水稻育性恢复基因Rf-1位点对环境温度的遗传响应

水稻细胞质雄性不育育性恢复（Rf）基因与其种质分布的地理温度关系密切。Rf基因仅存在于分布在热带、亚热带的野生稻和籼稻中，不存在于适于温凉气候的粳稻。Rf-1是唯一被克隆测序的水稻恢复基因。为探讨水稻对气候变化的遗传响应，①用来自云南高海拔、不具Rf基因的地方粳稻老品种与经籼粳交育成、具Rf基因的品种杂交，在海拔跨度相差1800米的四个点产生的F2-F5遗传分离群体，研究这些分离群体Rf-1位点基因型频率的变化；②研究来源于云南高、中、低海拔及省外和国外的籼、粳稻对海拔温度的适应性及其Rf-1位点DNA序列的特点；③研究对温度适应性不同的野生稻、籼稻、粳稻Rf-1位点的DNA序列变异特点。以①基本明确水稻Rf-1位点遗传变异与环境温度的关系；②探讨水稻对环境温度变化的遗传响应；③为探讨气候变化对植物遗传变异的影响提供理论和研究方法的参考。

水稻细胞质雄性不育育性恢复基因（Rf：Fertilitty restoring gene） 是杂交水稻成功的关键基因。Rf-1是水稻上最先命名、定位、克隆、获得分子生物信息的水稻细胞质雄性不育育性恢复基因。课题利用我国云南省宁蒗县永宁海拔2650米、具rf/rf基因型的粳稻地方老品种与恢复系（籼粳交稳定后代、具Rf/Rf基因型）杂交，在400-2200米海拔跨度的四个点构建测交及自交后代共20余个遗传分离群体，用PCR分子标记分析了不同海拔产生的遗传分离群体Rf-1 位点及其它位点基因型频率，研究了基因频率对海拔温度和细胞质及两者互作的遗传响应。还研究了对温度适应性不同的水稻种质（包括普通野生稻（（O.rufipogon)、亚洲栽培稻的籼（O. sativa ssp. Indica）、粳（O. sativa ssp. Japonica）两个亚种）的Rf-1 位点DNA片段序列遗传变异及其与环境温度适应性的关系。研究结果表明在低海拔条件下产生的遗传分离群体具较高的Rf/Rf基因型频率，而在高海拔条件下产生的遗传分离群体的Rf/Rf基因型频率降低；籼稻细胞质背景的群体偏向Rf/Rf基因型的频率较高，粳稻细胞质对Rf-1位点的基因型不具明显的选择效应；海拔和温度的互作对Rf-1位点的基因型选择效应尤为明显。在2200米的高海拔区产生的具籼稻和不育细胞质背景的群体的Rf-1位点的基因型偏向Rf-1/Rf-1基因型的频率极高，但是，具粳稻细胞质的群体的Rf-1/Rf-1基因型的频率很低。相似地对温热气候适应性较好的野生稻和籼稻具较高频率的Rf-1/Rf-1基因型，对温凉气候适应性较好的所有地方粳稻品种所具的基因型为rf-1/rf-1。.本研究首次通过丰富的实验数据说明Rf-1位点的基因型与水稻对温度的适应性有关。首次基于Rf-1位点的DNA片段序列的变异，提出野生稻与籼稻间的亲缘关系较近，而籼粳亚种间的亲缘关系较远观点。本研究对开展水稻遗传分化与环境温度的关系，对开展全球温度变化对水稻的遗传变异可能产生的遗传效应的研究提供了非常有价值的参考。研究成果和方法可为研究全球环境温度变化对禾本科及其它作物的遗传变异可能产生的效应提供了方法借鉴。.通过课题实施培养硕士6人、博士4人通过获得学位；课题主要成员1人由讲师晋升为副教授。研究的部分结果撰写学术论文8篇发表在国内学术核心.