CN109735536A - 一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1及其分子标记方法 - Google Patents

Abstract

一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2‑1及其分子标记方法，属于水稻育种技术领域，本发明根据连锁分离规律，利用水稻品种9311/水稻大粒突变体的F_2:3群体，利用QTL初步定位出部分主效位点，再利用极端大粒精细定位第2染色体的新基因qGW2‑1，获得与之紧密连锁的基于PCR扩增的实用经济型标记INDEL‑3388。将本发明应用于高产水稻的辅助选择育种中，可以在苗期对低世代的育种群体进行基因选择，获得大粒和高千粒重个体，便于及时杂交转育，省去成熟期籽粒鉴定的过程，提高育种效率，加快育种进程，培育出水稻高产优质新品种。

Description

一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1及其分子标记 方法

技术领域

本发明属于水稻育种技术领域，涉及一种水稻育种中新基因及分子标记方法，具体的说是涉及一种控制水稻粒宽和粒厚，进而控制粒重的基因qGW2-1及其分子标记方法。

背景技术

水稻作为最重要的粮食作物之一，在世界范围内种植面积广泛。相对于其他谷类作物，水稻的基因组较小且具有较高的同源性，是最早测序的禾谷类粮食作物，也成为单子叶植物分子生物学研究的模式植物。提高水稻产量是保证粮食安全的重要途径。然而现阶段，水稻产量仍然不能满足人们日益增加的消费需求。因此，提高水稻产量是科学研究和农业生产中的重点。

禾谷类作物的产量很大程度上取决于其籽粒的形状，籽粒形状可以用粒长、粒宽和粒厚来表示。以往通过QTL的方法发现了一系列基因参与了水稻籽粒形状的控制，其中，控制粒长的基因有GS3、TGW3、GL7、PGL1、GL4等(Fan et al. 2006；He et al. 2012；Wanget al. 2015；Wu et al. 2017；Ying et al. 2018；)，控制粒宽的基因有GW2、GW5、GS6、GW7、WTG1、GW8等(Song, et al.2007；Wang et al. 2012；Sun, et al.2013；Wang et al.2015；Liu et al. 2017；Huang et al. 2017)，控制粒厚的基因有WTG1(Wang et al.2017)。虽然已经克隆到许多影响籽粒大小的基因，但目前对其遗传基础的了解还相当有限，仍然有许多优良的基因等待人们去发掘。开发利用优良基因对于深入理解水稻粒重形成的遗传基础，培育出水稻高产优质新品种有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是基于上述研究背景，提出一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1及其分子标记方法，利用水稻9311/水稻大粒突变体的F2群体，经过遗传连锁分析，定位第2染色体上控制粒宽和粒厚，进而控制粒重的新基因位点qGW2-1，获得与之紧密连锁的分子标记INDEL-3388，该标记可用于粳稻高产育种时对粒形的辅助选择，提高大粒高产水稻品种的筛选效率，培育出水稻高产优质新品种。

本发明的技术方案：一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1，其特征在于：所述新基因位点qGW2-1位于水稻基因组第2染色体5,750,000～6,000,000的区间内，水稻大粒突变体在该位点的等位基因能够显著增加粒宽和粒厚，进而增加粒重。

一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1的分子标记方法，其特征在于，方法如下：

(1)用一对特异的PCR引物对INDEL-3388，其中正向引物序列为：TGGTGGAGAAAATATGTAGT，反向引物序列为：TTTTTCCACATTATCAAGGG；

(2)利用该引物对PCR扩增含有水稻大粒突变体血缘的育种材料基因组DNA；

(3)如果能扩增出与大粒突变体一致的145bp的条带，就可推断该育种材料含有qGW2-1的等位基因。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1及其分子标记方法，方法科学，原理清晰，通过本发明鉴定到第2染色体上控制粒宽和粒厚，进而控制粒重的新基因位点qGW2-1以及可对其进行基因型鉴别的共显性分子标记；利用新基因标记的筛选，可以预测水稻的粒形，能够在育种中获得粒宽、粒厚和粒重均增加的高产新品种；qGW2-1是源于水稻自然突变的一个同时控制粒宽和粒厚，进而控制粒重的新基因位点，丰富了自然变异基因的多样性；本发明的分子标记可用于苗期育种群体的基因型选择，有效地鉴别带有该基因的大粒个体，便于及时地杂交转育，加快育种过程，培育出水稻高产优质新品种。

