水稻产量功能基因标记用于三系杂交稻亲本遗传多样性研究及产量杂种优势预测

摘要

产量作为杂交水稻育种生产上最重要的目标性状之一，产量育种在取得较大的现有成就的同时，也面临继续突破的压力与瓶颈。分子标记技术应用于育种研究是当前以及今后一段时期内的主要途径，为水稻杂种优势育种提供了有效的手段。本文通过选取与产量性状相关的功能基因标记，评价功能基因标记在遗传多样性分析中的作用，探讨各亲本在功能基因位点间的亲缘关系、遗传差异和遗传分化情况，了解现有骨干亲本材料的遗传变异性，以揭示中国三系杂交稻骨干亲本在功能基因位点上驯化的差异和遗传多样性情况，为指导杂交水稻育种中亲本的遗传多样性改良、新种质的创制等方面提供参考依据。同时，利用产量及产量构成因子功能基因相关标记，分析分子标记遗传距离与杂种优势的相关性，探讨杂种优势预测的可能性，为杂种优势育种提供新的实现途径。研究结论如下：
　　 1基于产量功能基因标记的中国三系杂交稻骨干亲本的遗传多样性
　　 利用44个文献中报道的与水稻产量相关的功能基因SSR标记研究了76个中国三系杂交水稻骨干亲本的遗传多样性。其中37个标记具有多态性，多态性位点百分率(P)84.09％，共检测到86个等位基因位点，平均每个位点2.32个，变化范围2～4个；其中有效等位基因(Ne)62.95个，占73.2％，Nei's遗传多样性指数(He)变幅为0.049～0.831，平均值0.585。76份材料间的遗传相似系数(GS)变幅为0.323～0.973，平均值0.650。采用UPGMA法进行聚类分析，在遗传相似系数0.618处分为保持系和恢复系两类。保持系和恢复系间的遗传分化系数(Gst)为0.151，属高度遗传分化，Nei遗传距离(GD)0.51。结果表明，功能基因标记具有较高的DNA多态性检测效率，用于类群划分和种质资源的多样性分析等方面更具准确性和可靠性；中国三系杂交稻骨干亲本在44个功能基因位点的亲缘关系较近，遗传基础狭窄，同源性较高。但保持系群和恢复群系问在这些功能基因位点的遗传差异较大，遗传分化程度较高，杂交水稻骨干亲本在产量性状上仍具有较高的杂种优势利用空间。
　　 2产量功能基因标记遗传距离与杂种优势的相关性
　　 分别在两年间用4个保持性、10个恢复系亲本和5个保持系、5个恢复系亲本，按4×10 NCⅡ和5×5NCⅡ设计杂交组合，利用49个和单株有效穗、每穗实粒数、千粒重性状相关的功能基因SSR标记，分性状分析了分子标记遗传距离与对应性状杂种优势的相关性。结果显示，2009年和2010年亲本材料分别有35个和37标记具有多态性，多态性位点百分率为71.43％和75.5％，分别检测到94个及86个等位基因位点，平均每个标记2.69个与2.32个，变化范围都为2～4个。检测效果理想。各产量构成因子标记遗传距离用于亲本聚类划分正确有效。
　　 基于产量相关标记遗传距离与产量对照优势和平均优势上两年都未表现出显著的相关性，与部分产量构成因素杂种优势表现出显著相关性，结果难以用于杂种优势预测。
　　 基于三个产量构成因子相关标记遗传距离与对应的杂种对照优势相关性显著性水平在两年材料中表现不完全一致。其中千粒重相关标记遗传距离可以用于杂种优势预测(r=0.536**，r=0.283**)，单株有效穗和每穗实粒数相关标记遗传距离与对应性状杂种优势在各水平部分表现为显著相关性，难以用于杂种优势预测。