水稻紫叶性状遗传和基因定位…

水稻紫叶性状是一种在水稻整个生育期都能识别的明显标记，是一类特殊的稻种资源，由于受环境影响小，性状表现稳定，因而在水稻分类、遗传研究和育种实践上具有重要价值。利用易于识别的紫叶标记不育系是解决杂交水稻繁制种纯度降低和快速简便鉴定杂种F₁种子纯度的最有效途径。本研究利用来自国际水稻研究所的紫叶稻特异种质资源进行遗传分析和基因定位，弄清其遗传规律，探索紫叶基因及紫叶抑制基因的数量及其在染色体上的位置和相互关系，探讨紫叶性状导入不育系后对不育系生育后期叶片光合和衰老生理以及杂种F₁植株生长发育、籽粒灌浆和产量的影响，明确该紫叶稻在杂交水稻育种中利用的可能性，从而为紫叶标记性状的育种应用提供理论依据和实践基础。主要研究结果如下： 1．以紫叶稻IR1552与22个不同遗传背景和恢保关系的绿叶稻品种杂交，通过对杂种F₁、F₂、BCF₁、BCF₂和F₃群体植株叶色的分离进行调查和遗传分析，结果表明，紫叶稻IR1552的紫叶性状由核内—对隐性紫叶基因(pl-pl)和一对显性紫叶抑制基因(Ipl-Ipl)控制，同时也受紫叶调节基因(C〓-C〓)的作用，而紫叶调节基因数目的多少与双亲之间存在差异的基因数目有关，即与亲本的遗传背景有关。并推断，紫叶稻IR1552 的紫叶色素遗传模式为：plplIplIplC〓C〓。
2．以先红A与广恢128 BCF₂为定位群体，利用SSR分子标记对紫叶基因及紫叶抑制基因进行定位的结果表明，紫叶基因位于第6染色体短臂端距SSR标记RM587和RM584分别为3.1cM和2.2cM的区域内，暂命名为pl₁。紫叶抑制基因位于第1染色体长臂端距离SSR标记RM9和RM488分别1.2cM和0.8cM的区域内，暂命名为Ipl₁。
3．通过对紫叶标记不育系及其杂种F₁生育后期叶片光合及衰老生理指标进行研究，发现水稻紫叶标记不育系先红A、知红A和桂紫-1S生育后期剑叶中叶绿素含量、光合速率、可溶性蛋白含量和SOD活性均高于对照不育系博A和GD-1S，而MDA含量和POD活性却低于对照；紫叶不育系所配杂种F₁生育后期剑叶中叶绿素含量、光合速率、可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性和POD活性则与对照品种博优253相当，无明显差异。表明水稻紫叶标记不育系先红A、知红A、桂紫-1S及其杂种F₁叶片功能正常，具有良好的光合性能，后期不早衰。紫叶性状对水稻紫叶标记不育系及杂种F₁的农艺性状和产量无不良影响，是一理想的紫叶标记供体，在育种实践上具有重要的应用价值。
4．用不同类型的籼型三系不育保持系、两系不育系与紫叶稻IR1552 杂交，导入这一优异紫叶标记性状，育成带紫叶标记的籼型三系不育系和两系不育系。实践证明，该紫叶性状不仅能导入籼型的三系不育系、两系不育系中，还能有效地选育出符合育种目标的紫叶标记三系不育系和两系不育系，转育效果良好。现已育成5个带紫叶标记的籼型三系不育系和两系不育系，其中籼型紫叶标记三系不育系先红A和知红A均已于2007年8月通过了广西农作物品种审定委员会组织的专家鉴定，可以在生产上应用。
5．籼型紫叶标记三系不育系先红A和知红A是广西最早育成的紫叶标记的野败型水稻三系不育系，紫叶标记特征明显，繁茂性好，柱头外露率高，易于恢复，一般配合力强，所配组合株叶形态好，优势强，应用前景广阔。
6．用育成的水稻紫叶三系不育系先红A、紫叶两系不育系桂紫-1S 分别与不同类型恢复系测交配组的结果表明，所有组合杂种F₁育性均能恢复，但不同组合之间主要农艺性状和产量差异较大，部分组合主要农艺和产量性状优于对照特优63，最大增产幅度达8.61％，表现出明显的杂种优势。这表明通过渗入广亲和基因和粳稻血缘，聚合抗病性和广适性性状，扩大亲本遗传距离，强化恢复系改良，经广泛测交筛选，是可以选育出强优势杂交稻组合供生产应用的。
关键词：紫叶水稻 叶色标记 紫叶基因 基因定位 育种利用

第六章全文总结

6．1本研究主要结论

本研究利用来自国际水稻研究所的紫叶稻特异种质进行遗传分析和基因定位，并探讨将该紫叶性状导入籼型的两系不育系，三系不育系的可能性，以及导入后，该紫叶性状对不育系本身及配组杂种F1的光合和衰老的影响，从而为紫叶性状的最终利用奠定理论基础和实践依据。主要结论如下：

(1)以紫叶稻IRl552与22个不同遗传背景和恢保关系的绿叶稻品种杂交，通过对杂种Fl、F2、BCFl、BCF。和F。群体植株叶色的分离进行调查和遗传分析，结果表明，紫叶稻瓜1552的紫叶性状由核内一对隐性紫叶基因和一对显性紫叶抑制基因控制，同时也受紫叶调节基因(G—G)的作用，而紫叶调节基因数目的多少与双亲之间存在差异的基因数目有关，即与亲本的遗传背景有关。并推断，紫叶稻瓜1552的紫叶色素遗传模式为：plplIplIplCiCi。