附图说明

图1 是本发明大粒突变体和野生粳稻品种AZU的粒形表现示意图。

图2 是本发明从水稻9311/水稻大粒突变体的F2群体中随机挑选的小群体的籽粒性状统计图。

图3 是新基因qGW2-1的初定位及精细定位的结果。

图4 是利用标记辅助选择的方式，qGW2-1在BC₃F₂代自交获得的种子中发现了分离明显的后代，作为近等基因系NIL-qGW2-1和NIL-qgw2-1。

具体实施方式

本发明由田间获得的一株粳稻品种AZU经自然突变产生的稳定遗传的大粒突变体，该突变体的千粒重约为68g，并且其粒长、粒宽和粒厚均远远大于其野生型品种AZU。通过初步的遗传研究发现，其籽粒形状(长、宽、厚)在水稻9311/大粒突变体的F₂群体中均呈现连续正态分布的规律，据此分析该突变体的粒形性状均属于数量性状，是多基因相互影响造成的结果。本发明人通过QTL定位发现了一个位于第2染色体上的主效位点qGW2-1，来源于大粒突变体的等位基因，可同时增加粒宽、粒厚和千粒重，在9311/大粒突变体的F₂群体中分别解释9.29%、16.60%和8.68%的粒宽、粒厚和粒重变异，并获得了紧密连锁的遗传标记INDEL-3388，可成为新基因位点qGW2-1标记辅助育种的工具。经作图比较发现，目前尚未有qGW2-1控制粒宽和粒厚，进而控制千粒重的报道，因此，qGW2-1是一个控制粒宽和粒厚，进而控制粒重的新基因。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

(1)定位群体及表型鉴定

水稻大粒突变体材料自交纯合6代以后，作为亲本与另一亲本籼稻品种9311进行杂交，产生F₁代，F₁代植株自交产生F₂代群体，以此群体进行后续试验。本发明人从F_2：3群体中随机挑选384份材料作为QTL作图群体，统计其性状，进行初定位，再从F_2：3群体中挑选300份极端大粒(千粒重50g以上)，进行精细定位。

粒长、粒宽和粒厚的统计方法：每份材料随机挑选稻谷20粒，使用电子游标卡尺测量获取结果并求取平均值。

(2)分子标记的获得

从公开的文献中挑选156对SSR标记均匀分布在水稻12条染色体上，利用F_2：3群体中随机挑选小群体进行初定位，引物由上海生物工程有限公司合成。挑选 9对InDel标记，利用极端大粒进行精细定位，引物由上海生物工程有限公司合成。

(3)粒形相关QTL的初定位

根据后代单株的扩增条带所表示的基因型，将其对应的籽粒的粒形性状考察的结果作为表型值，使用QTL IciMapping软件进行分析，获得初定位作图结果。其中主效位点qGW2-1就是本发明中的新基因位点。

(4)qGW2-1的精细定位

在RM12674-RM12761之间挑选了9对InDel标记，对300份极大籽粒单株进行分析，将该基因位点缩小至250Kb的物理范围内。

(5)qGW2-1近等基因系的构建

本发明利用RM12674、RM12761等标记进行辅助选择，选取了F₂代极宽籽粒在qGW2-1区域中基因型偏向突变体，而在其他区域尽可能偏向9311的籽粒。于2016年4月在扬州大学种植。本发明人以其为父本，9311为母本进行杂交，获得的种子命名为BC₁F₂。同年12月本发明人将BC₁F₂的种子在山东省水稻所海南实验基地种植，在孕穗前取材检测，并挑选杂交成功的植株作为父本与9311进行杂交，获得的种子命名BC₂F₂。2017年5月本发明人将BC₂F₂的种子在山东省水稻所济宁实验基地种植，在孕穗前取材检测，挑选目标区域为杂合的植株作为父本与9311进行杂交，获得的种子命名BC₃F₂。

利用自然突变获得的水稻遗传材料来定位和分离克隆更多的新的控制籽粒大小的基因，有利于挖掘利用自然界水稻野生品种的优良性状和遗传多样性，为栽培稻的育种工作提供宝贵的种质资源。开发利用控制粒宽和粒厚，进而控制粒重的新基因qGW2-1，对于水稻的遗传改良，培育水稻高产优质新品种有重要意义，具有广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1，其特征在于：所述新基因位点qGW2-1位于水稻基因组第2染色体5,750,000～6,000,000的区间内，水稻大粒突变体在该位点的等位基因能够显著增加粒宽和粒厚，进而增加粒重。

2.一种控制水稻粒宽和粒厚的新基因位点qGW2-1的分子标记方法，其特征在于，方法如下：

(1)用一对特异的PCR引物对INDEL-3388，其中正向引物序列为：TGGTGGAGAAAATATGTAGT，反向引物序列为：TTTTTCCACATTATCAAGGG；

(2)利用该引物对PCR扩增含有水稻大粒突变体血缘的育种材料基因组DNA；

(3)如果能扩增出与大粒突变体一致的145bp的条带，就可推断该育种材料含有qGW2-1的等位基因。