水稻单片段代换系SSSL的构建修回稿.docx
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水稻单片段代换系SSSL的构建修回稿
水稻单片段代换系群体的构建
郭晓琴
1,2
1
,张桂权
2
,王岚
*
(1.中州大学,河南
郑州
450044;2.华南农业大学植物分子育种广东省重点实验室
广东广州
510642)
摘要:
为研究水稻QTL的遗传机制,同时对优良水稻品种华粳籼74进行进一步遗传改良,以华粳
籼74为受体,以来源广泛的11个水稻品种为供体,通过高代回交和微卫星标记辅助选择相结合的方
法,构建了水稻的一个单片段代换系群体。
该群体由59个单片段代换系组成,每个单片段代换系只
含有来自一个供体的一个染色体代换片段,而遗传背景与华粳籼74相同。
这些单片段代换系的代换
片段分布在除12号染色体之外的其他11条染色体上,59个代换片段的长度在0.2~58.5cM,大多数
代换片段的长度为0~30cM。
代换片段长度较小的单片段代换系是用于QTL精细定位的优良材料。
关键词:
水稻;单片段代换系;微卫星标记;分子标记辅助选择
DevelopmentofSingleSegmentSubstitutionLines(SSSLs)inRiceOryza(
sativaL.)
GUOXiao-qin1,2,WANGLan1
,ZHANGGui-quan2*
(1.ZhongzhouUniversity,Zhengzhou450044,China;2.GuangdongKeyLaboratoryofPlantMolecularBreedingSouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,510642,China)
Abstract:
InordertostudythegeneticmechanismsofriceQTLandimprovegenetictraitsofHuajingxian
74,anovelpopulationconsistedof59singlesegmentsubstitutionlines(SSSLs)wasdevelopedwithHuajingxian74asarecipientandelevenvarietiesasdonorsthroughbackcrossingandSSRmarker-assistedselection(MAS).ThesubstitutedsegmentsintheSSSLsdistributedonelevenricechromosomesexceptChr.12.TheestimatedlengthofthesubstitutedsegmentsinSSSLsrangedfrom0.2cMto58.5cM,andmostofthelengthofthesubstitutedsegmentsconcentratebetween0cMand30cM.
Keywords:
rice,singlesegmentsubstitutionline,microsatellitemarker;molecularmarker-assistedselection
水稻重要的农艺性状大多数是数量性状,分析数量性状的遗传机制对于水稻品种的定向改良具
有重要意义。
在常规的初级作图群体中,由于遗传背景和数量性状座位(QuantitativeTraitLocus,QTL)
上位性互作的影响,QTL作图的准确度和灵敏度并不高[1]。
相对而言,利用经过改良的次级作图群
体在相似的遗传背景下对数量性状的QTL进行作图,消除了大部分遗传背景的干扰,从而能够提高
作图的准确度和灵敏度[2]。
单片段代换系(singlesegmentsubstitutionlines,SSSL)是采用连续回交和分子标记辅助选择技
1
术相结合建立的近等基因系。
在每个单片段代换系的基因组内都只有来自供体亲本的一个纯合的染
色体片段,而基因组的其余部分与轮回亲本相同,每个
SSSL都是受体基因型的一个近等基因系,
所有在单片段代换系之间,或与其受体亲本之间的可遗传的变异都与代换片段相联系
[2-4],因此单片
段代换系在控制数量性状基因(QTL)的鉴定与定位、功能研究及克隆方面具有重要的利用价值
[5-9]。
目前,水稻上建立的多个代换系群
[5,10-12],主要是为了定位某个特定基因或鉴定控制某个特定性
状的QTL而建立的,一个受体亲本只有一个供体来源,大多数的代换系含有多个片段,有些覆盖率
也不高。
早年建立代换系主要是利用RFLP标记为选择手段,检测过程复杂、花费大、时间长,不
利于进行大规模的快速检测。
微卫星标记技术是在RFLP标记之后发展起来的新一代分子标记技术,
是一种以PCR(polymerasechainreaction)为基础的共显性标记,多态性高,操作简单,检测快速,
