[发明专利]水稻垩白率的主效基因Chalk5的克隆与应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及到一个位于水稻第5染色体短臂上控制垩白率的主效QTL(Chalk5)的基因克隆与应用。 

背景技术

稻米垩白是一个重要的品质性状：（1）稻米垩白是一个重要的外观品质性状(Tan等，2000，Theor.Appl.Genet.105:248-257)。稻谷品质越来越被世人所关注，人们对稻米米质的要求不仅是口味的舒适，还要求外型的美观，因此稻米外观品质的好坏直接关系稻米商品性的好坏，而在我国国家优质稻谷标准中还对稻米垩白度作了具体规定，认为一级优质米的垩白度不能高于1%。（2）稻米垩白会极大地影响稻米的加工品质、蒸煮食味品质和营养品质，是稻米品质中最重要的品质性状之一（Fitzgerald等，2009，Trends Plant Sci.14，133–139)。因此，阐明稻米垩白的遗传基础和分子机理有利于稻米品质的遗传改良。 

垩白是灌浆期胚乳淀粉粒和蛋白质颗粒因排列疏松而冲气所形成的白色不透明部分，其遗传比较复杂，是典型的数量性状。利用分子标记技术可以对控制数量性状的QTL（Quantitative Trait Loci）进行定位和分解，将复杂的数量性状分解为简单的孟德尔因子来进行研究。利用这种方法，近年来虽然已经克隆了许多稻米重要农艺性状的QTL基因，但还没有一个控制垩白的QTL基因被克隆。其中位于水稻第五染色体短臂上控制谷粒垩白率的主效QTL，(该QTL在本发明中被命名为Chalk5)在许多研究中都能检测到(Tan等，2000，Theor.Appl.Genet.105:248-257;Yoshida等，2002，Breeding Sci.52，309-317;Chen等，2011，Afri.J.Biotech.10，6891–6903)。本实验室利用珍汕97/明恢63衍生的F_2:3和重组自交系群体也多次检测到Chalk5区域存在一个主效QTL控制着谷粒垩白率，并且可以揭示垩白率总变异的30%以上以及垩白度总变异的20%以上(Tan等，2000，Theor.Appl.Genet.101:823-829)。这些结果表明Chalk5基因可以在不同的遗传背景以及不同环境下都能稳定表达，因此Chalk5对于水稻品质和品种性状的改良具有巨大的应用潜力和前景，对Chalk5基因进行克隆可以为水稻的品质和品质育种提供新的重要的基因资源。 

在遗传上，QTL与控制质量性状的基因一样会通过遗传重组进行分离，差异只是遗传效应的大小方面，因此QTL同样可以进行精细定位。但在初级群体中QTL与其它许多非QTL位点一起同时发生分离，这些非QTL位点和环境因素一样都会对QTL的表型性状产生极大的干扰作用。因此，在利用初级群体进行QTL定位时，QTL的置信区间通常在10cM以上（Darvasi等，1992，Theor.Appl.Genet.85:353-359），很难确定检测到的一个主效QTL到底是一个还是多个微效QTL（Yano and Sasaki，1997，Plant Molecular Biology 35:145-153）。因此有必要在初级定位的基础上，对QTL进行高分辨率的精细定位（<1cM）。通常，用于QTL精细定位的最好办法就是构建含有目标QTL的染色体片段替代系（Chromosome segment substitutionline，CSSL）或近等基因系（Nearly isogenicline，NIL）等次级定位群体（Secondary population），使群体中只有单个的QTL位点发生分离，极大限度地减少了个体间由于遗传背景和环境不同造成的对目标性状产生的干扰，使该位点表现为简单的孟德尔因子遗传，从遗传和统计上为QTL的精细定位创造便利条件。这种方法已经在许多QTL的精细定位和基因克隆研究中发挥了重要的作用（Yano等，2000，Plant Cell，12:2473-2484;Frary等，2000，Science，289:85-88）。这些方法为采用图位克隆的策略分离、克隆Chalk5 的基因提供了依据。 

本发明利用图位克隆的方法分离克隆一个控制水稻谷粒垩白率的主效基因Chalk5，为水稻的品质育种提供新的基因资源。 

发明内容