雜交秈稻骨干保持系崗46B稻谷粒形及堊白的QTL分析

1、雜交秈稻骨干保持系崗B稻谷粒形及堊白的QTL分析高方遠(yuǎn),邱玲,陸賢軍任鄄勝吳賢婷任光俊曾禮華,(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,成都;四川師范大學(xué),成都;共同第一作者;通訊聯(lián)系人,Email:gfycom;zenglihuahotmailcom)QTLAnalysisonGrainShapeandChalkinessofanEliteMaintainerLineGangBinHybridRice(OryzasativaL)GAOFangyuan,QIULing,LUXianjun,RENJuansheng,WUXianting,RENGuangjun,ZENGLihua,(CropResearch

2、Institute,SichuanAcademyofAgriculturalSciences,Chengdu,China;SichuanNormalUniversity,Chengdu,China;Theseauthorscontributedequallytothispaper;Correspondingauthor,Email:gfycom,zenglihuahotmailcom)GAOFangyuan,QIULing,LUXianjun,etalQTLanalysisongrainshapeandchalkinessofanelitemaintainerlineGangBinhybrid

3、rice(OryzasativaL)ChinJRiceSci,():Abstract:Toidentifythegeneticlocithatcontrolgrainlength,width,lengthwidthratio,thickness,grainweightandthepercentageofgrainswithchalkiness(GL,GW,LWR,GT,HGW,PGWC),weconstructedanFpopulationbycrossinganeliteindicamaintainerlineGangB(GB)withK,anintrogressionlineofGBder

4、ivedfrommultibackcrosswithanUSricevarietyLemont,withlowpercentageofchalkinessandnarrowgrainAllsixinvestigatedtraitsfollowedacontinuousphenotypicdistributionSignificantlypositiveornegativecorrelationswereobservedbetweenallsixtraits,excepttheGLandGWAgeneticmapwasconstructedwithsimplesequencerepeat(SSR

5、)markersandatotalofQTLsforgrainshapeandchalkinessweredetectedbycompositeintervalmapping(CIM)Amongwhich,twowereforGL(qGLandqGL),twoforGW(qGWandqGW),fiveforLWR(qLWR,qLWR,qLWR,qLWRandqLWR),oneforGT(qGT),oneforHGW(qHGW),andthreeforPGWC(qPGWC,qPGWCandqPGWC)TheGBallelescontributedtoincreasingGW,GT,HGWandP

6、GWC,whiledecreasingGLandLWRatalldetectedlociThemajorQTLscontrollingGW,GT,GW,PGWCandLWRwerelocatedinthesameregionRMRMRMonchromosome,whichwascorrespondenttotheresultsidentifiedinextremephenotypeplantsusinglinkageandlinkagedisequilibriumKeywords:rice;grainshape;chalkiness;quantitativetraitlocus;linkage

7、andlinkagedisequilibrium高方遠(yuǎn),邱玲,陸賢軍,等雜交秈稻骨干保持系崗B稻谷粒形及堊白的QTL分析中國(guó)水稻科學(xué),():摘要:利用秈稻保持系骨干親本崗B與美國(guó)水稻品種Lemont多次回交培育的低堊白、窄粒株系K與崗B構(gòu)建F群體,對(duì)稻谷粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、百粒重和堊白粒率進(jìn)行數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTL)分析.個(gè)性狀在F群體中均呈正態(tài)連續(xù)分布,屬于典型的數(shù)量性狀.除粒長(zhǎng)與百粒重間沒有顯著相關(guān)性外,其他性狀間均存在顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān).采用SSR標(biāo)記構(gòu)建遺傳連鎖圖,通過復(fù)合區(qū)間作圖法共檢測(cè)到個(gè)控制稻谷粒形和堊白的QTL,包括個(gè)控制粒長(zhǎng)的QTL(qGL和qGL),個(gè)控制粒寬的QTL

8、(qGW和qGW),個(gè)控制長(zhǎng)寬比的QTL(qLWR、qLWR、qLWR、qLWR和qLWR),個(gè)控制粒厚的QTL(qGT),個(gè)控制百粒重的QTL(qHGW)和個(gè)控制堊白粒率的QTL(qPGWC、qPGWC和qPGWC).在這些位點(diǎn)中,崗B等位基因增加粒寬、粒厚、粒重和堊白粒率,減小粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比.控制粒寬、粒厚、粒重、堊白粒率和長(zhǎng)寬比的主效QTL均位于第染色體RMRMRM區(qū)間,這一結(jié)果與僅選擇極端表型單株,采用連鎖及連鎖不平衡方法(LD)獲得的結(jié)果一致.關(guān)鍵詞:水稻;粒形;堊白;數(shù)量性狀位點(diǎn);連鎖及連鎖不平衡中圖分類號(hào):Q;S文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):()收稿日期:;修改稿收到日期:.基金項(xiàng)目:四

