一种提高水稻柱头外露率的方法技术

本发明专利技术属于水稻分子育种技术领域。具体涉及一种提高水稻柱头外露率的方法。本发明专利技术利用GS3基因dCAPS标记SF28和GW5基因STS标记Indel1或Indel2或N1212，对533份栽培稻全基因组进行关联分析，定位了3个影响柱头外露的QTL，转基因验证确认GS3和GW5基因是影响水稻柱头外露的主效基因，GS3和GW5基因存在连锁不平衡，通过调控种子大小和柱头长度影响水稻的柱头外露率。

Method for increasing rice stigma exposure rate

The invention belongs to the technical field of rice molecular breeding. The invention relates to a method for improving rice stigma exposure rate. GS3 gene dCAPS markers SF28 and GW5 gene of STS labeled Indel1 or Indel2 or N1212 according to the invention, analyzing the correlation between the 533 cultivars of rice genome, the positioning of the 3 Effects of stigma exsertion of QTL, GS3 and GW5 gene transgenic validation are major genes of rice stigma, there were linkage disequilibrium between GS3 and GW5 gene, the size and length of stigma regulating seed effect of rice stigma exsertion rate.

【技术实现步骤摘要】
一种提高水稻柱头外露率的方法
本专利技术属于水稻分子育种
具体涉及一种提高水稻柱头外露率的方法。本专利技术利用GS3基因dCAPS标记SF28和GW5基因STS标记Indel1或Indel2或N1212，对533份栽培稻进行全基因组关联分析，定位了3个影响柱头外露的QTL，转基因验证确认GS3和GW5基因是影响水稻柱头外露的主效基因，GS3和GW5基因存在连锁不平衡，通过调控种子大小和柱头长度影响水稻的柱头外露率。
技术介绍
水稻是我国的主要粮食作物，而水稻的自交机制导致杂交水稻制种效率低下。生产中杂交水稻制种是通过雄性不育系(母本)和雄性不育系恢复系(父本)人工种植，实现异花授粉结实的大田生产过程。由于制种效率低下，生产中需要大量种植雄性不育系和雄性不育系的恢复系来获得足够的杂交种子。这不仅造成了资源的浪费，还影响了杂交水稻的推广。研究表明，不育系柱头外露颖花结实是异交结实的主体也是结实稳定的基础，不育系柱头外露率越高，就越有利于异交过程的进行，制种产量自然得到提高(Tianetal.2004)。利用水稻自身的柱头外露基因来培育高柱头外露率的雄性不育系是提高杂交水稻制种产量的有效方法。迄今，研究人员利用不同的分离群体，基于连锁分析，定位了许多影响柱头外露率的QTL。然而这些QTL对柱头外露率的效应都非常小，并且没有通过转基因来验证这些QTL的效应，所以都无法有效的运用到生产实践中。Lietal.(2014)利用中国香稻和川香29B的重组自交系定位到了两个QTL，qSE1和qSE6，在近等基因系中能够影响20％左右的柱头外露率。除了利用常规作图，还有学者利用BSA法或者关联分析进行柱头外露QTL的定位(Yanetal.2009)。最近,Liuetal.(2015)利用日本晴和Kasalath构建的染色体片段代换系将一个影响柱头长度的QTL，qSTL3。这些QTL虽然报道影响水稻柱头外露率，但是效应都很小。另一方面，没有转基因验证，并且缺乏功能性分子标记，根本无法用于水稻柱头外露率的改良。因此迫切需要挖掘主效的、经过转基因验证的并且具备有效的功能性分子标记的柱头外露基因，并将其导入到雄性不育系中以增强其柱头外露率。近年来，随着测序技术的发展和高密度SNP标记的开发，关联分析成为挖掘植物数量性状最强力的方法。与连锁分析相比，关联分析能够从自然群体中快速挖掘出广谱和主效的QTL，并且精度高。水稻的柱头外露与番茄等植物不同，它不仅跟柱头的长度相关，还受到颖壳的形状，开花的角度还有激素水平等因素的影响。因此，柱头外露作为复杂的数量性状尤其适合运用全基因组关联分析的方法来研究其遗传基础。目前，还没有报道柱头外露基因被用于水稻育种而在生产上应用。已有证据表明生产上一些优良的不育系因为柱头外露率低，造成制种困难的现象。通过分子标记辅助选择聚合多个影响柱头外露的基因能够显著的提高柱头外露率从而解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高水稻柱头外露率的方法，通过实验检测这些柱头外露基因的功能标记，可以在苗期就准确预测水稻植株的柱头外露水平，从而加快高柱头外露水稻家系的选择进度。本专利技术利用GS3基因dCAPS标记SF28和GW5基因STS标记Indel1或Indel2或N1212，对533份栽培稻进行全基因组关联分析，定位了3个影响柱头外露的QTL，转基因验证确认GS3和GW5基因是影响水稻柱头外露的主效基因，GS3和GW5基因存在连锁不平衡，通过调控种子大小和柱头长度影响水稻的柱头外露率。本专利技术鉴定了两个广泛变异且主效的柱头外露基因，并提供了功能性的分子标记。