数量丰富[13-17],目前在水稻中已构建了饱和致密的微卫星标记图谱可供利用[15-16],为分子标记辅助
选择奠定了良好基础。
本研究用生产上正在推广的优良水稻品种华粳籼74为受体亲本,以来自于世界各地区的11个
水稻品种(系)为供体,利用回交和微卫星标记相结合的方法建立以华粳籼74为遗传背景的单片段
代换系群体,旨在为水稻重要农艺性状的鉴定、定位和克隆奠定基础,同时为华粳籼74的进一步遗
传改良提供材料。
1材料和方法
1.1亲本材料
本研究选用优良推广品种华粳籼74为受体亲本,选用6个籼稻,5个粳稻共11个水稻品种为
供体亲本(表
1)。
表1
供试的亲本材料
亲本类别
品种名称
代号
原产地
类型
受体亲本
华粳籼74
W0
中国
籼稻
供体亲本
Amol3(Sona)
W2
伊朗
籼稻
供体亲本
苏御糯
W7
中国
粳稻
供体亲本
IR64
W8
IRRI
籼稻
供体亲本
Basmati370
W11
巴基斯坦
籼稻
供体亲本
联鉴33
W14
中国
籼稻
供体亲本
美国茉莉香稻
W15
美国
籼稻
供体亲本
IRAT261
W18
尼日利亚
粳稻
2
供体亲本
成龙水晶米
W20
中国
籼稻
供体亲本
Khazar
W22
伊朗
粳稻
供体亲本
Lemont
W23
美国
粳稻
供体亲本
IAPAR9
W27
巴西
粳稻
1.2方法
1.2.1亲本多态性的检测和微卫星标记检测方法
本实验选用520个微卫星标记对各个供体亲本与华粳籼74之间的多态性进行检测,利用有明显多态
性的微卫星标记进行代换片段的检测。
微卫星标记引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成;
Tris、EDTA和SDS等购自SIGMA公司,其余试剂是国产分析纯产品。
PCR扩增按照Panaud等[17]
的方法进行。
PCR产物用6%聚丙烯酰胺变性胶电泳。
电泳完毕后,银染成像后记录结果。
1.2.2水稻单片段代换系的选育与供体残留片段的检测方法
本研究采用回交和分子标记辅助选择相结合的方法建立染色体单片段代换系[18]。
杂交方法采用离体
穗杂交技术[19],杂交和回交都以华粳籼74为母本。
水稻种子为前期选育的含有一个杂合片段或2
个杂合片段的BC5F1种子,共计92份。
每个材料种植40株,提取10株的叶片DNA进行分子标记
检测。
所选用的标记为早期世代(BC4F1)检测到的代换片段上的有多态性的SSR标记。
每个株系
选择10株进行片段检测,选出一批纯合的单片段代换系。
1.2.3遗传背景中供体残留片段的检测方法
用亲本间有多态的标记对BC5F2选到的单片段代换系的候选单株进行遗传背景中供体残留片段的检
测。
随后在BC5F3对筛选到的单片段代换系做第2次的背景检测。
1.2.4代换片段长度的计算方法参照水稻微卫星标记图谱上标记间的距离
,按照Paterson等[21]的方法计算代换片段的长度。
如图
1所示。
1
D
1
D2
R2
R
LMIN
L
LMAX
[16,20]
图1单片段代换系代换片段长度计算的示意图
图中白色区段为受体亲本的遗传背景,黑色区段为已检出的代换片段,阴影区段为重组可能发生的区
段。
R为受体标记基因型,D为供体标记基因型。
LMAX为代换片段的最大长度,LMIN为代换片段的最小
长度,L为代换片段的估计长度。
3
2结果与分析
2.1供体亲本与华粳籼74之间的多态性
对11个供体亲本与受体亲本华粳籼
74之间的微卫星标记多态性进行了检测与
分析(表
2)。
在
水稻的微卫星遗传图谱上,按照等间距的原则,选用了
520对SSR进行亲本的多态性筛选。
表211个供体亲本与华粳籼
74的微卫星标记多态性
供体亲本
代号
标记
多态
多态率/%
平均多态标记
总数
标记数
间距/cM1)
Amol3(Sona)
W2
520
179
34.42
8.52
苏御糯
W7
520
290
55.77
5.26
IR64
W8
520
186
35.77
8.20
Basmati370
W11
520
261
50.19
5.84
联鉴33
W14
520
218
41.92
7.00
美国茉莉香稻
W15
520
180
34.62
8.47
IRAT261
W18
520
298
57.31
5.12
成龙水晶米
W20
520
160
30.77
9.53
Khazar
W22
520
292
56.15
5.22
Lemont
W23
520
278
53.46
5.49
IAPAR9
W27
520
282
54.23
5.41
平均
520
239
45.87
6.73
1)按RGP图谱的全基因组的总长度(
1528.1cM)/多态标记数来计算
11个供体亲本的平均多态标记数为239个,其中IRAT261和Khazar与华粳籼74之间的多态率
较高,分别为57.31%和56.15%,而成龙水晶米和Amol3(Sona)较低,分别为30.77%和34.42%。
