论文部分内容阅读
土壤盐渍化是影响水稻产量的主要非生物逆境,水稻耐盐性属于多基因控制的数量性状,挖掘水稻重要耐盐数量性状位点（QTL）,分析其耐盐的遗传及分子机制,对采用分子育种策略培育耐盐水稻新品种有重要意义。本论文以明恢63（耐盐、轮回亲本）和02428（盐敏感）构建的BC2F7回交导入系群体为材料,进行了耐盐表型的多年重复性鉴定,并在此基础上应用高通量SNP标记构建的遗传连锁图谱及代谢组、转录组等多种分析策略,检测与水稻苗期耐盐相关的QTL,发掘耐盐相关候选基因。主要研究结果如下:采用完备区间作图方法（ICIM）,4次苗期耐盐试验共检测到252个耐盐相关表型QTL,其中11个在两个及以上的环境中被检测到。应用气质谱联用技术,在对照及盐处理的水稻叶片中共检测到包括糖、氨基酸、有机酸及其它小分子在内的113种代谢物,主成分分析（PCA）显示盐胁迫诱导植物体内代谢物含量发生显著变化,PC1将对照和盐处理样品明显区分开,解释了62.6%的代谢物水平差异,其中丙氨酸、鼠李糖、苏氨酸、山梨糖、甘露糖等的贡献较大。在对照、处理及比值条件下分别有49种、38种、61种代谢物检测到QTL位点,且分别有2、1、5个可解释的变异超过40%,其中响应盐胁迫的5-氨基戊酸（M17）、腺嘌呤（M20）相关位点（qM17-3、qM20-3）贡献率分别是92.5%、60.3%。综合耐盐表型和代谢物定位结果,确定了36个重要QTL区间,其中27个同时影响耐盐表型及代谢物含量。此外,本研究中新发现6个与盐胁迫响应相关QTL区间,分别是第1号染色体2.5-4.5 cM、第3号染色体94.5-96.0 cM、第5号染色体121.5-122.0 cM、第7号染色体区间34.5-36.5 cM和103.5-114.5 cM、第12号染色体30.5-36.5cM区间。应用携带有耐盐QTL位点的典型耐盐导入系DQ46、敏盐导入系DQ138和亲本MH63进行了比较转录组学及代谢组学分析。代谢组分析结果表明,棉子糖、麦芽三糖等渗透调节物质在DQ46、DQ138中盐胁迫反应存在显著性差异;转录组分析结果发现在目标QTL内有40个差异表达基因,包含WGCNA分析中的2个关键基因（Os02g0463401、Os02g0527200）及本研究新发现的QTL区间（第7号染色体103.5-114.5 cM）中的2个基因（Os07g0605400、Os07g0615000）。基于差异表达基因的注释分析,从中随机选出8个基因进行了qRT-PCR验证,结果显示其中7个的表达趋势与转录组结果一致。转录组和代谢组均表明,MH63和DQ46的耐盐性与其通过渗透调节、氧化还原平衡调节减轻盐胁迫损伤有关,涉及亚油酸和α-亚麻酸代谢、鞘糖脂合成、维生素B1代谢、类胡萝卜素合成、ABC转运蛋白和氨酰基tRNA合成等通路。另外,MH63与DQ138检测到包括亚油酸、α-亚麻酸代谢及氨基酸合成的3个差异代谢通路。本文的研究结果将为水稻耐盐分子育种及遗传机理研究提供一定的理论依据。