9、川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(JTD);四川省財(cái)政創(chuàng)新能力提升工程資助項(xiàng)目(GXJS);國(guó)家計(jì)劃資助項(xiàng)目(AA).中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci),():http:/wwwricescicnDOI:/jissn粒重、每穗粒數(shù)和有效穗數(shù)是構(gòu)成水稻產(chǎn)量的三個(gè)最主要的因素.粒重主要由籽粒長(zhǎng)度、寬度和厚度決定,在育種上,通常以千粒重(KGW)或百粒重(HGW)代表,.同時(shí),粒長(zhǎng)(GL)、粒寬(GW)、長(zhǎng)寬比(LWR)、粒厚(GT)以及稻米的堊白粒率(PGWC)等又是評(píng)價(jià)稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo),其優(yōu)劣直接關(guān)系到稻米的市場(chǎng)價(jià)值.較多研究結(jié)果表明,稻谷粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、粒重和堊白

10、粒率均是受多基因控制的數(shù)量性狀,.目前已在水稻條染色體上檢測(cè)到控制粒長(zhǎng)、粒寬和粒重的QTL,控制長(zhǎng)寬比、粒厚和堊白粒率的QTL也分別在除第、和染色體外的其他條染色體上被檢測(cè)到(http:/wwwgrameneorg/).近年來,一些控制稻谷粒形的主效QTL已被克隆.Fan等最早利用明恢和川構(gòu)建的BCF群體,克隆了控制水稻粒長(zhǎng)和粒重的主效基因(GS),該基因同時(shí)對(duì)粒寬和粒厚有微效作用.位于第染色體上的GW編碼一個(gè)RINGtypeE泛素連接酶,因其功能的喪失導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)目增加,從而增加粒寬和粒重.兩個(gè)不同的研究小組在第染色體檢測(cè)并克隆的粒形基因qSW/GW通過在谷粒發(fā)育時(shí)期調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂調(diào)控籽粒大小.

11、Li等克隆的GS編碼一個(gè)絲氨酸羧肽酶,對(duì)籽粒寬度起正向調(diào)控作用.在第染色體上克隆到的GW基因通過促進(jìn)細(xì)胞分裂和谷粒充實(shí)增加谷粒寬度和重量.TGW基因則通過IAA葡萄糖水解酶基因功能缺失增加粒重,從而提高產(chǎn)量.崗A為我國(guó)西南稻區(qū)的主要不育系,具有產(chǎn)量配合力高等突出優(yōu)點(diǎn),但存在稻米堊白粒率很高等不利性狀.在四川盆地寡日照、晝夜溫差小的生態(tài)環(huán)境下,崗的堊白粒率通常超過.本研究利用崗B(崗A的保持系)與美國(guó)水稻品種Lemont多次回交培育的低堊白、窄粒株系K與崗B構(gòu)建F群體,分析與稻米粒形和堊白相關(guān)的QTL,對(duì)進(jìn)一步剖析崗B產(chǎn)量配合力和外觀品質(zhì)的分子機(jī)理,并通過分子改良培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻有著重要的理論意

12、義和生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值.材料與方法供試材料本小組在前期研究中曾以雜交秈稻保持系崗B為輪回親本,與美國(guó)光身稻品種Lemont雜交,F植株與崗B回交次并自交獲得BCF群體,從中篩選、鑒定出崗B的抗穗發(fā)芽基因?qū)胂礙.本研究進(jìn)一步利用K與崗B回交次并自交構(gòu)建BCF群體,結(jié)合稻米外觀品質(zhì)的測(cè)定,從該群體中篩選獲得崗B的低堊白性狀導(dǎo)入系K,再以崗B和K雜交構(gòu)建F群體.在海南種植崗B、K及F群體,親本設(shè)次重復(fù),田間管理同常規(guī)大田.水稻籽粒成熟后及時(shí)收種,曬干后在室溫下保存?zhèn)€月以后用于表型性狀調(diào)查.表型鑒定粒形和堊白粒率的測(cè)定參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部米質(zhì)測(cè)定方法NY進(jìn)行.親本及F單株各選取粒飽滿稻谷測(cè)量百粒重,并

