全基因组分子标记背景选择创建抗褐飞虱水稻新材料

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:liliac
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
世界上有一半以上人口以大米为主食,水稻育种对于保障粮食安全具有重要意义。水稻生长过程中会遭遇多种病虫的危害,褐飞虱(brownplanthopper,BPH,Nilaparvatalugens Stal)是其中最严重的虫害之一,可造成水稻严重减产甚至绝收。利用褐飞虱抗性基因资源对现有优良水稻品种进行遗传改良是防治褐飞虱危害最经济有效的方法。分子育种技术的进展,为提高育种效率,加速新品种的培育提供了新的途径。本研究通过连续回交,结合目标基因正、负向分子标记选择和背景选择(whole genome marker assisted background selection),将褐飞虱抗性基因快速准确地导入到优良水稻中,创建了一批抗褐飞虱水稻新材料。主要结果如下:1、利用回交和分子标记辅助选择(MAS)技术,成功地将来源于“B5”的两个褐飞虱抗性基因BPH14和BPH15同时导入到优良恢复系“华恢938”中,创建了“HB13002-5-30-10”、“HB13002-5-31-24”和“HB13002-50-9-7”等 3 个携带纯合BPH14和BPH15基因,遗传背景回复率为86.62%-87.88%的新株系。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明,3个新株系的褐飞虱综合抗级为1-3级,表现抗或高抗褐飞虱。以这3个新株系为父本与4个不育系进行配组,当所用不育系也携带纯合BPH14和BPH15基因时,所配杂交组合苗期也表现抗褐飞虱;当不育系不携带BPH14和BPH15基因时,所配杂交组合的苗期褐飞虱抗性未得到提高。三次重复田间试验表明,3个新株系的主要农艺性状、产量和稻米品质与受体亲本“华恢938”相似;所配杂交组合中,以“荃9311A”为母本与新株系所配组合的主要农艺性状、产量和稻米品质表现优良,与生产对照组合“丰两优4号”相当,可以进一步进行多点试验、有望培育出新的杂交稻品种。2、通过回交,目标基因的正、负向分子标记选择,覆盖12条染色体的SSR标记及中、高密度SNP芯片的全基因组分子标记背景选择技术,将供体亲本“HB13001-14-5”的BPH14和BPH15基因成功地导入到“五山丝苗”遗传背景中,选育出5个BPH14和BPH15双基因纯合新株系,分别命名为“HB17004-7-47”、“HB17004-7-50”、“HB17004-7-54”、“HB17004-7-72”和“HB17004-7-88”。芯片及测序分析结果表明,这些新株系中所导入的BPH14和BPH15基因片段长度均分别为434.7 kb和417.6 kb;除两个抗性基因所在染色体片段外,新株系的其余遗传背景与受体亲本“五山丝苗”相同,遗传背景回复率均为99.78%。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明,5个新株系的褐飞虱抗性均为1级,表现高抗褐飞虱;成株期褐飞虱抗性鉴定表明,5个新株系的褐飞虱抗性均为3级,表现抗褐飞虱;相同条件下,“五山丝苗”均表现感褐飞虱。分蘖期蜜露分泌量及虫增重实验表明,褐飞虱在新株系上取食后的蜜露分泌量及虫增重较对照均显著降低。海南和武汉两季的田间比较试验结果表明,5个改良株系的产量、生育期、主要农艺性状及稻米品质均与“五山丝苗”基本一致。此外,利用改良株系与不同不育系配组产生的杂交稻组合在生育期、产量及主要农艺性状方面,也和受体亲本与对应不育系配组产生的杂交稻组合基本一致,且新组合的部分稻米品质指标较原始组合显著提升。上述研究结果表明,通过全基因组分子标记背景选择技术,已经将BPH14和BPH15基因精准地导入“五山丝苗”遗传背景中,并在保持其原有性状基本不变的情况下,定向地改良了其褐飞虱抗性。目前,改良株系“HB17004-7-88”已提供给国内商业化种子公司作为“五山丝苗”的替代系用于生产。这也是目前世界上通过回交和全基因组分子标记背景选择导入双基因片段最短、背景回复率最高的育种案例之一。