野生稻化感作用的基因型及其与环境互作机制

Rice allelopathy is new environmentally-safe method for paddy weed management and meet the needs of sustainable agriculture. Rice allelopathy genotype and environment interaction mechanism of allelopathy is very important to cultivate weed-susppression rice varieties. After the study of two projects of Yunnan province natural science foundation, wild rice Oryza longistaminata was confirmed to have strong suppression ability to weeds, and found its allelopathy genetic QTLs at 2-3 leaf stage was located on 1, 2 and 11 chromosomes. However, the genetic effects, environmental effects and their interaction effects of O. longistaminata genotype are still not clear until now. Thus, to carry out forecast analysis, it is necessary to transffer this kind of gene to Asian cultivated rice varieties, and study the relationships between environmental conditions, gene regulation, allelochemicals, and weed suppression effect. These results not only contribute to understand the gene structure, function and molecular mechanism of gene interaction of wild rice allelopathy, but also benefit to promote this genetic traits transferred to rice varities, and finally exploit and utilize allelopathic gene of wild germplasm resources to improve weed-suppression ability of rice.

水稻化感作用为生态安全条件下防除杂草的新途径，满足农业可持续发展的需求。明确化感作用的基因型及其与环境互作机制是培育抗草能力水稻品种的关键。经过两个云南省自然科学基金项目的研究，筛选到对杂草具有强烈抑制作用的野生稻（Oryza longistaminata），在2～3叶期的化感作用主效应QTLs位于第1、2和11染色体上。但是该基因型的遗传效应、环境影响效应及其与环境的互作效应是不清楚的。因此，为开展预测分析，有必要将该性状基因转移到亚洲栽培稻中，研究环境条件-基因调控-化感物质-抑制杂草之间的关系。研究结果不仅有助于对化感作用基因的结构、功能及基因间互作的分子机制有更全面的了解和认识，对将该性状转移到亚洲栽培稻具有重要的推动作用，对发掘与利用野生种质资源的化感基因具有重要的科学和应用价值。

水稻化感作用为生态安全条件下防除杂草的新途径，满足农业可持续发展的需求。明确化感作用的基因型及其与环境互作机制是培育抗草能力水稻品种的关键。本项目完成的主要研究内容与获得的重要结果为：（1）将化感野生稻O. longistaminata基因定位研究所获得主效应QTLs转移到亚洲栽培稻RD23中，对其遗传效应进行评估。结果表明化感作用标记的遗传材料(BC2F3)的根系分泌物中酚酸类物质的含量为375.5~386.6 mg/L，显著高于非化感亲本RD23材料的98.1/mg/L，对稗草鲜重的抑制率（%）达到54.5~56.6%，与化感野生稻的抑草效果(62.4%)差异不显著，显著高于弱化感亚洲栽培稻RD23的抑草效果（1.8%）。（2）利用遗传连锁图定位结果分析多基因效应。对野生稻（O. longistaminata）化感作用的数量位点（QTLs）分析，检测结果发现长雄野生稻在2~3叶期化感作用相关的3个主效应QTLs位点分别位于1、2和11染色体上，LOD值分别为8.43,7.74和9.77,加性效应(Add)和显性效应（Dom）明显。(3)高压液项色普(HPLC)测试了环境条件对野生稻化感物质的影响,结果表明野生稻在高温、湿润和强光生长环境下，产生释放的酚酸类化感物质组分较多并抑制杂草效果较好。在不同光照、温度、土壤湿度及其生育期差异下，对野生稻化感抑草效果、化感物质的释放量和化感物质的生物活性具有显著影响。研究结果明确了野生稻化感作用为多基因控制的数量遗传性状，阐明了遗传物质控制化感物质的产生与释放是抑制杂草的本质（内因），而环境条件对作物产生与释放化感物质具有重要（外因）影响，探讨了基因型与环境互作的机制。解决了为利用该特性改良现代栽培水稻，培育抗杂草水稻新种质提供依据的科学问题，对推动环境友好型和资源节约型的控制杂草新技术发展具有重要的科学和应用价值。