13、從中隨機(jī)選擇粒飽滿稻谷測(cè)定粒長(zhǎng)、粒寬和粒厚.粒長(zhǎng)測(cè)定按照頭對(duì)頭、尾對(duì)尾、不重疊、不留隙的方式擺成一行,讀出粒稻谷長(zhǎng)度,其平均值即為粒長(zhǎng),兩次重復(fù).粒寬測(cè)定按照同一寬度方向排列,讀出粒稻谷寬度,其平均值即為粒寬,兩次重復(fù).通過粒長(zhǎng)/粒寬計(jì)算長(zhǎng)寬比.粒厚測(cè)定采用游標(biāo)卡尺(精確到mm)分別測(cè)量粒稻谷的厚度,其平均值即為粒厚,兩次重復(fù).從整精米樣品中隨機(jī)取出整精米粒在聚光燈下觀察,計(jì)數(shù)堊白米粒(包括心白、腹白、背白),并按(堊白米粒數(shù)/總粒數(shù))計(jì)算堊白米的百分率,即為堊白粒率.DNA提取與PCR擴(kuò)增在分蘗盛期取親本及F群體各單株的葉片提取總DNA.水稻基因組DNA的提取參照Murray等的CTAB法,

14、并根據(jù)本實(shí)驗(yàn)條件略做改動(dòng).選用對(duì)在崗B抗穗發(fā)芽基因?qū)胂礙與崗B間表現(xiàn)出多態(tài)性的微衛(wèi)星引物(simplesequencerepeat,SSR)對(duì)崗B低堊白性狀導(dǎo)入系K與崗B親本進(jìn)行多態(tài)性檢驗(yàn),并在檢測(cè)到粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、粒重及堊白粒率主效QTL的第染色體RMRM區(qū)段增加對(duì)新的SSR引物進(jìn)行篩選.SSR引物序列根據(jù)Gramene(http:/wwwgrameneorg/)公布的資料,由上海英駿公司合成.PCR擴(kuò)增體系和反應(yīng)程序參照Gao等的方法進(jìn)行.擴(kuò)增結(jié)束后,在聚丙烯酰胺凝膠上電泳大約min,銀染成像并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果.遺傳圖譜構(gòu)建和QTL分析對(duì)電泳條帶進(jìn)行統(tǒng)計(jì),將與崗B帶型相同的中國(guó)水稻科學(xué)(

15、ChinJRiceSci)第卷第期(年月)單株記為“A”;與K相同的帶型記為“B”;同時(shí)表現(xiàn)為雙親帶型的雜合個(gè)體記為“H”;條帶缺失的個(gè)體記為“”.利用MapMaker/EXP軟件對(duì)所有SSR標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析,通過Kosambi函數(shù),將重組率轉(zhuǎn)換成圖距單位(centiMorgans,cM),計(jì)算標(biāo)記間的連鎖關(guān)系并構(gòu)建遺傳連鎖圖.應(yīng)用WinQTLCart軟件,采用復(fù)合區(qū)間作圖法(CIM)對(duì)群體的表型數(shù)據(jù)和遺傳圖譜信息進(jìn)行分析計(jì)算以獲得相關(guān)性狀QTL.LOD值取作為閾值判斷是否存在QTL,同時(shí)計(jì)算每個(gè)QTL對(duì)性狀的貢獻(xiàn)率.選擇極端表型單株檢測(cè)QTL參照Li等方法,采用連鎖及連鎖不平衡方法對(duì)從崗B/

16、K的F群體選擇的個(gè)極端表型單株進(jìn)行分析.計(jì)算每個(gè)位點(diǎn)在極端單株中的基因型頻率,并對(duì)每個(gè)位點(diǎn)的實(shí)際基因型頻率偏離在F群體中的基因型頻率進(jìn)行檢驗(yàn),再根據(jù)值確定QTL.QTL的位置將依據(jù)峰值緊鄰的分子標(biāo)記而確定.此外,如果選擇傾向于顯性純合子,基因功能表現(xiàn)為加性;如果偏離源于雜合子過量,則基因功能表現(xiàn)為超顯性;當(dāng)偏離源于顯性純合和雜合時(shí),則基因功能表現(xiàn)為部分顯性或完全顯性.結(jié)果與分析親本和F群體的稻米粒形及堊白粒率分布對(duì)崗B、K及F群體各單株的稻米粒形和堊白進(jìn)行分析,結(jié)果表明,親本崗B和K的粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、百粒重及堊白粒率均存在顯著的差異.在F群體中,個(gè)性狀均存在超親分離現(xiàn)象.堊白粒率變異

