利用RIL群體進(jìn)行稻米加工品質(zhì)QTL定位分析

張上都， 彭 強(qiáng)， 張大雙， 吳健強(qiáng)， 楊 林， 朱速松*

(1.貴州省水稻研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006)

利用RIL群體進(jìn)行稻米加工品質(zhì)QTL定位分析

張上都1， 彭 強(qiáng)1， 張大雙1， 吳健強(qiáng)1， 楊 林2， 朱速松1*

(1.貴州省水稻研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006)

為尋求與稻米加工品質(zhì)相關(guān)的QTL，為分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)培育優(yōu)質(zhì)水稻新品種提供理論基礎(chǔ)。以水稻品種V20B和CPSLO17為親本，構(gòu)建150個(gè)V20B/CPSLO17重組自交家系(RIL)為作圖群體，進(jìn)行稻米加工品質(zhì)相關(guān)QTL檢測(cè)及其遺傳效應(yīng)分析。結(jié)果表明：根據(jù)稻米加工品質(zhì)性狀表型數(shù)據(jù)，結(jié)合SLAF標(biāo)簽構(gòu)建的分子連鎖圖譜，運(yùn)用QTL IciMapping 4.0軟件檢測(cè)到1個(gè)糙米率QTL(qBR-1)和1個(gè)整精米率QTL(qHR-1)。qBR-1(LOD=3.267)對(duì)表型變異的解釋率為9.77%；qHR-1(LOD=3.356)對(duì)表型變異的解釋率為8.71%，且這2個(gè)QTL等位基因都來(lái)自親本CPSLO17。

重組自交家系; 加工品質(zhì); 作圖群體; 數(shù)量性狀基因座

稻米加工品質(zhì)(糙米率、精米率和整精米率)是衡量稻米優(yōu)劣的重要參數(shù)，決定稻米的商品價(jià)值和生產(chǎn)效益。因此，研究水稻加工品質(zhì)相關(guān)的QTL(Quantitative trait locus.QTL，即數(shù)量性狀基因座)對(duì)其品種改良具有很好的市場(chǎng)價(jià)值與實(shí)際意義。遺傳研究表明，糙米率、精米率和整精米率形狀都是受多基因控制的數(shù)量性狀，且易受環(huán)境影響[1-2]，但存在一些與稻米加工品質(zhì)相關(guān)的穩(wěn)定的主效QTL能在不同群體和環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，學(xué)者們利用不同群體(如CSSL、RIL和DH等)和分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行稻米加工品質(zhì)QTL定位研究[3-7]，但都是采用秈稻與秈稻雜交或秈稻與粳稻雜交的遺傳背景材料，很少有用秈稻與爪哇稻雜交遺傳背景構(gòu)建的遺傳群體進(jìn)行稻米加工品質(zhì)QTL研究的報(bào)道。為此，筆者以廣親和性爪哇稻CPSLO17和秈型三系保持系V20B為親本，構(gòu)建新的秈稻與爪哇稻雜交遺傳背景重組自交家系(RIL)，并構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，進(jìn)行稻米加工品質(zhì)QTL研究及其遺傳效應(yīng)分析，旨在發(fā)現(xiàn)與稻米加工品質(zhì)相關(guān)的QTL，為分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)培育優(yōu)質(zhì)水稻新品種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以秈稻V20B為母本，爪哇稻CPSLO17為父本，進(jìn)行雜交后獲得F1代，F(xiàn)1代通過(guò)單粒傳方法獲得V20B/CPSLO17重組自交家系(RIL)群體。2013年正季，將2個(gè)親本和150個(gè)F10代RIL株系種植在貴州省水稻研究所(貴陽(yáng))試驗(yàn)田，每份材料種植2行，每行10株，田間管理(水、肥、病蟲害防治等)按當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)栽培要求實(shí)施，成熟時(shí)單獨(dú)按親本和各株系進(jìn)行混收，晾干貯藏2月，含水量控制在13%左右，用于稻米加工品質(zhì)性狀的考察，其表型值用于QTL分析。

