利用重叠片段代换系进行水稻特异耐热性种质资源的创新及其遗传基础研究

全球气候变暖引起的越来越频繁高温热害，已成为影响水稻生产的主要因素之一。开展水稻耐热性种质资源的创新及其遗传基础研究，对改良水稻品种的耐热性、减轻高温热害造成的损失，保证粮食安全，具有重要的理论和现实意义。本研究以具有特异耐热性籼稻品种N22为供体亲本、以对热敏感但综合农艺性状优良及配合力好的籼稻恢复系9311为受体亲本构建的128个基础导入系（BC4F1）为基础，进一步构建重叠单片段代换系；再以此重叠单片段代换系为材料，于抽穗开花期，利用自然和人工（远红外辅助加热）增温的二重增温的热胁迫条件（穗层温度：37℃±2℃，日平均温度33℃；湿度：75%±5%）做耐热处理，以耐热指数进行耐热性评价，获得耐热片段代换系，实现特异耐热种质资源的创新；并进一步分析耐热性QTL的遗传效应。从而为选育具有特异耐热性的水稻品种提供新的种质资源，为耐热基因的克隆和利用分子标记辅助选择进行耐热性遗传改良奠定基础

由于全球气候变暖，极端异常气候对人类的影响日益加剧，频繁的高温热害对粮食安全形成严重威胁。目前对水稻耐热性的遗传机理研究已成为热点。本研究以具有特异耐热性籼稻品种N22为供体亲本、以对热敏感但综合农艺性状优良且配合力好的籼稻恢复系9311为受体亲本，通过杂交、回交和自交，结合分子标记辅助选择的方法，构建了113个能够覆盖N22全基因组重叠片段代换系。该代换系含有143个SSR分子标记、175个N22的代换片段；代换片段长度为0.5cM~59.0cM，片段总长度2682.9cM，平均长度为15.3cM；轮回亲本9311的背景回复率最高为91%~99.7%，平均为96.5%。以113个重叠片段代换系为材料，分别于2014和2015年，在其抽穗开花期，利用自然和人工增温的二重增温的热胁迫条件（穗层温度：每日10：00至15：00，即每天开花的整个过程都保持37℃±2℃；湿度：75%±5%）做耐热处理，并以自然条件为对照，以热敏指数（自然条件下的结实率－高温处理的结实率）为指标，对113个片段代换系进行了耐热性评价；共获得了9个具有特异耐热性的片段代换系，其耐热性均达到或超过N22的耐热性，同时保持了轮回亲本9311的优良综合农艺性状。利用QTL Icimapping软件，结合113个片段代换系的基因型值和热敏指数表型值，进行了代换片段耐热性的遗传效应分析，两年共定位到了来自N22的8个与抽穗开花期耐热性相关的代换片段。其中，片段AN108和AN118在两年同时检测到，且片段AN118在2014和2015年环境下的贡献率分别达到了26.3553%和14.2061%，因此认为AN118可能是一个新的决定水稻抽穗开花期耐热性的主效基因，我们正在开展进一步的验证工作，以便为耐热基因的克隆以及开发分子标记进行辅助选择育种提供依据。同时进行的片段代换系的上位性分析结果发现，来自N22的与水稻抽穗开花期的耐热性相关的代换片段之间还具有互作效应，其中代换片段AN128、RM7424分别与12个、10个代换片段之间存在着互作效应，可见水稻耐热性遗传基础的复杂性。此外在不同环境下主要农艺和品质性状以及幼苗期耐热性遗传基础也进行了研究。本项目对特异耐热性种质资源的创新以及耐热性遗传基础的研究，为水稻耐热性的遗传改良奠定了重要的基础，对我国农业的减灾增收以及保证粮食安全具有重要经济和社会意义。