17、系數(shù)最大,變異范圍;粒長(zhǎng)和粒厚變異系數(shù)較小(表).上述個(gè)性狀在F群體均呈正態(tài)分布(圖),表現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳特點(diǎn),適于進(jìn)行QTL分析.稻谷粒形及堊白粒率的相關(guān)性分析由表可以看出,粒長(zhǎng)與長(zhǎng)寬比呈極顯著正相關(guān),與粒寬、粒厚、堊白粒率間均呈極顯著負(fù)相關(guān);粒寬與粒厚、百粒重、堊白粒率呈極顯著正相關(guān),與長(zhǎng)寬比呈極顯著負(fù)相關(guān);長(zhǎng)寬比與粒厚、百粒重、堊白粒率極顯著負(fù)相關(guān);粒厚與百粒重、堊白粒率極顯著正相關(guān);百粒重與堊白粒率極顯著正相關(guān).遺傳連鎖圖的構(gòu)建PCR檢測(cè)結(jié)果表明,在崗B和K間存在差異的對(duì)引物中有對(duì)引物在崗B與K間表現(xiàn)多態(tài)性,第染色體RMRM區(qū)段增加的對(duì)SSR引物中有對(duì)在崗B與K間存在差異.利用這對(duì)引物

18、對(duì)F群體的個(gè)單株進(jìn)行SSR分析,構(gòu)建了一張覆蓋水稻個(gè)連鎖群的遺傳圖譜(圖),圖譜總長(zhǎng)為cM,標(biāo)記間平均距離為cM.除位于第染色體上的RM和RM兩標(biāo)記順序倒置外,其余標(biāo)記在染色體上的排列順序與已發(fā)表的水稻物理圖譜順序完全一致.利用復(fù)合區(qū)間作圖法檢測(cè)稻谷粒形及堊白粒率的QTL利用復(fù)合區(qū)間作圖法在崗B/K的F群體共檢測(cè)到個(gè)控制稻米粒形及堊白粒率的QTL,分布于第、和染色體上,LOD值為,單個(gè)QTL貢獻(xiàn)率為(表).在第和第染色體上檢測(cè)到個(gè)控制粒長(zhǎng)的QTL(qGL和qGL),LOD值分別為和,表親本及試驗(yàn)群體的稻谷粒形及堊白粒率分析TablePhenotypicanalysisofgrainshapea

19、ndchalkinessinparentsandFpopulation性狀Trait親本Parent崗BGBKF群體Fpopulation中親值Midparentvalue平均值Mean最小值Min最大值Max標(biāo)準(zhǔn)差SD變異系數(shù)CV/粒長(zhǎng)Grainlength/mm粒寬Grainwidth/mm長(zhǎng)寬比Grainlengthwidthratio粒厚Grainthickness/mm百粒重grainweight/g堊白粒率Percentageofgrainswithchalkiness/高方遠(yuǎn)等:雜交秈稻骨干保持系崗B稻谷粒形及堊白的QTL分析圖稻谷粒形和堊白粒率在崗B/KF群體中的分布FigDi

20、stributionsofgrainshapeandchalkinessinFpopulationofGB/KGL粒長(zhǎng);GW粒寬;LWR長(zhǎng)寬比;GT粒厚;HGW百粒重;PGWC堊白粒率.GL,Grainlength;GW,Grainwidth;LWR,Grainlengthwidthratio;GT,Grainthickness;HGW,grainweight;PGWC,Percentageofgrainswithchalkiness圖利用崗B/K的F群體檢測(cè)到的稻谷粒形及堊白粒率的QTLFigLocationofquantitativetraitlociforgrainshapeandcha

21、lkinessusingtheGB/KFpopulation可解釋粒長(zhǎng)變異的和.在qGL和qGL位點(diǎn),增加粒長(zhǎng)的等位基因均來自K.共檢測(cè)到個(gè)粒寬相關(guān)QTL.其中在第染色體RMRM區(qū)間檢測(cè)到的qGW為主效QTL,LOD值為,可解釋表型變異的.崗B等位基因在qGW位點(diǎn)增加粒寬,而K在該位點(diǎn)降低粒寬.另外,在RMRM區(qū)間檢測(cè)到一個(gè)微效QTL(qGW),LOD中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第卷第期(年月)表F群體中稻谷粒形及堊白性狀間的相關(guān)性TableCorrelationcoefficientsforgrainshapeandchalkinessinFpopulationofGB/K性狀T

22、rait粒長(zhǎng)Grainlength粒寬Grainwidth長(zhǎng)寬比Grainlengthwidthratio粒厚Grainofthickness百粒重Hundredgrainweight粒寬Grainwidth長(zhǎng)寬比Grainlengthwidthratio粒厚Grainthickness百粒重grainweight堊白粒率Percentageofgrainswithchalkiness表示相關(guān)達(dá)顯著水平.Correlationissignificantatthelevel表稻谷粒形及堊白粒率的QTLTableQTLsforgrainshapeandchalkinessrateintheGB/K