对照表1中的资料可以看出,多态性高的供体均为粳稻,多态性低的供体均为籼稻,而受体华粳籼
74为籼稻。
说明籼粳稻之间的遗传差异大,标记多态率高;籼稻之间的遗传差异小,标记的多态率
低。
各供体亲本平均标记距离均在10cM以下,11个供体亲本的平均标记距离为6.73cM,其中最大
的为9.53cM,最小的为5.12cM。
2.2遗传背景中供体亲本的残留片段
4
将跟踪检测的片段称为目的片段,将遗传背景中供体的其余片段称为残留片段。
分别在BC5F2
和BC5F3代进行
2次背景检测(表
3)。
表3
BC5F2和BC5
3代遗传背景中的残留片段
F
供体亲本
亲本
选用标
PCR样品总数
残留片段样品数
残留片段样品率/%*
代号
记数
BC5F2
BC5F3
BC5F2BC5F3
BC5F2
BC5F3
Amol3(Sona)
W2
36
180
180
0
0
0
0
苏御糯
W7
36
396
180
4
0
1.01
0
IR64
W8
36
108
108
1
2
0.93
1.85
Basmati370
W11
36
324
324
1
1
0.31
0.31
联鉴33
W14
36
144
72
0
0
0
0
美国茉莉香稻
W15
36
180
144
1
0
0.56
0
IRAT261
W18
36
216
144
2
3
0.93
2.08
成龙水晶米
W20
36
144
144
0
0
0
0
Khazar
W22
36
576
252
8
1
1.39
0.4
Lemont
W23
36
360
288
4
0
1.11
0
IAPAR9
W27
36
792
720
2
2
0.25
0.28
合计
396
3420
2556
23
9
0.67
0.35
*残留片段样品率等于残留片段
PCR样品数除以总的背景检测的
PCR样品数。
在BC5F2世代进行第一次残留片段检测,选用36个亲本间有多态性的SSR标记,对95个单片
段代换系的候选单株进行了背景检测,共完成3420个PCR样品的检测工作,残留片段上的PCR样
品数为23个,残留片段样本率为0.67%。
在
BC5F3代对71个BC5F3单片段代换系的候选单株进行背景检测,共完成2556个PCR样品的检
测工作,残留片段上的PCR样品数为9个,残留片段样本率为0.35%。
2.3单片段代换系群体的代换片段
经过微卫星标记的检测、
选择及严格的遗传背景残留片段的分析,
本实验在BC5F3共选到59个
单片段代换系(表4)。
表459个单片段代换系的代换片段
5
编号
W02-10-7-6-03-2-3
W02-10-7-6-03-2-4
W02-10-7-6-03-5-10
W02-10-7-6-12-1-2
W02-15-1-8-14-5-1
W07-07-4-1-3-3-5
W07-07-4-1-6-2-7
W07-11-2-1-3-1-2
W07-11-6-4-7-2-5
W07-19-2-1-2-1-3
W08-16-3-4-146-5-6
W11-06-1-6-4-4-1
W11-06-1-6-4-4-3
W11-07-2-1-8-2-2
W11-07-2-1-8-5-9
W11-09-3-9-8-7-1
W11-18-1-6-09-1-6
W11-18-1-6-09-1-8
W11-18-1-6-16-2-4
W14-01-5-6-2-5-7
W14-12-3-6-4-4-3
W15-02-7-6-1-05-7
W15-02-7-6-1-07-2
W15-02-7-6-1-10-4
W15-12-3-2-2-3-5
W18-18-7-2-1-30-5
W22-03-6-1-19-2-6
W20-10-4-5-6-1-6
W20-15-1-9-1-4-4
W20-20-4-7-3-1-7
W22-09-2-10-4-9-4
代换片段
PSM174--RM32-RM167-RM409-PSM410-R
M202-RM536-PSM412-PSM413-PSM414-PS
M415-RM209-RM229-PSM416--RM21
PSM409--PSM410-RM202-RM536-PSM412-
PSM413-PSM414
PSM415--RM209-RM229-PSM416--RM21PS
M415-RM209-RM229-PSM416--RM21
PSM413--PSM415-RM209-RM229-PSMP416
--PSM365
RM195--RM556-RM210-
PSM395-RM502-RM447-RM352-RM264--PS
M396
PSM139--PSM140-PSM141-PSM436-PSM48
1--PSM142
RM125--RM2-PSM146--RM214
PSM416--RM206-RM254-PSM346--PSM346
RM49--RM6--RM530
