基于SSSL的水稻高产分子设计育种研究

A library of chromosomal single-segment substitution lines (SSSLs) in rice（Oryza sativa）has been developed in our lab by the use of HJX74, an elite variety in South China, as recipient, and 8 species of AA genomes in genus Oryza as donors. Furthermore, some QTLs for yield have been identified using of the SSSLs. In this project, using the library of SSSLs, we will working on: (1) genetic dissection of the QTLs for yield by genome-wide analysis; (2) detection of the interaction of the genes (QTLs) for yield by developing of the pyramiding lines with two and more genes; (3) analysis of the relationship of traits, number of panicles, number of grains per panicle, and grain weight, which consist of yield; (4) illuminant of molecular mechanism of the yield regulation by allelic variation of the GW8 gene; and (5) developing of new lines with high yield using of the QTLs for yield. By the research, we will develop a technology system of molecular breeding by design for high yield in rice.

本实验室构建了以优良水稻品种华粳籼74为受体，以稻属AA基因组所有8个种的遗传资源为供体的染色体单片段代换系（SSSL）文库，利用该文库对水稻产量性状进行了初步的遗传剖析，筛选出一批影响产量性状的QTL及其SSSL。本项目的主要研究内容包括：（1）利用SSSL文库，对影响产量性状的QTL进行全基因组分析，获得影响产量性状的主要QTL及其SSSL；（2）利用筛选出来的SSSL培育多基因聚合系，分析基因互作关系，筛选出影响产量性状的最佳基因组合；（3）分析产量三因素（穗数、穗粒数、粒重）基因之间的互作关系，阐明其对产量的调控规律；（4）对已克隆的GW8不同等位基因影响产量性状的分子机制进行研究，阐明等位基因对产量的调控规律；（5）利用优良的产量QTL开展品种设计，培育出高产的水稻新品系。通过研究建立基于SSSL的水稻高产分子设计育种的技术体系，为水稻高产育种的分子设计提供理论基础。

本项目按计划开展了各项内容的研究，按原定目标完成了各项任务，并在分蘖角基因和杂交水稻“三系”分子设计育种方面超出了原定目标。已发表SCI论文3篇，建立了水稻高产的分子设计育种的技术体系，已育成和审定水稻新品种2个，获得新品种权6项。主要研究结果有：. （1）水稻产量性状QTL的研究和利用。从本实验室已构建的水稻单片段代换系（SSSL）文库中，筛选出粒形、粒重、穗型、株型等产量性状具有明显差异的SSSL共40个。通过对这些SSSL代换片段的标记检测和产量性状的表型分析，从中鉴定出产量相关性状QTL共15个。利用携带产量性状QTL的SSSL开展聚合育种，获得了双片段聚合系20个和多片段聚合系15个。利用这些聚合系，分析了产量性状QTL之间的聚合效应和互作关系。这些结果为开展产量性状的设计育种提供了理论依据。. （2）水稻分蘖角基因的鉴定、定位和克隆。从SSSL文库中发现了一个分蘖角明显变大的SSSL。利用分离群体已把分蘖角基因TAC8限定在50kb的范围内，对候选基因进行了分析，确定了该分蘖角基因。对TAC8进行了序列分析和表达分析，初步明确了该基因的等位基因变异及其表达模式。同时发现TAC8与另一基因存在互作关系，分蘖角变大是双基因互作的结果。这些结果为进一步分析该基因的功能及基因互作关系奠定了基础，为分析株型与产量关系提供了新的视角。. （3）水稻分子设计育种技术体系的建立。利用HJX74-SSSL文库为分子设计育种平台，建立了水稻分子设计育种的技术体系。该设计育种技术体系包括三个层次：一是水稻复杂性状的元件设计，对粒形等重要元件进行了设计育种；二是水稻重要育种材料（品系）的设计，对水稻“三系”等重要材料进行了设计育种，建立了杂交水稻“三系”分子设计育种的技术体系；三是水稻的品种设计，利用设计育成的元件进行组装，设计并培育水稻新品种。本项目建立的基于HJX74-SSSL文库的分子设计育种技术体系的建立，为水稻和其他作物的分子设计育种提供了范例。