23、Fpopulation性狀與位點(diǎn)Traitandlocus染色體Chromosome標(biāo)記區(qū)間Markerinterval遺傳距離)Geneticdistance)/cMLOD值LODvalue加性效應(yīng)Additiveeffect顯性效應(yīng)Dominanteffect貢獻(xiàn)率Variation/粒長(zhǎng)GrainlengthqGLRMRMqGLRMRM粒寬GrainwidthqGWRMRMqGWRMRM長(zhǎng)寬比GrainlengthwidthratioqLWRRMRMqLWRRMRMqLWRRMRMqLWRRMRMqLWRRMRM粒厚GrainthicknessqGTRMRM百粒重grainweightq

24、HGWRMRM堊白粒率PercentageofgrainswithchalkinessqPGWCRMRMqPGWCRMRMqPGWCRMRM)QTL最高LOD值處與最近標(biāo)記的距離.)ThegeneticdistancefrompeakoftheteststatisticdistributionfortheQTLtothenearestmarker值為,可解釋表型變異的.在本研究所分析的條染色體上均檢測(cè)到長(zhǎng)寬比相關(guān)QTL,其中,位于第染色體RMRM區(qū)段的qLWR效應(yīng)最大,LOD值為,對(duì)長(zhǎng)寬比變異的貢獻(xiàn)為.在該位點(diǎn),增加長(zhǎng)寬比的等位基因來自K.在第、和染色體上檢測(cè)到的QTL(qLWR、qLWR、q

25、LWR和qLWR)效應(yīng)均較小,LOD值分別為、和,對(duì)長(zhǎng)寬比變異的貢獻(xiàn)率也較小.本研究只在第染色體上檢測(cè)到控制粒厚的QTL(qGT),位于RMRM區(qū)間,LOD值分別為,可解釋粒厚變異的.在qGT位點(diǎn),崗B等位基因可增加粒厚mm.百粒重相關(guān)QTL也僅在第染色體RMRM區(qū)間被檢測(cè)到,效應(yīng)較大,可解釋百粒重變異的,LOD值為.崗B等位基因在該位點(diǎn)增加百粒重.控制堊白粒率的QTL分別位于第、和染高方遠(yuǎn)等:雜交秈稻骨干保持系崗B稻谷粒形及堊白的QTL分析表采用連鎖及連鎖不平衡方法在崗B/KF群體的極端表型單株中檢測(cè)出的稻谷粒形及堊白粒率的QTLTableQTLsforgrainshapeandchalki

26、nessratedetectedbylinkageandlinkagedisequilibriuminextremephenotypeplantsintheGB/KFpopulation性狀Trait位點(diǎn))Locus)染色體Chromosome標(biāo)記Marker極端單株)Extremephenotypeplants(n)K頻率KFrequency基因作用)GA)F群體)Fpopulation(n)K頻率Kfrequency崗B頻率GBfrequency粒長(zhǎng)GrainlengthRMPD粒寬GrainwidthRMPD長(zhǎng)寬比GrainlengthwidthratioRMA粒厚Grainthickn

27、essRMA百粒重grainweightRMPD堊白粒率RMAPercentageofgrainswithchalkiness)代表位于值峰值的標(biāo)記;)頻率表示每個(gè)位點(diǎn)K等位基因的導(dǎo)入頻率,通過檢驗(yàn)各位點(diǎn)在極端單株中的基因型頻率偏離在F群體中的基因型頻率獲得值.P,的顯著水平值分別為,和;)根據(jù)極端單株的基因型頻率推斷基因作用方式,A,PD,CD,和OD分別代表加性、部分顯性、完全顯性和超顯性;)頻率代表在各位點(diǎn)K和崗B等位基因?qū)氲念l率.通過檢驗(yàn)各位點(diǎn)在極端單株中的基因型頻率偏離在F群體中的基因型頻率獲得值.顯著水平值同上.)Markerswithchisquaredprofilesatsi

28、gnificantlevelsofP)ThefrequencyindicatesthatKalleleintrogressionateachmarkerandchisquared,valueswerecalculatedfollowedbythedeviationoftheobservedgenotypicfrequenciesintheselectedEPPagainsttheactualfrequenciesinthewholeFpopulationValuesatsignificantlevelsof,are,and,respectively)Thegeneactionisinferre

