水稻枝梗形成的调控网络及其高产育种应用

The improvement in rachis is accompanying with the increasing grain number and the consequent high yield. In this study, the RIL population derived from Nipponbare / 9311, Dongxiang wild rice / GLA4 were used to investigated to the rachis number, grain number etc.. Based on the resequence mapping and the constructed CSSLs (Chromosome segment substitution lines), the QTLs for rice rachis and their interaction with grain yield were conducted. The consequent isolation for qSN-5 was carried out. Moreover, the microarray and interaction were promoted via the double mutant etc. to illuminate the controlling network of rachis. In addition, the suppressor for Sup-sp1 and Sup-sp2 were isolated on positional cloning. Combining with the results and traditional breeding process, the prospective high-yield were developed in our program.

增加二次枝梗的直接结果就是增加籽粒数量、提高谷物产量。本申请利用日本晴/9311、东乡野生稻/广四的高代重组自交系群体，结合株系枝梗和穗粒数等产量相关性状的考察、群体单株全基因组深度测序和构建近等基因系，进行二次枝梗主效QTL (qSN-5)的精细定位与分离，研究不同QTL间的互作关系及其与产量的关联分析。在完成Gn1a、DEP1、SP1、LAX1和NOP1等多个业已克隆的穗发育相关材料的基础上构建双（多）突变体，借助基因芯片和生物信息学，分析相关调控基因在枝梗发育中的分子机理及相互作用机制；筛选并获得相关回复突变材料，并通过图位克隆技术分离抑制基因Sup- sp1和Sup- sp2，分析上下游基因的调控关系。借助传统育种与现代生物技术，开展理想株型超级稻分子设计育种利用研究。本研究结果将进一步阐明水稻枝梗（穗）发育的遗传调控网络，同时为超级稻选育奠定良好的理论基础和材料基础。

水稻是我国最主要的粮食作物之一，提高水稻产量对于确保我国粮食安全具有重要意义。大穗是当前水稻超高产育种的主流，二次枝梗数及其颖花数是水稻大穗的关键，而有关水稻二次枝梗QTL/基因的克隆鲜有报道。.本项目利用典型籼粳交CJ06和TN1构建的DH群体，系统剖析了杭州和海南两地水稻穗部性状的遗传组成，发现二次枝梗数是影响每穗粒数的关键。在杭州，检测到第4染色体上与二次枝梗数和每穗粒数相关的主效QTL；而在海南，则在第6染色体上检测到二次枝梗数与每穗粒数相关的主效QTL。利用东乡野生稻和广陆矮4号构建的RIL群体，结合二代重测序技术构建高密度遗传图谱，系统分析了一次枝梗数、二次枝梗数、总枝梗、二次枝梗/一次枝梗比例、每穗总粒数、结实率、千粒重的遗传组成，共检测到38个相关QTL。进一步通过对日本晴/9311、日本晴/Kasalath置换系群体穗部相关性状的遗传剖析，检测到不同亲本来源的主效增效等位基因。.项目完成水稻第2染色体与二次枝梗数相关的DEP6基因的精细定位和克隆，DEP6可能参与BR信号途径进而调控水稻枝梗与颖花形成。初步分析表明DEP6与DEP1可能存在一定的相互作用，而对lax1/sp1突变体的分析亦表明水稻枝梗与颖花形成受复杂的遗传网络调控。完成的500余份地方种质材料、历年主栽品种的重测序分析和穗部相关性状的全基因组关联分析，筛选获得6份二次枝梗数超过60的超大穗优异种质资源，为分析和利用水稻二次枝梗的形成机制及育种提供基础材料。项目发现影响水稻叶片光合性能的水稻叶绿素a加氧酶基因PGL，调控致细胞壁组成成分及结构的果胶裂解酶基因DEL1，以及影响微丝形成的ES1也影响水稻穗型结果及大小。.项目还利用人们已经鉴定出水稻产量相关基因/QTL结合稻米品质的遗传调控基因，开展高产优质水稻品种分子设计育种的探索。实现水稻由传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变，选育了广两优7203、广两优7217、嘉禾优7245和中嘉优6号等系列杂交稻组合/品种。