骨干亲本配合力与水稻杂种优势形成的遗传基础研究

玉米和水稻等作物成功利用杂种优势，是20世纪作物生产的重大成就。杂种优势和配合力的遗传基础一直是遗传育种学家关注的焦点。以往配合力研究多采用若干亲本双列杂交方式，杂种优势表达谱分析也局限在强优势杂交种与其亲本表达谱差异比较。典型的强优势组合双亲差异位点多，表达模式复杂，难以从根本上阐明骨干亲本配合力及其杂种优势形成的遗传基础。利用少数片段存在差异而一般配合力和后代杂种优势显著低于和高于蜀恢527的导入系WD7和WD34，借助SNP技术，将它们与轮回亲本基因型差异分辨率精细到1cM以内。对轮回亲本、不育系、导入系及其杂交种，在2个不同生长发育时期，进行全基因组芯片表达谱分析，揭示骨干亲本一般配合力及其杂种优势产生的遗传基础。根据表达谱信息，对目标区段的重点基因进行荧光定量PCR分析，确定相关候选基因、发掘可能存在的基因互作遗传网络，为杂交稻育种和新骨干亲本发掘与培育奠定基础。

利用高、低配合力和杂种优势的导入系和轮回亲本为材料，分别与不育系协青早A（协A）配制杂交组合。对亲本和杂种开展苗期、成株期秧苗素质和生理性状考查，并对产量和主要农艺性状进行多年多点鉴定。利用RNA-Seq对3个杂种及4个亲本进行苗期、分蘖期和幼穗分化期基因表达谱分析，探讨配合力和杂种优势形成机理，为杂交稻育种和新骨干亲本发掘与培育奠定基础。.对亲本和杂种秧苗素质和成株期生理性状的考查发现，四叶和六叶期秧苗素质表现为协A/蜀恢527> 协A/WD34>协A/WD7。移栽后15天至灌浆期，秧苗素质和生理性状表现为协A/WD34 >协A/蜀恢527>协A/WD7 ，3个亲本也基本表现相同的趋势。导入系WD34与杂种协A/WD34抽穗晚、灌浆持续时间长，蜀恢527和协A/蜀恢527灌浆最快。合肥和杭州，两个导入系产量高于蜀恢527，与其他年份不同。杂种产量为协青早A/WD34>协青早A/蜀恢527>>协青早A/WD7。协青早A/WD34的二次枝梗数和二次枝梗总粒数显著高于其他两个杂交种。南宁产量表现为蜀恢527>WD34>WD7，杂种的产量表现与安徽的一致。.基因RNA表达谱分析发现，杂种协A/WD7与亲本间差异基因最多（3064个），其次是杂种协A/WD34（2597个），最后是对照组合协A/蜀恢527（2426个）。除了杂种协A/WD7在分蘖期外，其余均表现为加性表达基因多于非加性，而且无论是加性还是非加性表达基因，都是上调表达基因多于下调表达基因。协A/蜀恢527与亲本间差异表达基因GO及代谢途径分析发现，参与光合碳同化和碳水化合物代谢过程中淀粉和蔗糖合成关键基因在杂种中表达明显上调，可能是协A/蜀恢527杂种优势形成的主要原因。低产优势杂种协A/WD7中参与光合作用光捕获以及转录调控相关基因比对照组合表达明显下调，这些基因表达下调与其产量优势下降关系密切。高产优势杂种协A/WD34的生物钟节律相关基因OsTOC1和OsGI表达上调，OsCCA1表达下调，而且大量碳水化合物代谢相关基因表达上调，这可能最终导致其产量优势提高。由于OsGI过表达导致导入系WD34和杂种协A/WD34抽穗期延迟。.DNA重测序在目标区段没有发现显著的基因富集。通过导入区段带有小分子RNA的启动子序列比较，发现了42个基因可以产生小分子RNA，对其中的12个小分子RNA进行了比较分析。