(2)以先红A与广恢128 BCF2为定位群体，利用SSR分子标记对紫叶基因及紫叶抑制基因进行定位的结果表明，紫叶基因位于第6染色体短臂端距SSR标记刚587和RM584分别为3．1 cM和2．2 cM的区域内，暂命名为pZl。紫叶抑制基因位于第1染色体长臂端距离SSR标记RM9和RM488分别为1．2 cM和0．8 cM的区域内，暂命名为聊l。

(3)通过对紫叶标记不育系及其杂种Fl生育后期叶片光合及衰老的生理指标进行的研究，结果表明水稻紫叶标记不育系先红A、知红A和桂紫．1S生育后期剑叶中叶绿素含量、光合速率、可溶性蛋白含量和SOD活性均高于对照不育系博A和GD．1S，而MDA含量和POD活性却低于对照；紫叶不育系所配杂种Fl生育后期剑叶中叶绿素含量、光合速率、可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性和POD活性则与对照品种博优253相当，无明显差异。表明水稻紫叶标记不育系先红A、知红A、桂紫．1S及其杂种Fl叶片功能正常，具有良好的光合性能，后期不早衰，紫叶性状以紫叶稻瓜1552转育成的水稻紫叶标记不育系及杂种Fl的农艺性状和产量无不良影响，是一理想的紫叶标记供体，在育种实践上具有重要的应用价值。

(4)用不同类型的籼型三系不育保持系、两系不育系与紫叶稻瓜1552杂交，导入这一优异紫叶标记性状，育成带紫叶标记的籼型三系不育系和两系不育系。实践证明，该紫叶性状不仅能导入籼型的三系不育系、两系不育系中，还能有效地选育出符合育种目标的紫叶标记的三系不育系和两系不育系，转育效果良好。

(5)籼型紫叶标记三系不育系先红A和知红A是广西最早育成的紫叶标记的野败型水稻三系不育系，紫叶标记特征明显，繁茂性好，柱头外露率高，易于恢复，一般配合力强，所配组合株叶形态好，优势强，应用前景广阔。

(6)用育成的水稻紫叶三系不育系先红A、紫叶两系不育系桂紫．1S分别与不同类型恢复系测交配组，所有组合杂种Fl育性均能恢复，但不同组合之间主要农艺性状和产量差异较大，部分组合主要农艺和产量性状优于对照特优63，最大增产幅度达8．61％，表现出明显的杂种优势。

6．2本研究特色及创新之处

6．2．1对水稻紫叶性状的遗传进行了深入的研究。本研究明确了紫叶稻IRl552的紫叶性状由核内一对隐性紫叶基因(p印，)和一对显性紫叶抑制基因(勿坳，)控制的假设，并首次提出了紫叶稻IRl552的紫叶色素遗传模式。

6．2．2首次应用分子标记技术对水稻紫叶基因进行定位。在水稻中，紫叶基因由于其表达及调控的复杂性，到目前为止尚无紫叶基因定位方面的报道。本研究采用SSR分子标记对紫叶基因及紫叶抑制基因进行定位，并首次将该紫叶稻的紫叶基因定位于第6染色体短臂端，暂命名为凼，紫叶抑制基因定位于第l染色体长臂端，暂命名为硒116

6．2．3对水稻紫叶标记水稻不育系及其所配杂交稻组合的光合和衰老生理进行了较为全面的比较研究。本研究证实了紫叶性状导入水稻不育系后对紫叶标记不育系本身及配组杂种Fl的生长发育和产量无不良影响，因而表明紫叶稻瓜1552是一理想的叶色标记供体，在育种实践上具有重要的应用价值。这说明将紫叶标记导入不育系从而有效地解决杂交水稻繁制种纯度降低和快速简便鉴定杂种F1种子纯度的方法完全可行。

6．2。4对水稻DNA大量提取法进行了优化。该研究所选用的实验材料一紫叶水稻中含有大量的花青素，花青素是一类水溶性的类黄酮物质，因而采用DNA大量快速提取方法所得的DNA沉淀中含有花青素，而花青素严重抑制DNA扩增，使得PCR扩增无产物。本研究在不增加工作量的基础上对DNA提取方法进行优化，在提取中加入蛋白酶K，结果表明蛋白酶K能有效地去除DNA沉淀中的花青素而不影响DNA浓度。

6．2．5对MDA含量的测定方法进行了改进。双组分分光光度法由于简便易行且测定结果较准确而成为ⅧA含量测定的经典方法，但本研究应用此法测定紫叶水稻叶中MDA含量时，由于受花青素干扰，结果出现几十倍的偏差。花青素的吸收峰位于530姗，与MDA吸收峰532 m很接近，其对紫叶水稻叶中MDA含量测定的影响极大。为此，本研究在经典的双组分分光光度法基础上，对如何排除紫叶稻紫叶水稻叶中花青素干扰而又不影响MDA含量测定的方法进行了改进(详细步骤见第四章第二节)。结果表明该改进的方法基本上可以排除花青素的干扰，且不影响MDA含量。同时，改进后的方法也适用于绿叶水稻品种叶片及含有花青素的其他植物组织MDA含量的测定。

6．3后续的研究工作

6．3．1对紫叶基因、紫叶抑制基因及调节基因进行精细定位、克隆和测序，并对水稻紫叶基因与其他植物中已鉴定克隆的花青素结构及调节基因进行同源性比较研究。

6．3．2收集国内外已存在的不同类型紫叶水稻材料，对紫叶基因、紫叶抑制基因及调节基因进行等位性测定。

6．3．3加大对已育成的紫叶标记不育系测配工作力度，尽快选育出强优势组合应用于生产实践。