借助这些分子标记辅助选择(Marker-assistedselection,MAS)可以有目的地将柱头外露基因精确导入和聚合，从而高效率快速选育柱头外露率高的雄性不育系，节约人力物力，保持水稻杂交制种的稳产和高产。本专利技术通过以下技术方案实现：申请人通过利用报道基因GS3(登陆号Os03g0407400)的功能性分子标记SF28通过PCR扩增，然后经过限制性内切酶Pst1处理以检测该基因的基因型，所述分子标记引物的序列如下所示：左端引物序列(SF28F)，TATTTATTGGCTTGATTTCCTGTG，右端引物序列(SF28R)，GCTGGTTTTTTACTTTCATTTGCC；申请人通过另一个报道基因GW5(登陆号Os05t0187500)的功能性分子标记N1212通过PCR扩增以检测该基因的基因型，该分子标记引物的序列如下所示：左端引物序列(N1212F)，CGTCTTGCAACCAACGCCGATGTTATAC，右端引物序列(N1212R)，GAGCGTGTAGGGAAGGAGCTGCATGA；申请人通过验证，证明上述两个分子标记(SF28和N1212)可以应用于选育高柱头外露率水稻家系的遗传改良。申请人提供了一种筛选水稻柱头外露主效基因GS3的分子标记方法，其步骤为：利用柱头外露率主效基因GS3的分子标记(SF28)扩增待检水稻基因组DNA，并检测所得的扩增产物，能被标记引物SF28扩增出511bp的DNA片段并且不能被Pst1酶水解，证明水稻柱头外露率主效基因GS3的增效等位基因gs3的存在。与此同时，申请人提供了另一种筛选水稻柱头外露率主效基因GW5的分子标记方法，其步骤为：利用柱头外露率主效基因GW5的分子标记(N1212)扩增待检水稻基因组DNA，并检测所得的扩增产物，能被标记引物N1212扩增出1963bp的DNA片段，证明着水稻柱头外露率主效基因GW5的增效等位基因GW5的存在。进一步，申请人还提出了利用柱头外露率主效基因GS3和GW5的分子标记在水稻柱头外露率改良中的应用的方法，该方法包括用于筛选高柱头外露率水稻：在杂交分离后代中，利用上述GS3的功能性标记引物(SF28)扩增待检水稻的基因组DNA，并检测所得的扩增产物，若扩增产物的片段与上述检测结果一致且无法被Pst1酶水解，证明杂交后代中存在柱头外露率主效基因GS3增效等位基因gs3；和通过GW5的功能性引物(N1212)扩增待检水稻的DNA，若扩增产物的片段与上述检测结果一致，证明杂交后代中存在外露率主效基因GW5的增效等位基因GW5；两个基因呈现出GW5gs3的基因型组合代表杂交分离后代具有高柱头外露率。本专利技术的具体技术方案如下：从亚洲栽培稻种质材料中筛选得到两个广谱且主效的柱头外露率位点的主效基因GS3和GW5在提高水稻柱头外露率中的应用，所述的GS3基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：2所示，所述的GW5基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：4所示。一种柱头外露率主效基因GS3和GW5的高柱头外露率基因型组合GW5gs3在提高水稻柱头外露率改良中的应用，所述的GS3基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：2所示，所述的GW5基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：4所示。一种分子标记SF28在水稻柱头外露率性状辅助选择中的应用，所述的分子标记SF28核苷酸序列如SEQIDNO：5和SEQIDNO：6所示。一种分子标记N1212在水稻柱头外露率性状辅助选择中的应用，其特征在于，所述的分子标记N1212的核苷酸序列如SEQIDNO：7和SEQIDNO：8所示。一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
从亚洲栽培稻种质材料中筛选得到的两个广谱、主效的柱头外露率位点的主效基因GS3和GW5在提高水稻柱头外露性状育种中的应用，其特征在于，所述的GS3基因编码的蛋白质序列如SEQ ID NO：2所示，所述的GW5基因编码的蛋白质序列如SEQ ID NO：4所示。

【技术特征摘要】
1.从亚洲栽培稻种质材料中筛选得到的两个广谱、主效的柱头外露率位点的主效基因GS3和GW5在提高水稻柱头外露性状育种中的应用，其特征在于，所述的GS3基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：2所示，所述的GW5基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：4所示。2.柱头外露率主效基因GS3和GW5的高柱头外露率基因型组合GW5gs3在提高水稻柱头外露率性状改良中的应用，其特征在于，所述的GS3基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：2所示，所述的GW5基因编码的蛋白质序列如SEQIDNO：4所示。3.一种分子标记SF28在水稻柱头外露率辅助选育中的应用，其特征在于，所述的分子标记SF28核苷酸序列如SEQIDNO：5和SEQIDNO：6所示。4.一种分子标记N1212在水稻柱头外露率辅助选育中的应用，其特征在于，所述的分子标记N1212的核苷酸序列如SEQIDNO：7和SEQIDNO：8所示。5.利用分子标记改良水稻柱头外露率性状的辅助选择的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将鉴定为性状优...

【专利技术属性】
技术研发人员：何予卿，周浩，张庆路，高冠军，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42