CN103468715B - 一种空间诱变产生的水稻粒长新基因qGS3a及其分子标记方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个同时增加水稻粒长和粒重的新基因qGS3a及其分子标记方法，属于水稻高产优质育种和分子遗传学领域。本发明实质是根据连锁分离规律，利用“大粒突变体”和原始亲本农垦58的F2群体及其衍生的F3家系，通过单标记分析，定位第3染色体上的粒长新基因qGS3a，获得与之紧密连锁的基于PCR扩增的实用经济型标记XM3‑2。将本发明应用于稻米外观品质和产量的辅助选择育种和聚合育种，能够有效的弥补以往自然变异基因的不足，可以在苗期对低世代的育种群体进行基因型选择，获得外观品质和产量组分更好的育种材料，省去成株期籽粒鉴定的过程，提高育种效率，加快育种进程。

Description

一种空间诱变产生的水稻粒长新基因qGS3a及其分子标记 方法
技术领域
本发明涉及一个增加水稻粒长的新基因qGS3a及其分子标记方法，属于水稻高产优质育种和分子遗传学领域，适用于在水稻高产优质育种中引入新的粒长基因qGS3a，并利用分子标记进行外观品质和产量的辅助选择育种和聚合育种。
背景技术
粒型尤其粒长(GL)是重要的稻米外观品质组成因素，而粒重(TGW)则是重要的产量组分之一。已经知道，粒长和粒重受到超过100个基因/QTL位点的影响，其中已经有部分被精细定位和/或克隆，主要分布在第2染色体(gw2)、第3染色体(GS3和GL3.1)、第5染色体(qSW5/GW5)、第7染色体(GS7和qSS7)以及第8染色体(GW8)。但是这些位点上的有利等位基因均来源于自然突变，因而在分子分子育种中的利用有一定局限。
诱变技术能够有效拓宽遗传资源基础并产生新的遗传变异。与人工辐射相比，空间诱变虽然突变率较低，但获得有利变异的效率则相对较高。随着空间技术的飞速发展，特别是我国返回式搭载技术的进步，我国已经将多达21批的植物种子送入400km左右的近地轨道，获得了大量的变异。虽然产生这些变异的遗传基础还不完全明了，但是一些有利的变异已经在育种中证明了其利用价值。
农垦58是由日本育成并于二十世纪六十年代引入我国的粳稻品种，其累计推广面积曾经达到140多万亩，是我国粳稻育种的骨干亲本之一。1988年，育种家从我国8885号返回式卫星搭载的农垦58后代中选育出了“大粒突变体”品种，其籽粒细长且有香味，是提高我国粳稻育种稻米品质的优良供体。2002年，发明人所在课题组通过初步的遗传研究发现，其粒型性状在“大粒突变体”/农垦58的F2群体中呈现正态分布，很可能受到两个以上位点的控制。
本发明发现了一个位于第3染色体上的主效位点qGS3a，解释粒长和粒重的遗传变异分别达到15.9％和10.9％，并获得了紧密连锁的遗传标记XM3-2，有望用于新基因的标记辅助选择育种。利用水稻序列参考图谱与前人的研究进行比较作图发现，这个位点上尚未有控制粒型的基因被发现，因此qGS3a是一个控制长和粒重的新基因。
发明内容
(一)技术问题
本发明针对上述研究背景，利用“大粒突变体”和原始亲本农垦58的F2群体及其衍生的F3家系，通过单标记分析，定位第3染色体上的粒长粒重新基因qGS3a，获得与之紧密连锁的基于PCR扩增技术的实用经济型标记XM3-2，利用该标记可以对水稻谷粒长度进行有效的辅助选择，主要应用于稻米外观品质和产量的辅助选择育种和聚合育种。
(二)技术方案
水稻粒长新基因qGS3a，其特征在于：在水稻基因组第3染色体26,000,000-29,000,000bp的区间内存在一个与稻谷粒长粒重相关的一个新基因位点qGS3a，航天诱变品种“大粒突变体”在该位点上的等位基因能够显著增加粒长。
qGS3a的分子标记方法，其特征在于：用一对特异的PCR引物对XM3-2，其中正向引物序列为：ATGAGATGAGTTCAAGGCC，反向引物序列为：AACTCTGTACCTCCATCGCC，共同PCR扩增带有品种“大粒突变体”血缘的育种材料基因组DNA，如果引物对XM3-2的能够PCR扩增出与“大粒突变体”类似的190bp左右大小的片段，那么推测该育种材料很可能含有qGS3a的长粒等位基因。