RM218--RM232-RM7-RM251--RM563
PSM301--PSM305--PSM304
PSM374--RM183-RM263-RM526--PSM525
PSM374--RM183--RM263
PSM304--RM132-RM569-RM489--RM545
RM132--RM569-RM489-RM545-OSR16--PS
M429
RM275--RM528-RM30--RM400
RM449--RM24--RM09
RM562--RM449-RM24--RM09
R09--RM5--RM488
PSM407--RM228-RM333-RM591--RM590
RM111--RM253-RM350-RM402-RM50--RM136
OSR10--RM286-PSM175-RM332-RM167--RM120
RM286--PSM175-RM332-RM167--RM120
PSM408--OSR0-RM286-PSM175-RM332--RM167
RM589--RM170-RM190-RM587-RM225--R
M217
PSM27--PSM13-PSM12-RM84-RM86-RM220-RM1-RM283--RM272
RM136--RM527-PSM388-RM3-RM541-PSM
136--PSM162
RM257--RM288-RM242-RM160-OSR28-RM
201-RM215--RM340
短臂末端--PSM156-RM444--RM219
RM222--RM216-PSM163--RM269
PSM158--PSM160-PSM161-RM409--PSM400-PSM337--RM410
染色
最短长度
估计长度
最长长度
体
/cM
/cM
/cM
11
54.6
58.5
62.4
11
39.3
46.6
53.8
11
4.6
7.7
10.7
11
10.7
18.1
25.4
8
39.2
39.9
40.5
7
4.6
14.1
23.5
7
0.3
4.2
8
11
10
17.6
25.1
2
0
3.7
7.4
3
0.4
4.3
8.2
3
0
0.4
0.8
2
21.1
27.8
34.5
2
0
10.2
20.3
3
17.8
20.3
22.8
3
16.8
25.2
33.6
6
4.3
13.9
23.5
1
0
11.5
23
1
4.9
14.1
23.3
1
0
3.1
6.2
10
0
4.9
9.8
6
15.2
23.4
31.6
11
20
25.3
30.5
11
0.5
15.4
30.2
11
19.8
20.1
20.3
6
7.5
8.5
9.5
1
13.7
18.7
23.6
6
17.5
27
36.5
9
13.7
19.4
25
9
3.2
12
20.7
10
8.5
25.9
43.3
9
22.6
27.4
32.1
6
W22-12-5-1-18-3-5
W22-12-7-4-16-7-4
W22-17-4-3-5-3-5
W22-17-4-9-10-2-6
W23-03-8-8-9-5-2
W23-07-6-01-04-1-7
W23-07-6-10-10-3-7
W23-07-6-10-14-4-1
W23-09-4-1-3-1-10
W23-09-4-6-1-1-5
W27-03-5-1-5-9-1
W27-03-5-2-4-3-9
W27-04-1-2-1-7-4
W27-04-5-9-2-2-2
W27-05-4-2-3-4-7
W27-05-4-3-4-2-8
W27-05-7-3-4-03-9
W27-05-7-3-4-10-4
W27-05-7-5-5-08-9
W27-05-7-5-5-09-7
W27-05-7-5-5-10-3
W27-08-7-1-2-2-3
W27-08-7-1-2-2-7
W27-14-1-2-7-3-1
W27-14-1-2-7-3-2
W27-18-1-2-10-2-3
W27-18-2-3-7-4-6
W27-18-5-5-12-4-3
RM332--RM167-PSM409-RM120--PSM410RM131--RM127-RM124-RM280--RM559RM470--RM451--RM317RM218--RM232-RM251-RM282--PSM52
PSM158--PSM159-RM105-PSM161-RM410-
RM257-RM228--RM242
RM508--RM589-RM190--RM587
RM50--RM539-RM136-PSM388-RM3-RM54
1-RM162-RM275--PSM431
RM217--RM111-RM253-RM50-RM402--RM539
RM13
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