3、以“HB13001-14-5”为供体,创建了若干个“五山丝苗”遗传背景的单片段代换系,这些代换系均只携带1个包含BPH14或BPH15基因的染色体片段,片段长度从428.5 kb-13.3 Mb不等;这些代换系中除导入片段外,其余遗传背景与“五山丝苗”相同。通过对代换系的导入片段长度、主要农艺性状及稻米品质表现进行差异分析,发现BPH14基因上下游连锁区段中存在影响生育期和株高的QTLs。4、同样利用回交,目标基因正、负向分子标记选择及全基因组分子标记背景选择的方法,将BPH14和BPH15基因导入到大面积推广种植的优质品种“黄华占”遗传背景中,选育出了 5个新株系,分别命名为“HB17010-180-171-1”、“HB17010-180-171-39”、“HB17010-180-171-63”、“HB17010-180-171-75”和“HB17010-180-171-86”。芯片分析结果显示,这些新株系的BPH14和BPH15基因所在染色体座位的导入片段长度分别为362.7 kb和1049.4 kb,遗传背景回复率均为99.64%。苗期褐飞虱抗性鉴定结果表明:“黄华占”的褐飞虱抗性为9级,表现高感褐飞虱;而5个改良株系的褐飞虱抗性均为1级,表现高抗褐飞虱。成株期褐飞虱抗性鉴定结果表明:“黄华占”的成株期褐飞虱抗性为7级,表现感褐飞虱;而相同条件下,5个改良株系的褐飞虱抗性也均为1级,表现高抗褐飞虱。分蘖期蜜露分泌量及虫增重实验表明:褐飞虱在新株系上取食后,其蜜露分泌量及虫增重显著降低。海南和武汉两地的大田试验表明:5个改良株系在海南株高显著低于受体亲本“黄华占”,而改良株系的产量、生育期及其他主要农艺性状“黄华占”无显著差异;5个改良株系在武汉的产量、生育期及主要农艺性状与“黄华占”均无显著差异。米质分析结果表明:改良株系在海南的稻米加工品质和外观品质均较“黄华占”显著提高;改良株系在武汉的稻米品质表现与“黄华占”基本一致。上述研究结果同样表明,通过全基因组背景分子标记选择技术,已经将BPH14和BPH15基因精准地导入“黄华占”到遗传背景中,显著提高了其褐飞虱抗性,且不会对其生育期、主要农艺性状及产量产生不利影响。
其他文献
为应对能源危机和环境恶化,提高可再生能源(Renewable Energy Resources,RER)在电能转化中的占比成为最重要的途径。然而,RER普遍存在地理分布、输出随机且波动性强等特点,使
世界上多民族国家众多,解决民族问题的路径不尽相同,我国实行的是民族区域自治。我国历史上已经形成了统一的多民族国家,各民族在漫长的岁月里共同生存繁衍,在不断的交往交流
中国是一个肝病高发的国家,原发性肝癌的发病率高达25.7/100000,而且呈逐年增加趋势。每年约有28万人死于肝癌,占世界死亡人数的53%。迄今为止,肝病的诊断和治疗,尤其是肝癌
综合能源系统作为能源互联网的物理载体,可以通过实现能源的梯级利用和多能互补协同运行,有效地提高一次能源利用率、增加可再生能源消纳,减少温室气体和大气污染物排放,从而
燃料电池成本高和寿命不足是车用燃料电池产业化亟待解决的两大难题。为了提升燃料电池性能和缓解其寿命衰减,必须深入研究燃料电池的动态行为和失效机理,并提出实际可用的应
绿茶多酚提取物是有美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准的植物性处方药,其含量最高且主要的活性物质为表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechi
光固化技术因环境污染低及固化速度快等优点,已广泛应用于辐射固化、微电子和增材制造等技术领域。在光固化体系的组成中,光引发剂(PIS)决定着光固化机理、辐射光源、光固化
深度学习已成为当前人工智能领域的研究热点。受限Boltzmann机(Restricted Boltzmann Machine,RBM)是深度学习模型之一,它将数据图像拉成一维向量来处理,能够学习到输入数据
目的:冠状动脉扩张(coronary artery ectasia,CAE)指的是冠状动脉直径超过正常冠状动脉1.5倍的疾病。该疾病由于发病率低已被列入中国第一批罕见病名录。由于疾病机理不明,CA
随着新一代装备向高速、轻质、大型、重载和极端环境下运行的方向发展,装备的噪声与振动问题日益突出。强烈的噪声与振动危害人类健康,干扰人类正常生活和生态环境,降低装备