis  48-55
  Conclusion and discussion  55-59
    WCV (WCR) and inter-subspecific hybrid rice development  55-57
    Spikelet Density as a important index in intersubspecies hybrid breeding  57-59
Ⅳ Genetic Mechanism of heterosis and QTLs mapping  59-93
  Material and methods  59-63
    Plant material  59-60
    Phenotype experiment  60
    Genotyping and construction of RFLP map  60-62
    Data analysis and QTL mapping  62-63
  Results  63-88
    RFLP linkage map construction  63-65
    Traits variation and heterosis in the test F1 hybrid  65-68
    Relationship between triats expression and heterosis performance  68
    Relationship between heterosis and the japonica genome content of RILs  68-72
    Mapping QTLs contributing the performance of the F1 hybrid and heterosis  72-76
    Mapping epistasis loci contributing the performance of the F1 hybrid and hetersos  76-88
  Conclution and discussion  88-93
    Genetic basis of heterosis of rice  88-90
    Utilization of the heterosis in inter-suspecific hybrid rice  90-93
Ⅴ RFLP mapping and race specificity of bacterial blight resistance genes(QTLs)  93-104
  Material and Methods  94-95
    Plant material  94
    Disease inoculation and evaluation  94
    Genotyping of the RILs  94-95
    Data analyses  95
  Results  95-97
    Resistance performance of parents and RILs  95-96
    RFLP mapping of a major resistance gene,QTLs and epistasis loci  96-97
    Race specificity of resistance major gene and QTLs  97
  Conclusion and discussion  97-104
    Resistance genes/QTL and its utilization  97-98
    Host resistance genes/QTLs and Xoo strains  98
    Major resistance genes and QTLs  98-104
LITERATURE CITED  104-122
附录(发表论文和出版著作)  122-123

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻
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