控制水稻粒重QTL的定位

彭 強，劉 穎，張大雙，吳健強，王際鳳，黃培英，朱速松

（貴州省水稻研究所，貴州貴陽550006）

控制水稻粒重QTL的定位

彭 強，劉 穎，張大雙，吳健強，王際鳳，黃培英，朱速松＊

（貴州省水稻研究所，貴州貴陽550006）

為稻谷產量性狀QTL定位研究提供新素材，以V20B和CPSLO17作為親本，構建150份V20B／CPSLO17重組自交家系（RIL）。結合RIL群體的稻谷千粒重表型數據，運用MapQTL5軟件的區間作圖法進行稻谷千粒重QTL檢測及其遺傳效應分析。結果表明：有1個新的控制稻谷粒重QTL，命名為qTGW－3，其LOD值為4．14，對表型變異的解釋率為11．9%，等位基因效應來源于親本V20B。

水稻；重組自交家系；千粒重；作圖群體；數量性狀基因座

千粒重（thousand－grain weight，TGW）是非常重要的農藝性狀，是決定水稻產量的三大構成要素之一，也是遺傳力最高且最易人工控制的因素。近幾年，在水稻重要經濟性狀研究領域取得進展，控制千粒重的分子機理研究已初見端倪。粒重是受粒寬、粒長、粒厚和種子充實度等子性狀控制，而這些子性狀又是受多個基因控制的數量性狀，且每個性狀之間可能互相制衡而共同控制水稻谷粒的千粒重［1－2］。

研究表明，千粒重是受多基因控制的、復雜的數量性狀，目前已有多個控制水稻粒重的主效數量性狀基因座（QTL）基因被成功克隆，而這些主效QTL基因往往還控制其他性狀。GS3基因［3－4］是運用圖位克隆方法克隆到的控制水稻粒長和粒重的主效QTL基因，GW2基因［5］和qSW5基因［6］是控制水稻粒寬和粒重的主效QTL基因，而GIF1基因［7］是控制水稻谷粒充實速率和粒重的主效QTL基因。目前，千粒重QTL研究是以秈秈交、秈粳交遺傳背景材料為主，而筆者以廣親和性爪哇稻CPSLO17和配合力強秈稻V20B為親本構建新的秈爪交遺傳背景RIL，以稻谷千粒重為表型數據，結合高密度SLAF標簽連鎖圖譜，進行稻谷千粒重QTL定位及其遺傳效應分析，旨在為稻谷千粒重QTL的精細定位和控制產量基因克隆提供新素材，也為分子標記輔助選擇（MAS）培育高產水稻品種提供理論基礎。

1材料與方法

1．1供試材料

V20B／CPSLO17重組自交群體由F1代通過單粒傳法得到。親本和RIL家系種植在貴州省水稻研究所（貴陽）試驗田，每個材料種植20株，成熟時混收，曬干保存，共收2份親本和150份RIL材料，用于稻谷千粒重性狀QTL分析。

1．2稻谷千粒重測定

每份材料收種保存3月后進行稻谷千粒重測定，取50粒干燥保存的飽滿稻谷，用電子天平稱量，每個樣品重復3次，取平均值換算成千粒重代表該性狀的表型值。

1．3QTL分析

V20B／CPSLO17重組自交家系的SLAF標簽的分子數據（未發表）是由北京百邁客生物科技有限公司利用SLAF－seq（Specific－Locus Amplified Fragment Sequencing）技術［8］和HighMap軟件［9］開發獲得。該圖譜總共有8602個高質量SLAF標簽，比較均勻分布在12條染色體上；覆蓋水稻全基因組2508．65cM，標記間平均距離為0．292cM。采用軟件MapQTL5的區間作圖（Internal Mapping）方法進行粒重性狀QTL分析，掃描步長設定為默認值1．0cM，LOD值設定為3．0，并計算每個QTL的貢獻率和加性效應，QTL的命名原則遵循McCouch等［10］的方法。加性效應為正值表示增效等位基因來源于親本V20B，為負值表示來源于親本CPSLO17。

2結果與分析

2．1親本和重組自交群體的稻谷千粒重表型數據

由圖1可見，親本V20B稻谷籽粒大，其千粒重為27．71g（圖1左箭頭）；親本CPSLO17稻谷細長，其千粒重為21．47g（圖1右箭頭）。RILs的150個家系的稻谷千粒重在15～35g連續分布，群體平均千粒重為24．98g。千粒重性狀表現出受多基因控制的數量性狀遺傳特征。

圖1 RIL群體的稻谷千粒重分布Fig．1 Distribution of thousand kernel weight in RIL

2．2水稻千粒重性狀的QTL

稻谷千粒重性狀QTL分析得出，在第3染色體上檢測到1個稻谷千粒重性狀QTL位點，命名為qTGW－3，對應的連鎖群位置為Marker823024～900904（圖2）及其加性效應為1．263 25，顯性效應為0．586 75。qTGW－3的LOD值為4．14，對表型變異的解釋率為11．9%，且該粒重QTL等位基因效應來自親本V20B。

圖2 水稻千粒重性狀QTL在chr3染色體上的分布Fig．2 QTL analysis of thousand－grain weight trait in rice on chr3