1.2 加工品質(zhì)的測(cè)定

在收獲的2個(gè)親本和150個(gè)RIL株系稻谷中，隨機(jī)對(duì)每份材料挑選100粒飽滿稻谷，用電子天平精準(zhǔn)稱重，經(jīng)礱谷機(jī)去掉谷殼后，對(duì)100粒糙米稱重，計(jì)算供試樣品的糙米率：糙米率=糙米重/谷粒重×100%。糙米經(jīng)精米機(jī)處理(樣品量少時(shí)，用小麥作填充物)，去掉糊粉層和胚，人工篩選并稱重整精米，計(jì)算整精米率：整精米率=整精米重/糙米重×糙米率。

1.3 QTL分析

V20B/CPSLO17重組自交家系的高密度遺傳連鎖圖譜是利用SLAF-seq(Specific-Locus Amplified Fragment Sequencing)技術(shù)[8]和HighMap軟件[9]開發(fā)獲得。共有8 602個(gè)高質(zhì)量SLAF標(biāo)簽，比較均勻分布在12條染色體上。該圖譜覆蓋水稻全基因組2 508.65 cM，標(biāo)記間平均距離為0.292 cM。采用軟件IciMapping 4.0的ICIM-ADD方法進(jìn)行QTL定位分析，掃描步長(zhǎng)設(shè)定為0.1 cM，LOD值設(shè)定為3.0，并計(jì)算每個(gè)QTL的貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)，QTL的命名原則遵循McCouch等[10]提出的方法。加性效應(yīng)為正值表示增效等位基因來(lái)源于親本CPSLO17，為負(fù)值表示來(lái)源于親本V20B。

2 結(jié)果與分析

2.1 重組自交系群體稻米加工品質(zhì)的表型

從150份V20B/CPSLO17重組自交群體(RILs)的糙米率、整精米率表型數(shù)據(jù)(圖1)可知，150份RILs家系的稻米糙米率在66.3%～89.8%呈連續(xù)分布，群體平均糙米率為79.26%；150份RILs家系的稻米整精米率在2.6%～69.9%呈連續(xù)分布，群體平均整精米率為31.13%。稻米糙米率和整精米率均呈受多基因控制的數(shù)量性狀遺傳特征。

2.2 稻米加工品質(zhì)性狀QTL

采用軟件IciMapping 4.0的ICIM-ADD方法對(duì)稻米加工品質(zhì)進(jìn)行QTL定位分析發(fā)現(xiàn)，只在第1染色體上檢測(cè)到1個(gè)稻米糙米率QTL(命名為qBR-1)和1個(gè)整精米率QTL(命名為qHR-1)(表、圖2)。QTLqBR-1位點(diǎn)在第1染色體遺傳譜圖上的位置為339.011 5 cM，位于Marker641882-Marker738688，LOD值為3.267，其對(duì)表型變異的解釋率為9.77%；QTLqHR-1位點(diǎn)在第1染色體遺傳譜圖上的位置為314.41 cM，位于Marker651608-Marker727245，LOD值為3.356 4，其對(duì)表型變異的解釋率為8.71%。2個(gè)QTL的增效等位基因都來(lái)自親本CPSLO17。

圖1 稻米加工品質(zhì)在RIL群體中的分布

Fig.1 The distribution of milling quality trait in RIL population

表 稻米加工品質(zhì)QTL定位及其遺傳效應(yīng)

注：A，第一染色體上糙米率QTL的加性效應(yīng)和閥值； B，第一染色體上整精米率QTL的加性效應(yīng)和閥值。

Note:A: the additive effect and LOD of QTL for brown rice rate in Chr1; B: the additive effect and LOD of QTL for head rice rate in Chr1.