29、dbasedontheobservedgenotypicfrequenciesofselectedEPPLettersA,PDdenoteadditive,partialdominance,respectively)ThegenotypefrequencyindicatesthatKorGBalleleintrogressionateachmarkerandchisquaredvalueswerecalculatedaccordingtothedeviationoftheobservedgenotypicfrequenciesinthewholeFpopulationfromthetheore

30、ticalexpectationsSignificantlevelsarethesameasabove色體,其中,位于第染色體RMRM區(qū)段的qPGWC為主效QTL,LOD達(dá)到,可解釋堊白粒率變異的.位于第和染色體上的QTL(qPGWC和qPGWC)為微效QTL,LOD分別為和,僅解釋堊白粒率變異的和.在上述三個(gè)位點(diǎn)崗B等位基因均增加堊白粒率.通過連鎖和連鎖不平衡方法檢測(cè)的稻谷粒形及堊白粒率的QTL采用連鎖及連鎖不平衡法,根據(jù)個(gè)性狀的表型值,分別從F群體中選擇株極端短粒單株(mm)、株極端窄粒單株(mm)、株極端小長(zhǎng)寬比單株()、株極端薄粒單株(mm)、株極端低百粒重單株(g)及株極端低堊白粒率

31、單株(),利用這些極端單株以及整個(gè)F群體的SSR基因型分析第、和染色體上各位點(diǎn)的值(表).結(jié)果表明,在個(gè)性狀的極端表型單株中,顯著傾向于K基因型的標(biāo)記均位于第染色體.在RM附近檢測(cè)到一個(gè)控制堊白粒率的QTL,基因作用為加性,在極端單株中的基因?qū)腩l率為,對(duì)堊白粒率具有很大的遺傳效應(yīng).在該位點(diǎn)附近還檢測(cè)到一個(gè)控制粒厚的主效QTL,在極端單株中的基因?qū)腩l率為,基因作用方式也為加性.在第染色體RM附近同時(shí)檢測(cè)到控制粒寬、長(zhǎng)寬比和粒重的主效QTL,其中,控制長(zhǎng)寬比的QTL效應(yīng)較大,為加性QTL,在極端單株中的基因?qū)腩l率為.粒寬和粒厚相關(guān)QTL為部分顯性,在極端單株中的基因?qū)腩l率分別均為.表列出了

32、第染色體兩個(gè)標(biāo)記RM和RM在類極端表型單株和整個(gè)F群體中的K導(dǎo)入頻率及值.在類極端表型單株中,RM和RM的分離均偏向K基因型,除粒長(zhǎng)以外,其他個(gè)性狀的偏分離均達(dá)到極顯著水平.但在整個(gè)F群體,第染色體上兩個(gè)標(biāo)記RM和RM的分離均符合孟德爾規(guī)律,表明這兩個(gè)標(biāo)記在F群體中的分離沒有影響稻谷粒形及堊白粒率QTL的檢測(cè).討論QTL檢測(cè)方法QTL作圖被公認(rèn)為是檢測(cè)數(shù)量性狀位點(diǎn)的經(jīng)典方法,利用該方法已檢測(cè)出成千上萬個(gè)影響數(shù)量性狀的QTL位點(diǎn).年,Li等綜合利用連鎖及連鎖不平衡方法,提出僅利用導(dǎo)入系中的少數(shù)極端表型單株大規(guī)模發(fā)現(xiàn)QTL的遺傳策略.該方法僅利用少數(shù)極端單株,大大減少了基因型和表型鑒定工作,較常規(guī)

33、方法更省時(shí)且節(jié)約了經(jīng)費(fèi).本研究中國(guó)水稻科學(xué)(ChinJRiceSci)第卷第期(年月)同時(shí)運(yùn)用復(fù)合區(qū)間作圖和連鎖及連鎖不平衡兩種方法分析稻谷粒形及堊白粒率QTL,結(jié)果表明粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、百粒重及堊白粒率的主效QTL的數(shù)量和位置完全一致,但采用連鎖及連鎖不平衡方法未能檢測(cè)到QTL作圖中發(fā)現(xiàn)的微效QTL位點(diǎn),且無法計(jì)算單個(gè)QTL對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率.因此,在QTL分析中,可先采用連鎖及連鎖不平衡方法快速檢測(cè)是否存在主效QTL以及QTL在染色體上的位置,再利用全基因組分析方法發(fā)掘所有QTL位點(diǎn),并計(jì)算各位點(diǎn)的LOD值和對(duì)表型的貢獻(xiàn)率.此外,為避免F群體中標(biāo)記偏分離帶來的影響,采用連鎖及連鎖不平衡方

