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1、粳稻抗逆性关联分析及云南农家保护水稻地方品种遗传多样性的历时变化非生物胁迫 (如: 低温、盐碱、干旱等)严重威胁着水稻的生长和生产 , 轻那么减 产,重那么颗粒无收。因此 , 开展水稻抗逆性研究 ,明确其抗逆性的遗传根底和分子 机制对提高水稻品种的抗逆性和保障粮食平安至关重要。抗逆性是复杂的数量性状 ,受多个基因位点控制。 关联分析,作为一种研究复 杂数量性状遗传根底的有利手段 , 已广泛应用于复杂性状的研究中。水稻地方品种是丰富水稻基因库重要的种质资源。 许多地方品种为我国水稻 育种做出了突出的奉献。然而,随着现代农业的开展 , 大量的水稻地方品种被选育品种所取代 , 导致水 稻基因库发生基
2、因流失。近 30 多年来, 尽管由于新品种的推广 ,云南省一些地方 稻种资源已经在生产中被淘汰 , 但当前仍然有不少地方稻种因适应性广、耐冷性 强、抗病虫、品质优以及与少数民族的生活习俗息息相关等原因而被保存了下来。因此, 有效保护和利用云南水稻地方品种至关重要。本研究以来自世界各地 的粳稻选育品种和云南农家保护下水稻地方品种为试验材料 , 对不同地理来源粳 稻选育品种的抗逆性状进行SSR 标记关联分析，并进行云南农家保护下水稻地方 品种遗传多样性的历时变化研究 ,主要结果如下 :1、粳稻抗逆性关联分析 (1) 选取 来源于中国 11个省份和其他 9 个国家的 347份粳稻选育品种作为试验材料
3、 , 利用 覆盖水稻全基因组的148个SSR标记检测群体的遗传多样性,共检测到805个等 位变异 , 平均等位变异数为 5.44 个。基因多样性指数平均值为 0.3413, 变幅为 0.00580.8752; 多态信息含量 (PIC) 的平均值为 0.3137, 变幅为 0.00580.8643 。(2) 群体结构分析将水稻品种 划分为3个亚群，分别为P1、P2和P3。分群结果与品种的主要地理分布较为一致。 亲缘关系研究说明 ,57.3%的成对 水稻选育品种间亲缘关系为 0, 并且 41.1%的成对品种间亲缘关系小于 0.3, 揭示 了品种间无或仅有微弱的亲缘关系。(3) LD 结果说明, 在
4、整个群体中 ,64. 1 %的位点间存在显著的连锁不平衡 (P<0.05); 当分别考虑每个亚群时 , 存在显著连锁不平衡的位点数目急剧下降 变幅是21.232.4%。在整个群体中,所有SSF成对位点间的r2值变幅为00.7270在每个亚群中,平均r2值的变幅是0.0400(P2)0.1633(P3)。总体上丄D随 着遗传距离的增加而衰减 ,说明连锁是引起连锁不平衡的主要因素。(4) 在粳稻选育品种的孕穗期耐冷性关联分析中,基于Q+K模型共检测到了 24个位点与孕穗期耐冷性显著相关 , 其中有 5个位点与结实率显著相关 ,19 个位 点与结实率冷水反响指数显著相关。在所有关联位点中 ,有
5、 6个位点在前人定位 到的与水稻耐冷性相关的 QTL区间内或附近。RM282 RM252 RM6824和RM335是多个地点或年份均能重复检测到的位点 , 比较稳定,受环境背景影响较小。 (5) 在粳稻选育品种的耐盐碱性关联分析中 ,基 于Q+K模型共定位到了 40个与水稻耐盐碱性相关的位点，其中有25个位点与耐 盐性显著相关 ,15 个位点与耐碱性显著相关。在所有关联位点中,有17个位点位于前人定位的耐盐碱性 QTL勺区间内或附 近。此外,RM567 RM47刑RM505在盐胁迫和碱胁迫下均能检测到，说明耐盐性 和耐碱性可能存在共同的遗传根底。在粳稻选育品种产量相关性状的关联分析中,基于Q+
