水稻的穗抽出长度是与杂交种子生产密切相关的重要性状之一。阐明穗抽出长度的遗传机制并发掘控制穗抽出长度的有利等位变异，将有利于提高F1杂交制种的单位面积产量。我们调查了穗抽出长度的表型数据。根据群体遗传结构分析、主成分分析和邻接树分析结果将整个自然群体分为7个亚群，7个亚群的连锁不平衡水平为10cM〜30cM。我们通过使用全基因组关联分析的方法，确定了8条染色体臂上的9个标记-性状关联位点，其中4个位点是新发现的。根据检测到的QTL的表型效应，我们发掘到了增加穗抽出长度的有利等位变异。检测到的QTL及其相应的有利等位变异为利用标记辅助选择增加水稻穗抽出长度奠定了遗传信息基础。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言2
1 材料与方法 3
1.1 材料 3
1.2 田间种植和性状测量 3
1.3 SSR标记基因型分型 3
1.4 群体遗传结构 3
1.5 连锁不平衡 4
1.6 关联分析 4
2 结果与分析 4
2.1 水稻种质的表型变异 4
2.2 群体结构 4
2.3 连锁不平衡 6
2.4 在整个群体中检测到显著的标记性状关联基因座 9
2.5 有利等位变异的发掘 9
3 讨论 10
致谢 13
参考文献 14
附录 15
水稻穗抽出长度有利等位变异的发掘
引言
引言
水稻（Oryza sativa L.）是最重要的粮食作物之一，为世界人口的一半以上提供食物。随着全球人口迅速增长和耕地面积减少，粮食安全面临巨大挑战，高产水稻品种的需求是育种者的迫切任务。杂交水稻生产被认为是提高水稻产量的最有效策略之一。杂交粳稻与杂交籼稻同样具有较大的增产优势，发展潜力巨大。迄今为止，世界上27个稻谷种植国家已采用杂交稻技术。在中国，自1985年以来，杂交水稻的种植面积每年高达50％[1]。水稻杂交种子产区每年约有3000万公顷（图1）[2]。
然而，杂交水稻 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072^ 
的母本雄性不育系通常具有包穗现象，这大大减少了父本授粉的小穗数量。在种子生产领域的不育系植株上喷洒赤霉素（GA3）往往可以消除包穗现象。然而，大量喷洒GA3会增加种子生产成本、加重环境污染并提高稻谷患黑穗病的几率。雄性不育系中的包穗是由细胞质诱导雄性不育引起的。如果保持系中的穗抽出长度足够长，母本雄性不育系的包穗现象将大大减少。因此，发现用于扩大穗抽出长度的有利等位变异将有助于减少包穗并降低杂交水稻种子生产成本。
近来，出现了基于连锁不平衡（LD）为基础的关联作图的方法，以鉴定与天然变异相关的基因座，探索天然基因组多样性，并绘制有价值的基因图谱。关联作图已被广泛应用于开发水稻有利等位变异的许多性状，包括产量性状、异交性状、品质性状、抗性性状、种子活力性状等。然而，据我们所知，没有发现有关穗抽出长度的关联作图的报道。
本研究的目的是通过发掘控制水稻穗抽出长度性状的优异等位变异，为分子标记辅助育种提供有效信息。


图1 水稻杂交种子制种田实景
Fig.1 The paddy field of rice hybrid seed production
1 材料与方法
1．1 材料
我们共使用了445份水稻种质，其中来自中国的种质297份，越南的种质120份，日本的种质28份。详细信息在附表1中，内容主要包括种质名称、起源、现代品种/地方品种、Q矩阵和亚群分配。
1．2 田间种植和性状测量
2017年5月至10月，我们在大学江浦试验站（32°07N，118°64E）江苏省试验站种植了445份水稻种质。试验采用随机完全区组设计，每年重复两次。根据农业标准管理规范，每个小区含有40棵水稻，每行5行8水稻，水稻间距17 cm，行间距20 cm。
抽穗后2030天，选择位于每个小区中部的5株水稻来测量主茎穗的穗抽出长度。我们如下定义穗抽出长度。穗抽出长度是指剑叶结与穗抽出结之间的距离（图2A）。如果穗抽出结在剑叶结之下，记为负值（图2B）。如果穗抽出结在剑叶结之上，记为正值（图2C）。每个种质的5次测量的平均值用于进一步分析。


图2 水稻主茎穗的穗抽出长度测量
Fig.2 The measurement of PNL of the main stem panicle
1．3 SSR标记基因型分型
每个10μlPCR反应物，含有10mM TrisHCl（pH9.0），50mM KCl，0.1％Triton X100，1.5mM MgCl 2，0.5nM dNTP，0.14pM正向引物，0.14pM反向引物，0.5U Taq聚合酶和20ng基因组DNA。通过PTC100TM Peltier热循环仪（MJ ResearchTM Incorporated，USA）在以下条件下进行DNA扩增：（1）94℃变性5分钟；（2）94℃的条件下34个循环变性0.5分钟，5561℃退火1分钟，72℃延伸1分钟；（3）最后在72℃延伸10分钟。将PCR产物在8％聚丙烯酰胺凝胶上在150V下分离1小时并使用银染色显现。通过一对SSR标记检测一个基因座，并且群体中相同标记基因座处的每个多态性带被记录为一个等位基因。用Quantity One软件（BioRad company, USA）检测每个条带的分子量。
1．4 群体遗传结构
我们使用STRUCTURE 2.2版本检测了445份种质的遗传亚群。我们将周期的长度设置为50,000 iterations，并且在放入种质之后定义了100,000次MCMC重复的运行。每个亚群数K（从2到10）进行了5次运行。使用每个K超过5次运行的平均对数似然值。当平均对数似然值与模型参数K正相关时，无法确定合适的K值。在这种情况下，我们使用特设统计量ΔK来确定基于变化率的最佳K值在连续K值之间的[LnP(D)][3]。在每个遗传亚群中未混合的个体通过大于0.9的Q矩阵赋值来设定。
通过R.2.11.1（R Development Core Team, 2011）的pcaMethods软件包的软件，我们使用主成分分析（PCA）来检查群体结构。我们检查了前两个主成分。

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