水稻粒长新基因qGS3a及其分子标记方法可以应用于水稻育种。
(三)有益效果
通过本发明鉴定到第3染色体上的水稻粒长新基因qGS3a以及可对其进行基因型鉴别的共显性分子标记。
本发明与现有技术相比具有以下优点及效果：
1.由于qGS3a基因位点上的长粒等位基因是来自航天诱变产生的新基因，能够有效的弥补自然变异基因的不足。
2.通过新基因标记的筛选，能够用于稻谷粒长和粒重基因的聚合育种，获得外观品质和产量组分更好的育种材料。
3.本发明的分子标记由于可以在苗期对低世代的育种群体进行基因型选择，保留优良个体进一步杂交，可以省去成株期籽粒鉴定的过程，加快育种进程。
附图说明
图1“大粒突变体”/农垦58的F3后代株系的SSR标记XM3-2的PCR扩增产物在5％聚丙烯酰胺凝胶电泳的带型图谱及其对应的表型(1-28为随机选取的F3代株系；M为DNALadder；P1为长粒亲本；P2为正常亲本；a为190bp，b为210bp)。
图2“大粒突变体”/农垦58的F3后代株系的根据SSR标记XM3-2进行选择后的两种纯合基因型个体的平均谷粒长度。
具体实施方式
下面结合具体实施实例，进一步阐述本发明。其中所用方法如无特别说明均为常规方法。
(一)qGS3a基因的定位
1.供试材料
利用源自我国航天诱变的“大粒突变体”品系与来自原始亲本农垦58构建杂交组合，获得F1杂交后代自交获得F2后代360个单株及其衍生的F3家系。
2.DNA提取、PCR扩增及凝胶电泳
参考Temnykh等(2000年)的DNA提取方法，对各株系的代表单株分别混合提取基因组DNA。根据参考图谱，选取均匀分布于全基因组的600个SSR标记，合成引物。以各个株系的基因组DNA为模板进行，聚合酶链式(PCR)反应。PCR反应的产物通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，溴化乙啶染色后，在凝胶成像系统下成像。参考双亲的扩增条带，对后代株系的带型进行判别记录。
3.单标记分析
根据后代株系的扩增条带所表示的基因型，将其对应单株的粒型粒重调查的结果作为表型值，利用由中国农业科学院作物科学研究所王建康课题组所发展的QTL分析软件(ICIMappingV3.2，免费软件)进行数据分析，对粒长、粒宽、粒厚和粒重分别与标记基因型进行单向方差分析(One-wayANOVA)，LOD显著阈值设置为3.0，筛选效应较大的主效基因位点。
我们在位于第3染色体的26,000,000-29,000,000bp的区间检测到一个与稻谷粒长粒重相关的一个新基因位点qGS3a，并获得与之紧密连锁的分子标记XM3-2(表1)。该区间目前尚未有任何已知的水稻粒型粒重的基因位点或者QTL被报道。
表1.利用“大粒突变体”/农垦58的F2群体检测到的qGs3a的遗传参数
(二)F3株系后代分析
我们利用获得的分子标记XM3-2，在F3株系后代中进行XM3-2的基因型选择。分别选取XM3-2标记引物扩增带型与“大粒突变体”和农垦58相同的纯合类型(附图1)，并分别测量其谷粒长度。结果发现根据XM3-2标记选择的“大粒突变体”纯合基因型后代的粒长的确比XM3-2标记选择的农垦58纯合基因型后代要长(附图2)；说明利用qGS3a新基因的分子标记XM3-2进行水稻谷粒长度的标记辅助选择是有效的。
上述实施不以任何形式限定本发明。

Claims (1)

1.一种分子标记方法在水稻育种中的应用，其特征在于，用于水稻谷粒长度的标记辅助选择，所述方法包括，用一对特异的PCR引物对XM3-2，其中正向引物序列为ATGAGATGAGTTCAAGGCC，反向引物序列为AACTCTGTACCTCCATCGCC，共同PCR扩增品种“大粒突变体”后代的育种材料基因组DNA。
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