利用RIL群體對精米氨基酸含量的QTL定位

摘要：通過一個重組自交系及已構建好的遺傳圖譜，研究稻米氨基酸含量的ＱＴＬ定位。結果表明，通過Ｗｉｎｑｔｌｃａｒｔ軟件發現多個控制不同氨基酸合成的區段，其中位于第一染色體的ＲＭ２５９～ＲＭ５８０片段影響了多種氨基酸的含量。通過氨基酸含量相關ＱＴＬ定位的研究，為將來的分子標記輔助選擇改良稻米營養品質打下了基礎。

關鍵詞：水稻；重組自交系（RIL）；氨基酸；賴氨酸；數量性狀基因座（QTL）；營養品質

中圖分類號：Ｓ７８６文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）16－3408-04

Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＱＴＬ ｆｏｒ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｍｉｌｌｅｄ Ｒｉｃｅ ｂｙ ＲＩＬ

ＺＨＯＵ Ｘｕ－ｓｈｅｎｇ，ＨＥ Ｙｕ－ｑｉｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： The ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ（ＱＴＬ） analysis for ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ content in Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ． was carried out according to the ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ（ＲＩＬ） and its genetic map. The results showed that several sections for controling different ａｍｉｎｏ ａｃｉｄs’ sythesis were found by software of Winqtlcart. The ＱＴＬ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｏｆ ＲＭ２５９～ＲＭ５８０ ｏｎ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ １ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ some contents of ａｍｉｎｏ ａｃｉｄs． As a result， rｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ on ＱＴＬ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ provided ａ ｐａｔｈｗａｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｔｒａｉｔ ｏｆ ｒｉｃｅ ｂｙ marker-assisted selection （ＭＡＳ）．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．； ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ（ＲＩＬ）； ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ；lｙｓ； ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ（ＱＴＬ）； ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｔｒａｉｔ

水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）是我國主要糧食作物之一，隨著人民生活水平的提高，人們對稻米的營養功能越來越重視。人體主要通過食物攝取所需的氨基酸，尤其Ｌｙｓ在谷物中含量較低，且在加工過程中易被破壞而缺乏，因此被稱為第一限制性氨基酸，也是衡量稻米營養品質的重要指標［１，２］。但是由于營養性狀的復雜性，容易受到環境的影響以及測定方法的復雜性，對于稻米氨基酸含量的改良一直比較困難。隨著分子標記及遺傳圖譜的研究深入［３，４］，復雜性狀的遺傳研究成為可能［５，６］。同時由于ＱＴＬ定位的準確性很高，因此一些科學家建議將初步定位的ＱＴＬ直接用于育種，大幅降低育種成本［７，８］。利用中國香稻以及川香２９Ｂ為親本構建重組自交系群體，研究控制精米氨基酸含量的ＱＴＬ，為稻米氨基酸含量的遺傳研究打下基礎，也為將來的分子標記輔助選擇改良稻米營養品質提供理論依據。

１材料與方法

１．１試驗材料及田間管理

研究所利用的群體是由水稻親本材料川香２９Ｂ（ＣＸ２９６）和中國香稻（ＺＸ）雜交后利用單粒傳培育的２３５個Ｆ９、Ｆ１０重組自交系。親本之一川香２９Ｂ是由四川省農業科學院培育而成的優良保持系，其不育系川香２９Ａ具有香味，開花習性好和異交結實率高等特點。中國香稻是中國水稻研究所培育而成的香稻優質晚秈品種。

水稻親本材料川香２９Ｂ和中國香稻及其雜交后利用單粒傳培育的２３５個Ｆ９、Ｆ１０重組自交系分別于２００８年、２００９年種植于華中農業大學試驗農場，每個株系種植１行，每行１０株，株行距為１６．５ ｃｍ×２６．４ ｃｍ。

