水稻耐寒性QTL及显性雄性核不育基因SMS的定位
【摘要】水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全球有一半以上的人口以水稻为主食,提高稻谷产量一直是水稻育种的主要目标。提高稻谷产量应从两方面入手,一是提高水稻的增产潜力(如利用杂种优势),二是增强水稻对不良环境的抵御能力。为此,必须加强有关性状的遗传基础研究。基于这个目的,本论文开展了两个部分的研究。第一部分：水稻苗期耐寒性的数量性状基因座(QTL)定位低温每年导致大约10%的水稻产量损失。因此,提高水稻耐寒性十分重要。水稻苗期耐寒性受多基因控制。利用分子标记已经定位了许多水稻苗期耐寒性QTL。但是,传统的QTL定位方法费工费时,且灵敏度不高,单个实验检测到的QTL较少。最近研究表明,将第二代测序技术(NGS)与混合分离分析法(BSA)相结合(简称为NGS-BSA)能够有效定位QTL,且成本低,省时省力,是一种很有发展前景的QTL定位新技术。因此,本论文应用NGS-BSA方法,对水稻苗期耐寒性进行QTL定位研究。主要研究方法及结果如下：1、研究方法用低温(14—7℃)处理粳稻品种日本晴和籼稻品系LPBG杂交的F3幼苗(10800株),从中挑出430株极端感寒和385株极端耐寒的幼苗,分别构建感寒DNA池和耐寒DNA池。用Illumina对两个DNA池进行高通量测序。用改良的Motttrimmingalgorithm算法对测序读段进行修剪。以已知的日本晴基因组序列为参考,用软件Bowtie0.12.7对读段进行定位。选取单一匹配的读段,用软件SAMTools在混合池中寻找SNP位点,进而采用G’检验和Jensen-Shannon(JS)divergence检验两种统计分析方法定位水稻耐寒性QTL。用两池间的日本晴等位基因频率差(NAFD)确定QTL耐寒等位基因的来源。另外,用软件LIMMA分析前人发表的水稻苗期冷胁迫基因芯片数据,结合本实验深度测序分析结果,预测定位区间内的耐寒性候选基因。2、高通量测序分析结果测序共获得大约800M读段(长度为101bp),其中感寒池和耐寒池读段数分别约为360M和440M。经读段修剪和过滤后,两池中均有约70%的读段单一匹配到基因组,覆盖基因组约92%,覆盖深度分别为70.53×和89.26×,混合池深度为158.26×。共筛选出456,777个SNP用于下一步QTL分析。3、QTL定位结果两种统计分析方法获得了同样的定位结果,共定位了6个水稻苗期耐寒性QTL:qCTSS-1、qCTSS-2a、qCTSS-2b、qCTSS-5、qCTSS-8和qCTSS-10,分别位于第1、2、5、8和10号染色体上。其中qCTSS-1、qCTSS-2b和qCTSS-8已见报道,qCTSS-2a和qCTSS-5曾在水稻孕穗期耐寒性QTL研究中被检测到,而qCTSS-10则为新发现的水稻耐寒性QTL。qCTSS-1、qCTSS-2a、qCTSS-2b和qCTSS-10的耐寒等位基因来自日本晴,而qCTSS-5和qCTSS-8的耐寒等位基因来自LPBG。4、候选基因的预测将QTL区间内既存在亲本间氨基酸变异,又对冷胁迫有表达响应的基因作为耐寒性候选基因。6个QTL区间内包含的候选基因数,最少的20个(qCTSS-2a),最多的53个(qCTSS-10)。第二部分：水稻显性核不育基因SMS的定位雄性不育是杂种优势利用的基础,只有深入了解雄性不育的分子机理,才能更好地进行杂交水稻育种。目前克隆的植物核不育相关基因基本上都是隐性的,显性核不育基因鲜有报道。“三明显性核不育水稻”突变体是由福建省三明市农业科学研究所于2001年在杂交组合”SE21S/Basmati370″的F2代群体中发现的,其不育性受1个显性基因控制(将该基因命名为SMS)。本研究对该基因进行了较精细的定位和候选基因的分析。主要研究方法及结果如下：1、研究方法以导入了SMS的籼稻品种佳辐占的近等基因系(称为佳不育)为母本,与粳稻品种日本晴杂交,并将F1与佳辐占测交,构建了一个含600个植株的作图群体。利用SSR和INDEL标记,通过混合分离分析和连锁分析,对SMS进行了定位。根据定位区间内的基因注释预测候选基因,并用荧光定量PCR分析候选基因在佳不育和佳辐占花序中的差异表达情况。2、基因定位结果将SMS定位于第8号染色体上两个INDEL标记ZM30和ZM9之间,约99kb的区间内,通过生物信息学分析将该区间内的13个基因作为候选基因。3、候选基因的表达分析候选基因表达结果显示,基因LOC_Os08g03820和LOC_Os08g03790分别在两个生物学重复中和一个生物学重复中表达有明显差异。其它候选基因没有表达差异。
【作者】杨泽茂；
【导师】吴为人；
【作者基本信息】浙江大学，作物学，2013，博士
【关键词】水稻；基因定位；QTL；NGS；BSA；耐寒性；雄性不育；
【参考文献】
[1]梁超.基于扩展的Yang-Mills模型的CP动力学破缺研究[D].大连海事大学,等离子体物理,2013,硕士.
[2]郭莉莉.面向ERP系统的数据挖掘技术研究和应用[D].国防科学技术大学,2004.
[3]记者李小兵.都是石墨烯惹的事[N].上海证券报,2013-03-20A01.
[4]赵新新.红色经典歌曲中虚语素“了”“着”语音现象研究[D].山东大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[5]王希辉,马广成.中国散杂居民族研究反思[J].北方民族大学学报(哲学社会科学版),2015,01:46-52.