3結論與討論

從目前國內外研究看，水稻粒重性狀是受多基因控制的、復雜的數量性狀，具有復雜的遺傳背景和廣泛的遺傳多樣性。本研究根據150個V20B／CPSLO17重組自交家系的千粒重表型數據和由8 602個高質量SLAF標簽構建的高密度遺傳連鎖圖譜，采用MapQTL5軟件的區間作圖法進行粒重性狀QTL分析，在第3染色體上檢測到1個粒重QTL（qTGW－3）。在國家水稻數據中心（http：／／www．ricedata．cn／gene／）網站查找粒重基因發現，在第3染色體上有3個粒重控制基因TGW3b［11］、gw3．1［12］和GS3［3－4］，TGW3b初定位于RM15885 和W3D16之間遺傳距離為2．6cM的區間，gw3．1精細定位于JL123／RM640和JL109／RM636之間約93．8kb的物理區間，只有GS3基因（RAP－DB：Os03g0407400）被成功克隆。經Gramene Markers Database、NCBI和RGAP網站blast比對分析發現，qTGW－3在第3染色體上的物理定位區間與TGW3、gw3．1和GS3基因都不同，是新的控制水稻粒重QTL，qTGW－3基因是否參與其他產量性狀調控有待后續研究。

［1］Xing Y Z，Zhang Q F．Genetic and molecular bases of rice yield［J］．Annu Rev Plant Biol，2010，61：421－442．

［2］Miura K，Ashikari M，Matsuoka M．The role of QTLs in the breeding of high－yielding rice［J］．Trends Plant Sci，2011，16：319－326．

［3］Fan C C，Yu X Q，Xing Y Z，et al．The main effects，epistatic effects and environmental interactions of QTLs on the cooking and eating quality of rice in a doubled－haploid line population［J］．Theor Appl Genet，2005，110（8）：1445－1452．

［4］Mao H L，Sun S Y，Yao J L，et al．Linking differential domain functions of the GS3protein to natural variation of grain size in rice［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（45）：19579－19584．

［5］Song X，Huang W，Shi M，et al．A QTL for rice grain width and weight encodes a previously unknown RING－type E3ubiquitin ligase［J］．Nat Genet，2007，39：623－630．

［6］Shomura A，Izawa T，Ebana K，et al．Deletion in a gene associated with grain size increased yields during rice domestication［J］．Nat Genet，2008，40：1023－1028．

［7］Wang E，Wang J，Zhu X，et al．Control of rice grain－filling and yield by agene with a potential signature of domestication［J］．Nat Genet，2008，40：1370－1374．

［8］Sun X，Liu D，Zhang X，et al．SLAF－seq：an efficient method of large－scale De novo SNP discovery and genotyping using high－throughput sequencing ［J］．PLoS One，2013，8（3）：e58700．

［9］Liu D，Ma C，Hong W，et al．Construction and A－nalysis of High－Density Linkage Map Using High－Throughput Sequencing Data［J］．PLoS One，2014，9（6）：e98855．

［10］MaCouch S R，Cho Y G，Yang M，et al．Report on QTL nomenclature［J］．Rice Genet Newslett，1997，14：11－13．

［11］Liu T M，Shao D，Kovi M R，et al．Mapping and validation of quantitative trait loci for spikelets per panicle and 1，000－grain weight in rice（Oryza sativa L．）［J］．Theoretical and Applied Genetics，2010，120（5）：933－942．

［12］Li J M，Thomson M，McCouch S R．Fine Mapping of a Grain－Weight Quantitative Trait Locus in the Pericentromeric Region of Rice Chromosome 3［J］．Genetics，2004，168（4）：2187－2195．

（責任編輯：劉忠麗）

QTL Location of Grain Weight Trait in Rice

PENG Qiang，LIU Ying，ZHANG Dashuang，WU Jianqiang，WANG Jifeng，HUANG Peiying，ZHU Susong＊
（Guizhou Rice Research Institute，Guiyang Guizhou 550006，China）

To provided new experimental materials for QTL analysis of rice yield trait，the authors constructed a mapping population of 150lines（recombination inbred lines，RIL）derived from a cross between rice varieties V20Band CPSLO17，and analyzed QTLs location and evaluated the genetic effects of two parents and 150RILs for thousand－grain weight trait by using internal mapping method of MapQTL5 software and combining thousand－grain weight phenotype data of RILs．The result showed that a new QTL（qTGW－3）related to thousand－grain weight trait was detected．Individual QTLs（LOD＝4．14）explained 11．9%of the observed phenotypic variance．And the QTLs alleles came from the parent V20B．

rice；RIL；thousand－grain weight；mapping population；QTL

S513；Q946．2

A

1001－3601（2016）02－0050－0004－03

2015－08－15；2016－01－20修回

貴州省聯合基金項目“水稻高密度遺傳圖譜構建和堊白QTL定位分析”［黔科合LH字（2014）7689］；貴州省重大專項“貴州特有水稻種質資源優異基因克隆及育種技術研究應用”［黔科合重大專項字（2012）6005］；貴州省科技創新人才團隊項目“貴州省水稻遺傳育種研究創新團隊”［黔科合人才團隊（2012）4020］；貴州省年度攻關項目“水稻中直鏈淀粉含量不育系的MAS選育及利用”［黔科合NY字（2010）3002］；貴州省重大專項“水稻種質改良創新及新品種選育與應用”［黔科合重大專項字（2013）6023］；貴州省動植物育種專項“水稻優質不育系的分子標記輔助育種專項”［黔農育專字（2008）030］

彭 強（1986－），男，助理研究員，碩士，從事水稻分子育種研究。E－mail：450058876＠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