中国栽培稻微核心种质耐低氮胁迫的遗传评价和氮高效相关QTL/基因的关联分析

水稻生产中氮肥利用率低、损失严重且污染环境一直是我国农业研究和生产中的难题，培养和利用氮高效水稻品种是解决这一问题的有效途径。本研究以一套中国栽培稻微核心种质（204份）和前期筛选鉴定出氮高效典型材料（22份，包括部分野生稻和旱稻资源）为基础材料，多环境地考察基础群体在不同氮肥水平下的田间表型特性（包括重要农艺性状、生理指标和产量因子），建立完善的水稻耐低氮胁迫鉴定遗传评价方法/体系，进一步通过基因型与表型调查，试图分析这套群体的遗传结构和连锁不平衡式样；深入研究不同类型水稻品种在氮素吸收与利用上的差异及其与稻株其他性状间的关系，扫描分布于全基因组的标记位点找到与所测性状显著关联的位点，并发掘氮高效有利基因和单倍型。这些材料信息和关联分析结果有利于揭示水稻氮素营养高效的分子遗传机理，同时为从氮素营养角度评价、利用水稻种质资源，以及对水稻氮素营养性状的遗传改良和水稻氮高效分子育种提供依据。

利用来自12条染色体的218个SSR或InDel标记对一套源自中国栽培稻微核心种质及部分育成品种群体进行了基因型分析。其中来自与全基因组的相互间不连锁的52个标记用于对群体进行结构分析。基于形态特征和分子标记数据的遗传距离聚类和模型估算，该套群体被分为两个亚群，对应于籼粳亚种。. 对部分农艺和产量相关性状进行表型鉴定，包括抽穗期、株高、穗长、有效穗数、每穗实粒数、每穗颖花数、着粒密度、结实率、谷粒长、谷粒宽、谷粒长宽比、百粒重，分别在两年不同地点中进行，对所有鉴定的性状，采用嵌套方差分析剖析来自试验、亚群和亚群内品种间的表型变异。对于穗长、有效穗数、谷粒长、谷粒宽、谷粒长宽比、百粒重和单株籽粒产量，籼稻和粳稻亚种间存在极显著差异。群体结构的效应即亚种所解释的变异在所有鉴定性状中变幅为0.79%-73.67%，各性状广义遗传力的变幅为33.97%-97.99%。. 基于全基因组218个多态性位点，考虑群体结构和亲缘关系，采用混合线性模型，在P≤0.01水平下，分别在E1（杭州）和E2（海南）两环境，N300（300kg urea/ha）、N150（150kg urea/ha）和N0（0kg urea/ha）三种氮肥水平下，对单株穗数（PNPP）、穗长（PL）、单穗实粒数（GNPP）、单穗总粒数（FGPP）、结实率（SFP）、百粒重（HGW）、单株产量（GYPP）、地上部生物学产量（SDW）和植株含氮量（NCP）等9个性状表型值与多态性位点进行关联分析。每次试验中各性状在全基因组范围内检测到6-26个显著关联的标记位点，分布于全部12条染色体上。这些显著关联位点中，大部分位于其他研究中定位到的QTL或基因所在区间。研究得到的这些材料标记信息和定位结果可应用于水稻氮高效分子聚合育种。