34、法,以各位點(diǎn)在F群體中的實(shí)際觀察頻率作為理論值計(jì)算值.控制稻谷粒形及堊白粒率的QTL第、和染色體是稻谷粒寬QTL分布的重要染色體.較多研究在上述條染色體上發(fā)掘到控制粒寬的QTL,其中GW、GW/SW、GS、GW、TGW等QTL已被克隆并闡明了基因功能.本研究檢測(cè)到的粒寬主效QTLqGW與已經(jīng)克隆的GW/SW位置一致,經(jīng)過測(cè)序分析為同一基因(相關(guān)數(shù)據(jù)未列出);另一個(gè)微效QTLqGW與Wang等克隆的GW基因位置接近.Wang等認(rèn)為,GW基因啟動(dòng)子區(qū)域bp是控制籽粒寬度和外觀品質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)域,根據(jù)他們對(duì)崗B和Lemont的測(cè)序結(jié)果,崗B與Lemont在該區(qū)域存在bp的差異,崗B保留bp,可能與其較寬

35、籽粒的形成有關(guān).控制堊白的主效QTL主要分布在水稻第,和染色體上.本研究在第染色體RMRM區(qū)間發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致崗B高堊白粒率的主效QTL,該區(qū)段與李澤福等報(bào)道的相關(guān)QTL區(qū)間接近.較多研究在第染色體RM附近檢測(cè)到控制堊白粒率的QTL,與本研究檢測(cè)的qPGWC區(qū)段重疊.qPGWC區(qū)間與Wan等定位的堊白粒率QTL區(qū)間GR重疊,并與GW基因位置接近.Wang等利用RNAi技術(shù)下調(diào)GW基因的表達(dá)不僅降低了稻米的粒寬和產(chǎn)量,同時(shí)通過降低堊白粒率、提高透明度、增加長(zhǎng)寬比改良了稻米品質(zhì).本研究?jī)H在第染色體檢測(cè)到控制粒厚的QTL,所在區(qū)間RMRM與林鴻宣等定位的粒厚區(qū)間RGRG部分重疊.在第染色體RMRM區(qū)間檢測(cè)到

36、唯一的百粒重QTL,該區(qū)間與林荔輝等發(fā)掘的粒重QTL區(qū)間RR一致,并與前人克隆的SW/GW基因,位置接近.這些位置重疊或接近的QTL是否為同一QTL,有待進(jìn)一步研究.QTL緊密連鎖與連鎖累贅QTL緊密連鎖現(xiàn)象是水稻中普遍存在的現(xiàn)象.張亞東等發(fā)現(xiàn)第染色體RMRM區(qū)間是粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚的共同標(biāo)記區(qū)間,其中粒寬QTL的效應(yīng)較大.Bai等也在第染色體RMRM區(qū)間同時(shí)檢測(cè)到控制粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比和粒厚的QTL,其中粒長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比為主效QTL.相關(guān)性狀的QTL緊密連鎖分布可能源于一因多效,如控制水稻粒長(zhǎng)和粒重的主效基因GS,對(duì)籽粒的寬度和厚度也有影響;qSW同時(shí)控制稻谷的寬度、長(zhǎng)寬比和粒重;GW基因高表達(dá)可

37、增加粒寬和粒重,同時(shí)增加堊白.也有研究者認(rèn)為,這些在相同位置上的相關(guān)性狀QTL可能是不同基因的成簇分布,.本研究在第染色體RMRMRM區(qū)間同時(shí)檢測(cè)到控制粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、粒重及堊白粒率QTL,其中控制粒寬、長(zhǎng)寬比、粒厚、粒重及堊白粒率的QTL均為主效QTL.從已經(jīng)克隆的qSW/GW和GS位點(diǎn)及本研究結(jié)果分析,高堊白粒率性狀的主效QTL與粒寬和粒重產(chǎn)量基因在第染色體上存在緊密連鎖.控制不同性狀的QTL緊密連鎖,一方面有利于借助分子標(biāo)記輔助選擇同步改良多個(gè)性狀,但優(yōu)良基因與不良基因的緊密連鎖又為作物遺傳改良工作增加了難度.較多水稻研究中發(fā)現(xiàn)控制寬粒、厚粒的QTL與短粒QTL呈不良連鎖,.提

