利用InDel標記量化中國栽培水稻微核心種質的秈粳成分

2014-10-20 11:16:04姚國新等

湖北農業科學 2014年16期

姚國新等

摘要：利用34對鑒定秈粳指數的InDel標記對184份栽培稻微核心種質的秈粳指數進行量化與評價。結果表明，微核心種質中典型秈稻、秈稻、偏秈、中間型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分別為53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%，偏秈粳中間型的材料較少。

關鍵詞：栽培水稻；微核心種質；秈粳指數；InDel標記

中圖分類號：S511；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）16-3741-05

Abstract： The indica-japonica index of 184 China mini core collection germplasm were quantified and evaluated with 34 pairs of InDel markers. The results showed that materials of close indica or japonica were few. The proportions of typical indica， indica， close to indica， intermediate type， close to japonica， japonica and typical japonica were 53.26%， 9.24%， 1.63%，1.09%， 3.26%， 9.78% and 21.74%， respectively.

Key words： cultivated rice； mini core collection germplasm； indica-japonica index； InDel marker

水稻在8 000～10 000年前開始栽培，秈粳亞種的分化可能發生在栽培水稻馴化以前[1]。在分化過程中，由于地理環境等原因造成秈粳稻在葉色、粒型、株型和葉片絨毛等方面有明顯的差異[2]。典型的秈稻和粳稻在農藝性狀、生長環境等方面差異明顯，區分較為容易，而且秈粳雜交也存在天然的生殖隔離，其結實率低。隨著育種工作的開展，許多秈粳雜交的中間材料開始用于育種或品種種植，使得簡單地依靠目測判定秈粳歸屬變得困難。目前，程式指數法是鑒定水稻秈粳分類的主要方法，依據稃毛、粒型、抽穗時的殼色、酚反應、葉毛和穗1～2毛節長度共6個性狀進行綜合評分，確定秈粳歸屬[3，4]。程式指數法解決了水稻秈粳分類的難題，但在應用過程中，不同的人對同一性狀判定標準不一定完全一樣，而且秈粳分類的性狀需要在大田種植至成熟時才能考察，周期長，且不同的生長環境，同一品種的農藝性狀差異較大，也會帶來判定誤差。當分子標記出現以后，許多人嘗試利用RFLP、ALFP、RAPD、SSR和InDel等標記去劃分秈粳，均得到可以較好劃分秈粳分類的標記[5-8]，證明利用分子標記作為秈粳分類的標準是可行的。然而簡單地將水稻種質資源劃分為秈粳并不能滿足現代水稻研究或育種的需要，研究者往往需要知道水稻種質內秈粳成分的比例，這對水稻研究和育種利用顯得更為重要。Lu等[9]通過比較秈粳水稻基因組序列，并檢測相應秈粳水稻品種，挑選與秈粳分化選擇位點相關的34對InDel標記用于量化水稻的秈粳成分，并判定秈粳歸屬，經其他人應用證明該系統對秈粳的劃分和成分量化準確可靠[10-12]。

微核心種質是利用最少的種質材料保存盡可能多的基因資源，目前在水稻、大豆、小麥等作物中均已構建完成[13-15]。栽培稻微核心種質代表約70%的栽培水稻遺傳多樣性[13]，絕大部分的遺傳資源都包含在微核心種質中，在水稻基礎和應用研究起到重要作用。本研究利用Lu等[9]開發的34對InDel標記，系統評價栽培水稻微核心種質的秈粳成分，量化各種質的秈粳指數，便于研究者利用。

1 材料與方法

1.1 材料種植與管理

189份栽培水稻微核心種質引自中國農業大學李自超教授實驗室，2012年5月種植于武漢大學校內試驗基地（114.36°E，30.54°N），常規模式種植管理，因部分材料種子未發芽，實際獲得184份水稻材料。

1.2 DNA提取、PCR擴增及電泳

于3葉期取所有材料幼葉，CTAB法提取DNA[16]，稀釋至25 ng/μL備用，所用標記來自Lu等[9]開發的InDel標記，具體信息列于表1。RCR反應體系15 μL，各成分如下：Taq酶（2.5 U/μL）0.2 μL、引物（10 mmol/L）1.5 μL、dNTP（10 mmol/L）0.2 μL、DNA （25 ng/μL）1 μL、H2O 12.1 μL。擴增程序如下：94 ℃預變性5 min；94變性30 s、55 ℃退火40 s、72 ℃延伸40 s，35個循環；4 ℃ 10 min終止反應。利用3%的瓊脂糖凝膠進行電泳，利用Gellogic200成像系統進行讀帶分析。

1.3 秈粳指數計算與秈粳劃分標準

依據Lu等[9]開發的鑒定水稻秈粳成分的方法，提取184份微核心種質DNA，利用34對InDel標記進行擴增，以9311和日本晴分別作為秈稻和粳稻的標準帶型，按公式（1）和（2）計算各微核心種質的的秈型指數（Fi）和粳型指數（Fj）。

Fi=■ （1）

Fj=■ （2）

式中，xii、xjj和xij分別代表位點為純合秈型基因型、純合粳型基因型和秈粳雜合基因型，N表示鑒定的位點個數。微核心種質的秈粳劃分標準列于表2。

2 結果與分析

2.1 中國栽培稻微核心種質秈粳指數

利用34對InDel標記對栽培水稻微核心種質DNA進行PCR擴增、電泳、讀帶分析，且典型秈稻以9311為對照（秈型指數記為1），典型粳稻以日本晴為對照（秈型指數記為0），計算微核心種質秈型指數，結果列于表3。由表3可知，184份中國栽培稻微核心種質中，典型秈稻、秈稻、偏秈、中間型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分別為53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%。栽培稻核心種質中秈稻所占比例約為2/3，高于粳稻的入選數目，可能與秈稻多樣性高于粳稻有關。偏秈和秈粳中間型數目極少，與秈粳雜交后代瘋狂分離、不穩定有關系。

2.2 利用表型與秈粳指數劃分秈粳稻比較

184份中國栽培稻微核心種質是從初級核心種質庫入選的，依據表型鑒定的秈粳列于表3。利用34對InDel標記鑒定秈粳與表型鑒定的秈粳分類非常吻合，除了貫推白禾1（統一編號CH1182）、四倍體朝6（統一編號CH1232）和粳7623（統一編號CH1247）3份種質的秈粳分類與表型鑒定的分類有差別外，其他全部一致。這3份種質InDel標記評價均屬于中間型或偏秈，秈粳成分互滲較多，僅從表型判定秈粳屬性可能會有誤差。利用34對InDel標記可以準確量化水稻種質秈粳成分和鑒定秈粳分類。

3 討論

表型鑒定水稻的秈粳只能對其進行分類，不能量化水稻種質內的秈粳成分。利用Lu等[9]開發的InDel分子標記評價體系可以準確判定水稻種質內的秈粳組成，對于解決秈粳雜交育種中不育問題具有重要的參考價值，特別是對于秈粳雜交親本選配有指導作用，選擇中間類型或是偏秈或偏粳的親本或雙親組配，其后代的結實率較高。栽培稻微核心種質代表中國7萬份水稻70%的遺傳多樣性[13]，量化其秈粳指數有利于對微核心種質進行進一步研究與利用，特別是在水稻秈粳雜交育種中親本材料選配方面。

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（責任編輯呂海霞）