6、K模型共定位到59 个关联位点,包括与抽穗天数关联的位点 11个 与株高关联的位点 12个 与有 效穗数关联的位点 4 个、与穗粒数关联的位点 11个、与结实率关联的位点 9 个 和与千粒重关联的位点 12个。在所有的关联位点中 ,有 23个位点位于前人报道 的QTL区间内。此外,有 11个位点与两个以上性状同时关联 ,这可能是与性状间相关或一因 多效有关。 2、云南农家保护水稻地方品种遗传多样性的历时变化 (1) 选取云南农 家保护下水稻地方品种共 600份,其中收集于 1980年有332份,收集于 2007年有 268 份。通过对 Cat A、GBSSII、Os1977 STS22 STS
7、90 S5、Pid3、Ehd1、GS3和GS5共10个核基因片段的序列分析来研究水稻地方品种的遗传多样性的历时变 化。遗传多样性研究说明 , 收集于两个不同时期水稻地方品种群体的核苷酸多样 性(n )和(9 w)并无显著差异(P>0.05),其中1980年群体的n和B w值分别为 0.0061和0.0032,2007年群体的n和9 w值分别为0.0058和0.0033。研究说明 , 在农家保护下 , 云南当地的农民很好的保护了云南水稻地方品种 , 维持了其原有的遗传多样性水平。 (2) 单倍型分析说明 ,2007 年收集的水稻地方 品种群体保存了原有群体 90.7%的单倍型。其中,7 种
8、单倍型已经丧失 , 平均单倍型频率为 1.38%,变幅为 0.9%3.59%,同 时有 5 种新产生的单倍型 , 平均单倍型频率为 1.90%,变幅为 1.16%4.25%。结果 说明,经过近 30年来的驯化,农家保护下,除局部丧失和新产生的单倍型外 ,2007 年收集的云南水稻地方品种群体较好地维持了 1980年群体的单倍型类型。(3)单倍型丰富度研究说明，稻作生态区I在1980年群体中特有的单倍型的 丰富度最多 ,占总单倍型丰富度的 33.1%,在2007年群体中特有的单倍型的丰富度最少,占总单倍型丰富度的16.5%;而稻作生态区川在1980年群体中特有的单 倍型的丰富度最少 ,占总单倍型
9、丰富度的 18.3%。结果说明,经过近 30年来的驯化过程,具有最丰富遗传变异的稻作生态区川内的水稻地方品种群体，能够更好的维持其遗传多样性水平。(4) 基于模型的群体结构分析说明 , 收集于不同时期的云南水稻地方品种很 明显的分化成两个亚群 , 即籼稻群与粳稻群。而且 , 在每个稻作生态区中 , 均有籼 稻与粳稻分布 , 这可能与云南省内具有独特的立体气候密切相关。(5) AM0VA分析说明,两个不同时期的水稻地方品种群体间(不考虑时期内的 遗传结构 ), 在一半的基因位点上 , 均表现出了显著的遗传差异 (P<0.05) 。研究 说明农家保护能够为水稻地方品种提供继续变异与分化的时机。因此 , 农家保护作为一种动态保护方式 , 应该被鼓励和加强 , 尤其是在水稻的 遗传多样性中心。 (6)FST 的结果说明 , 同一稻作生态区两个不同时期间的遗传分 化(-0.01390.0537) 低于时期内稻作生态区间的遗传分化 (在1980年群体 中:-0.00210.0644; 在 2007年群体中 :-0.01380.1728) 。在 2007 年的水稻地方品种群体中 , 稻作生态区间的遗传分化 (0.0664) 要高 于 1980年群体中稻作生态区间的遗传分化 (0.0310) 。这说明经过近 30 年来的驯 化过程,不同稻作生态区间的遗传分化变大