本实验室前期以东乡普通野生稻和日本晴为亲本创制了强耐盐染色体片段置换系CSSL91,本研究将其与日本晴和强耐盐种质Pokkati比较,结果显示CSSL91耐盐性与Pokkali相当.以CSSL91与日本晴构建的F2∶3群体为试验材料,日本晴和CSSL91为对照,以耐盐等级和幼苗存活率为指标.结果表明2个指标均成正态分布,QTL连锁定位分析共检测到5个耐盐相关QTL,分别分布于第4、9、10号染色体上,LOD值介于2.95～3.97,表型贡献率为9.83％～18.48％;其中耐盐等级QTL-qST4的表型贡献率最高,其定位在第4号染色体DX-C4-1～DX-S4-16标记间.分离群体分组分析法(BSA,bulked segregation analysis)分析检测到第4号染色体0～5.0 Mb区间有一个超过阈值的QTL,该区间与QTL-qST4重合,QTL连锁分析方法和BSA方法均在第4号染色体的0～5.0 Mb区间定位到耐盐等级QTL,说明QTL-qST4是可靠的耐盐位点;耐盐等级QTL-qST4-1和幼苗存活率QTL-qSSR4均定位在第4号染色体DX-C4-12和DX-C4-13标记间,LOD值分别为3.36和3.92,表型贡献率分别为13.97％和9.49％;在第9号、10号染色体还定位到两个耐盐等级QTL-qST9和QTL-qST10;其中QTL-qST4-1、QTL-qSSR4和QTL-qST10是本研究新定位的耐盐性QTL.本研究结果将为水稻耐盐性相关基因克隆和分子标记辅助改良水稻品种的耐盐性奠定基础.

株高是影响水稻产量稳定性的重要因素之一,水稻株高相关QTL的定位及候选基因的挖掘,有助于深入了解株高分子调控机制,进而为培育理想株型的水稻品种奠定基础.以油占 8 号及广西野生稻为亲本构建的 285 个CSSL群体为试验对象,结合NGS与BSA-seq等方法,利用SNP和InDel 两种分子标记进行关联分析,对可能与株高相关的基因组区段进行定位.结果显示,Δ(SNP-index)分子标记在Chr.7 和Chr.10 中分别关联到 3.205 和 1.311 Mb大小的候选基因组区域.Δ(InDel-index)标记关联到的基因组区域大小分别为 2.848 和 1.292 Mb,且全部包含于Δ(SNP-index)关联到的区间内.结合GO、KEGG、Uniprot、eggNOG等数据库中的功能注释、高质量多态性位点筛选以及已有的株高相关转录组数据,最终关联到Chr.7 中的 5 个候选基因,包括功能和机理已知的OsTCP21.RT-qPCR结果显示,OsTCP21 在高株和矮株中的表达差异与已有研究结果相一致,LOC_Os07g05050 和LOC_Os07g02850 在高株中表达量较高,LOC_Os07g04220 和LOC_Os07g02770 在矮株中表达量较高.这 5 个候选基因在水稻株高性状的调控中起重要的作用,OsTCP21是一个关键调控基因.

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL.CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段.构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49％,将该QTL命名为qGW8.1.随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2∶3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8.1精细定位到8号染色体10 kb区间内.该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异.对双亲子粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7％.这一结果表明qGW8.1中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型.

利用一套以9311为背景的普通野生稻染色体片段置换系群体为研究材料,进行野生稻相关QTL的定位与基因的鉴定.在多年多点的抽穗期调查数据基础上,结合200多个分子标记引物的基因型鉴定结果,定位到11个与抽穗期相关的QTL;选取携带相关QTL导入片段的两个置换系进一步研究,发现2个抽穗期主效QTL均为已克隆基因的等位基因.利用叶鞘、稃尖、柱头颜色与9311差异显著的一个单片段置换系定位到来自野生稻的紫色性状基因OrC,初步鉴定与栽培稻的等位基因功能不同.这些结果再次表明染色体片段置换系是行之有效的QTL定位以及基因发掘的遗传群体.通过对抽穗期、紫色性状相关QTL的定位与基因的鉴定,为进一步的功能研究提供了基因资源.

本研究分别利用SSR标记、InDel标记以及简化基因组测序技术对一套以普通野生稻为供体亲本,9311为受体亲本的染色体置换系进行基因型鉴定,并通过对其不同生育期的耐盐性鉴定,共发掘2个与发芽期耐盐相关的QTL,13个与苗期耐盐性相关的QTL.其中与苗期存活率相关的QTL qSSR5.1、苗期耐盐等级相关的QTL qSSG5.1均被定位于同一位点,该位点对苗期存活率、苗期耐盐等级均具有增效作用,贡献率分别为6.36％、8.13％.在此QTL内包含与非生物胁迫相关基因OsDi19-1.经序列比对发现,OsDi19-1启动子区域在两亲本间存在较大差异,且受到盐胁迫时该基因表达量上升.同时,鉴定出水稻芽期耐盐的优异种质资源CSSL72、苗期耐盐的优异种质资源CSSL23、CSSL153,为水稻育种中耐盐性的改良提供了新的种质资源.

Enriching zinc (Zn) and selenium (Se) levels,while reducing cadmium (Cd) concentration in rice grains is of great benefit for human diet and health.Large natural variations in grain Zn,Se,and Cd concentrations in different rice accessions enable Zn/Sebiofortification and Cd-minimization through molecular breeding.Here,we report the development of new elite varieties by pyramiding major quantitative trait loci (QTLs) that significantly contribute to high Zn/Se and low Cd accumulation in grains.A chromosome segment substitution line CSSLGCC7 with the PA64s-derived GCC7allele in the 93-11 background,exhibited steadily higher Mn and lower Cd concentrations in grains than those of 93-11.This elite chromosome segment substitution line (CSSL) was used as the core breeding material to cross with CSSLs harboring other major QTLs for essential mineral elements,especially CSSLGzC6 for grain Zn concentration and CSSLGsC5 for grain Se concentration.The CSSLGCC7+GZC6 and CSSLGCC7+GSC5 exhibited lower Cd concentration with higher Zn and Se concentrations in grains,respectively.Our study thus provides elite materials for rice breeding targeting high Zn/Se and low Cd concentrations in grains.

利用粳稻品种Asominori和籼稻品种IR24衍生的重组自交系群体,在南京和海南2种自然环境下对水稻抽穗期QTL进行检测,分别检测到5个和6个影响抽穗期的QTL,其中位于第6染色体的qDTH-6在2种环境下都能被检测到,LOD值分别为6.28和12.93,贡献率分别为12.26％和17.18％.对以Asominori为背景、在qDTH-6处置换了IR24片段的染色体片段置换系CSSL45及背景亲本进行人工短日照处理,发现qDTH-6来自籼稻IR24的等位基因具有显性感光抑制效应.利用抽穗期基因型测验系和9311等一些常规稻与CSSL45杂交分析,进一步证实了qDTH-6的显性感光抑制功能,并初步判断其抑制对象为主效感光基因E1(Ghd7),本研究将其命名为Su-E1(f).同时利用CSSL45×Asominori次级F2群体分别在人工短日照和自然长日照条件下对Su-E1(f)进行了进一步定位,将其定位在SSR标记RM527附近.本研究对有效地解决水稻籼粳亚种间杂种生育期超亲晚熟的难题具有重要意义.