圖2 稻米加工品質(zhì)QTL在染色體上的位置

Fig.2 QTL analysis for milling quality trait of rice in chromosome

3 結(jié)論與討論

水稻加工品質(zhì)的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(糙米率、精米率和整精米率)都是典型的種子性狀，水稻種子特性(包括二倍體胚和糊粉層、三倍體胚乳及母體的二倍體種皮等)都會(huì)使稻米加工品質(zhì)的遺傳變得十分復(fù)雜，造成遺傳材料在不同的生長(zhǎng)環(huán)境下種植所得到的結(jié)果不同[11]。目前，稻米加工品質(zhì)相關(guān)研究主要處于遺傳材料摸索、QTL定位分析等材料積累階段，僅克隆到1個(gè)影響整精米率的堊白基因Chalk5[12]。這是因?yàn)閳装啄茱@著降低精米的硬度，導(dǎo)致米粒在加工過(guò)程中易斷，從而影響整精米率。說(shuō)明，要揭示稻米加工品質(zhì)分子機(jī)理及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍有大量工作需要完成。

本研究利用V20B/CPSLO17秈爪交遺傳背景RIL群體進(jìn)行稻米品質(zhì)性狀QTL定位，在第1染色體上共檢測(cè)出2個(gè)QTL(qBR-1和qHR-1)。經(jīng)NCBI網(wǎng)站(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)Blast比對(duì)和RGAP網(wǎng)站(http://rice.plantbiology.msu.edu/)檢索分析發(fā)現(xiàn)，糙米率QTLqBR-1被定位在物理距離約79 kb區(qū)間內(nèi)，包括13個(gè)候選基因；整精米率QTLqHR-1被定位在物理距離約45 kb區(qū)間內(nèi)，包括10個(gè)候選基因。此外，RIL群體的糙米率和整精米率均呈連續(xù)性分布，表現(xiàn)出受多基因控制的數(shù)量性狀遺傳特征，該結(jié)果與已知研究結(jié)果一致[2]。這些QTL的發(fā)現(xiàn)和定位為探索水稻加工品質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)積累新素材，也為開發(fā)連鎖分子標(biāo)記和運(yùn)用分子設(shè)計(jì)育種進(jìn)行水稻加工品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

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(責(zé)任編輯： 姜 萍)

QTL Analysis for Milling Quality of Rice by Using RIL Population

ZHANG Shangdu1, PENG Qiang1, ZHANG Dashuang1, WU Jianqiang1, YANG Lin2, ZHU Susong1*

(1.GuizhouRiceResearchInstitute,Guiyang,Guizhou550006; 2.GuizhouInstituteofAgriculturalScienceandTechnologyInformation,Guiyang,Guizhou550006,China)

A mapping population of 150 lines (recombination inbred lines, RIL), derived from the cross of rice varieties V20B and CPSLO17, was applied to analysis QTLs location for milling quality of rice and evaluate their genetic effects. According to the phenotype data of brown rice rate and head rice rate, the authors constructed a genetic linkage map based on SLAF markers, and detected 2 QTLs (qBR-1 andqHR-1) in chromosome 1 by using software MapQTL5, which controll brown rice rate and head rice rate separately. QTLqBR-1(LOD=3.267) explained 9.77% of the observed phenotypic variance,qHR-1(LOD=3.356) explained 8.71%. Both of the two detected QTLs alleles came from parent CPSLO17.

RIL; milling quality; mapping population; QTL

2015-09-23； 2016-05-11修回

貴州省聯(lián)合基金項(xiàng)目“水稻高密度遺傳圖譜構(gòu)建和堊白QTL定位分析”[黔科合LH字(2014)7689]；貴州省重大專項(xiàng)“貴州特有水稻種質(zhì)資源優(yōu)異基因克隆及育種技術(shù)研究應(yīng)用”[黔科合重大專項(xiàng)字(2012)6005]；貴州省重大專項(xiàng)“水稻種質(zhì)改良創(chuàng)新及新品種選育與應(yīng)用”[黔科合重大專項(xiàng)字(2013) 6023]；貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新科研專項(xiàng)[(2014)019]

張上都(1984-)，男，助理研究員，碩士，從事水稻遺傳育種研究。E-mail：zsd1411@163.com

*通訊作者：朱速松(1966-)，男，研究員，博士，從事水稻分子育種研究。E-mail：susongzhu@139.com

1001-3601(2016)06-0235-0008-03

S503.53

A