[6]邹文,吴福保,刘志宏.实时电价下插电式混合动力汽车智能集中充电策略[J].电力系统自动化,2011,14:62-67.
[7]顾欣.中美领导人政治演讲辞的隐喻对比研究[D].苏州大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[8]张攀.武警基层警官工作生活质量、工作家庭冲突与离职倾向的关系研究[D].湖南师范大学,应用心理学,2014,硕士.
[9]罗相培.超竞争环境下企业战略转型能力研究[D].重庆工商大学,企业管理,2014,硕士.
[10]张征宇,林澜,赵兴玉.从软件工程的角度解决石油行业Y2K问题[J].石油地球物理勘探,1999,05:601-606.
[11]张蕊.我国卫生政策的伦理分析[D].复旦大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[12]朱英琛.农村拆迁工作的法治化研究[D].宁波大学,公共管理,2013,硕士.
[13]李家灿.论边沁功利主义的内在理路[D].中国政法大学,政治学理论,2013,硕士.
[14]刘小明,胡红.应急交通疏散研究现状与展望[J].交通运输工程学报,2008,03:108-115+121.
[15]魏微,周灏,文旭,张其翼,王健礼,朱权.航空燃料结焦深度的光度法评价[J].化学研究与应用,2014,08:1303-1308.
[16]姜为娟.外资在华并购的产业安全规制研究[D].山东财经大学,企业管理,2013,硕士.
[17]王嘉渊.城市开发与街区公共性的衰落[D].吉林大学,社会学,2013,硕士.
[18]刘一阔.基于RFID技术的铁路信号设备巡检系统的设计[D].内蒙古大学,控制工程,2014,硕士.
[19]吴礼凤.同种异体骨髓间充质干细胞骨髓腔注射对模拟失重大鼠骨质疏松防治作用的实验研究[D].南方医科大学,内分泌与代谢病学,2012,硕士.
[20]庞博.Culture in Matthew Arnold’s Poems[D].西安外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[21]陈红.堤防工程安全评价方法研究[D].河海大学,水工结构工程,2004,硕士.
[22]吴剑国,何健,张建胜,潘金炎.光伏组件及其支撑框架风振响应分析[J].浙江建筑,2013,01:16-19+27.
[23]徐湛楠.行星齿轮减速器试验台的设计与研究[D].合肥工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[24]宋福志.无人机与飞航导弹呈现融合发展趋势[J].飞航导弹.2007(01)
[25]刘芳瑜.增强基层行政领导干部法律文化素质的对策研究[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[26]蓝善民.高铁站应急疏散研究[D].西南交通大学,交通运输工程,2014,硕士.
[27]李洁.新乡市青少年男子篮球运动员后备人才培养及影响因素的研究[D].西安体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[28]李怡佩.马克思政治哲学视域下服务型政府的构建[D].河南科技大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[29]王其平.PbtO2联合ICP监测技术在急性重型颅脑损伤中的应用研究[D].苏州大学,外科学（专业学位）,2013,博士.
[30]牛宏飞.盂县武术社火调查研究[D].曲阜师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[31]余世孝.非度量多维测度及其在群落分类中的应用[J].植物生态学报,1995,02:128-136.
[32]司志会.高畑勋动画创作研究[D].南京师范大学,电影学,2012,硕士.
[33]汪敏.稻瘟病菌激发子诱导烟草过敏性细胞死亡的功能域研究及互作蛋白筛选[D].南京农业大学,植物病理学,2011,硕士.
[34]张福庆.整体叶盘磨抛机床虚拟样机研究[D].吉林大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[35]阮志博.面向容量扩展的无线传感网多信道调度研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[36]汪诚诚.电织针超薄直线电机阵列单元的结构优化设计[D].武汉纺织大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[37]陈军.基于ARM-Linux的嵌入式产品平台构建[D].浙江大学,2004.
[38]刘佳.基于二维离散哈达玛变换的LED分块动态背光控制方法[D].南京大学,电路与系统,2013,硕士.
[39]费江华,何永辉,孙晨,黄胜标.一种基于特征选择的组合分类器在带钢表面缺陷分类中的应用[J].冶金自动化,2010,02:19-23.
[40]李智.β-肾上腺素受体各亚型在正常、UPJO病例中UPJ平滑肌的含量分析[D].中国医科大学,外科学,2004,硕士.
[41]彭高中.独立学院共青团工作现状与对策研究[D].西南大学,思想政治教育,2012,硕士.
[42]付永杰.BD光学头几何光学研究与设计[D].大连理工大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[43]王健.粘土旧砂完全再生关键设备技术方案的研究[D].山东建筑大学,材料加工工程,2013,硕士.
[44]雷杰.五点支撑式功能锻炼配合中药治疗新鲜腰椎压缩性骨折的临床研究[D].湖北中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[45]秦颖.人IL-15在K562细胞中的表达研究[D].吉林大学,生物医学工程,2014,硕士.
[46]王子凌.县域土地综合整治潜力与整治分区研究[D].中国地质大学（北京）,资源管理工程,2014,硕士.
[47]潘俏俏.基于Mindlin板理论的AT切割石英晶体板的设计模拟及实验[D].宁波大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[48]蔡晓嘉.低千伏管电压低浓度造影剂肺动脉造影联合迭代重建对肺拴塞检测能力的探讨[D].河北医科大学,影像医学与核医学（专业学位）,2014,硕士.
[49]任昆.草鱼亲子亲子关系的微卫星鉴定[D].上海海洋大学,水产养殖,2013,硕士.
[50]凌国石,潘若东,杨龙才,王炳龙,吴海平.复合式围护结构的土工离心试验[J].城市轨道交通研究.2001(02)