38、高產(chǎn)量的QTL與增加堊白粒率的QTL緊密連鎖現(xiàn)象雖未在同一研究中報(bào)道,但不同研究結(jié)果表明這一現(xiàn)象可能存在.Wan等在第染色體檢測(cè)的堊白粒率QTL區(qū)間GR與Wang等克隆的粒寬QTL(GW)緊密連鎖.本研究結(jié)果和育種實(shí)踐證明,控制崗B粒寬和粒厚,即增加產(chǎn)量的主效QTL與增加堊白率的主效QTL緊密連鎖,在崗B的回交育種后代中難以獲得外觀品質(zhì)顯著改良,而保留崗B的粒重及其他豐產(chǎn)性狀的材料.有研究利用全基因組分子標(biāo)記背景選擇方法篩選回交后代以減少不良基因連鎖的影響.但該方法需要對(duì)多個(gè)世代進(jìn)行全基因組分子標(biāo)記檢測(cè),工作量較大.Collard等則認(rèn)為在低回交世高方遠(yuǎn)等:雜交秈稻骨干保持系崗B稻谷粒形及堊白

39、的QTL分析代利用重組選擇獲得目的基因與緊密連鎖標(biāo)記重組的單株,是避免或減少連鎖累贅最有效的途徑.另有研究發(fā)現(xiàn),連鎖累贅可在特定遺傳背景下被打破.Liu等曾發(fā)現(xiàn)第染色體RMRM區(qū)段抽穗期基因(qHD)的基因型來自谷梅號(hào)時(shí),可成功打破第染色體上稻瘟病抗性基因pi(t)與小穗育性(QSF)和每穗實(shí)粒數(shù)(qNFGP)QTL間的不良連鎖.進(jìn)一步發(fā)掘這種具有特殊遺傳背景的材料對(duì)于協(xié)同改良崗B稻米產(chǎn)量和品質(zhì)可能有著重要的育種價(jià)值.參考文獻(xiàn):徐建龍,薛慶中,羅利軍,等水稻粒重及其相關(guān)性狀的遺傳剖析中國(guó)水稻科學(xué),():徐正進(jìn),陳溫福,馬殿榮,等稻谷粒形與稻米主要品質(zhì)性狀的關(guān)系作物學(xué)報(bào),():林鴻宣,閔紹楷,熊

40、振民等應(yīng)用RFLP圖譜定位分析秈稻粒形數(shù)量性狀基因座位中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),():TanYF,XingYZ,LiJX,etalGeneticbasesofappearancequalityofricegrainsinShanyou,anelitericehybridTheorApplGenet,:TengS,QianQ,ZengDL,etalQTLanalysisofricepedunclevascularbundlesystemandpanicletraitActaBotSin,():林荔輝,吳為人水稻粒形和粒重的QTL定位分析分子植物育種,():李澤福,萬建民,夏加發(fā),等水稻外觀品質(zhì)的數(shù)量性狀基因

41、位點(diǎn)分析遺傳學(xué)報(bào),():WanXY,WanJM,WengJF,etalStabilityQTLSforricegraindimensionaridendospermchalkinesscharacteristicsacrosseightenvironmentsTheorApplGenet,:WanXY,WanJM,JiangL,etalQTLanalysisforricegrainlengthandfinemappingofanidentifiedQTLwithstableandmajoreffectsTheorApplGenet,:ZhouLJ,ChenLM,JiangL,etalFinem

42、appingofthegrainchalkinessQTLqPGWCinrice(OryzasativaL)TheorApplGenet,:BaiXF,LuoLJ,YanWH,etalGeneticdissectionofricegrainshapeusingarecombinantinbredlinepopulationderivedfromtwocontrastingparentsandfinemappingapleiotropicquantitativetraitlocusqGLBMCGenet,:ShaoGN,TangSQ,LuoJ,etalMappingofqGL,agrainlen

43、gthQTLonchromosomeofriceJGenetGenom,:ShaoGN,WeiXJ,ChenML,etalAllelicvariationforacandidategeneforGS,responsibleforgrainshapeinriceTheorApplGenet,:QiuXJ,GongR,TanYB,etalMappingandcharacterizationofthemajorquantitativetraitlocusqSSassociatedwithincreasedlengthanddecreasedwidthofriceseedsTheorApplGenet

44、,:張亞東,張穎慧,董少玲,等特大粒水稻材料粒型性狀的QTL檢測(cè)中國(guó)水稻科學(xué),():王軍,朱金燕,周勇,等基于染色體單片段代換系的水稻粒形QTL定位作物學(xué)報(bào),():TangSQ,ShaoGN,WeiXJ,etalQTLmappingofgrainweightinriceandthevalidationoftheQTLqTGWGene,:FanCC,XingYZ,MaoHL,etalGS,amajorQTLforgrainlengthandweightandminorQTLforgrainwidthandthicknessinrice,encodesaputativetransmembraneproteinTheorApplGenet,:SongXJ,HuangW,ShiM,etalAQTLforricegrainwidthandweightencodesapreviouslyunknownringtypeEubiquitinligaseNatGenet,():ShomuraA,Iz