１．２性狀的考察

１．２．１米粉的制備稻米經自然干燥后室溫保存３個月，于４ ℃冰箱中保存。取２５ ｇ左右的稻谷脫殼，碾出精米（國產ＪＭＪ－１００型精米機），再打成精米粉（Ｕｄｙ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ，ＵＳＡ），將米粉過１００目篩，裝入封口塑料袋中，置于－２０ ℃冰箱中保存。

１．２．２精米氨基酸的測定樣品須保證均勻，過６０～８０目篩。根據樣品粗蛋白質含量，確定大體稱樣量，稱取５０～１００ ｍｇ左右樣品于水解管中，加入６～８ ｍＬ的６ ｍｏｌ／Ｌ鹽酸。液氮冷卻，充入氮氣，封口。１１０ ℃烘箱處理２２ ｈ。消化后的樣品過濾后，去離子水定容至５０ ｍＬ。取２００ μＬ樣品，真空干燥后加入２００ μＬ ０．０２ ｍｏｌ／Ｌ的鹽酸，振蕩均勻。離心后吸１５０ μＬ上清液于內插管內，以氨基酸測定儀（Ｌ－８８００ ＨＩＴＡＣＨＩ）檢測。

１．３連鎖圖譜和ＱＴＬ的定位

利用Ｍａｐｍａｋｅｒ／ＥＸＰ ３．０軟件構建了一張包含１４４個ＳＳＲ標記的分子標記遺傳連鎖圖譜［９－１２］。以構建好的分子標記遺傳連鎖圖譜為基礎，利用Ｗｉｎ ＱＴＬ Ｃａｒｔ軟件對１７種氨基酸性狀進行ＱＴＬ定位。采用ＬＯＤ值２．０作為閾值來判斷ＱＴＬ存在與否，若標記區間ＬＯＤ≥２．０則認為該區間存在１個控制該性狀的ＱＴＬ，同時計算每個ＱＴＬ對各性狀的表型貢獻率和加性效應。

２結果與分析

２．１親本各氨基酸含量測定結果及描述性統計分析

ｔ測驗表明，兩個親本精米的各氨基酸含量存在極顯著差異。群體中精米的各氨基酸和蛋白質含量均表現正態分布和雙向超親分離，屬于多基因控制（表１）。

２．２稻米氨基酸含量的ＱＴＬ定位

２００８年共檢測到３２個控制氨基酸含量的位點，分別位于第１、３、４、９、１１、１２染色體上，其中第１、３、１１染色上ＱＴＬ較多，分別為６、８、８個，表型貢獻率為３．６４％～１２．２５％（表２及圖１），其中位于第１１染色體上的ＲＭ２６１１５～ＲＭ２６３５０片段控制了Ｈｉｓ、Ｔｈｒ、Ｇｌｙ、Ｌｅｕ、Ａｒｇ的含量，加性效應分別為１．４９、２．０６、１．９４、３．５９、４．６７，表型貢獻率分別為１２．２５％、９．３２％、６．６０％、５．２９％、６．９６％，加性效應均為正值，表示此區段是來自中國香稻的等位基因；位于第１染色體ＲＭ２４３～ＲＭ７０７５片段控制了Ｃｙｓ、Ｇｌｕ、Ｔｈｒ、Ａｓｐ、Ｉｌｅ的含量，加性效應分別為－２．６８、－７．６９、－１．３９、

－３．４６、－１．５７，表型貢獻率分別為１０．５２％、４．２９％、３．９８％、３．９４％、４．３０％，加性效應均為負值，表明此區段是來自川香２９Ｂ的等位基因；位于第３染色體的ＲＭ２３１～ＲＭ５７４８片段控制了Ｔｙｒ、Ｌｅｕ、Ｐｈｅ、Ａｒｇ、Ｇｌｙ、Ａｓｐ、 Ｌｙｓ的含量， 加性效應分別為３．５２， ４．３９， ２．６４，

４．０７，１．６３，３．３７，１．２６，表型貢獻率分別為８．８０％，７．８５％，４．９５％，４．３８％，４．３１％，４．１８％，加性效應均為正值，表明此區段是來自中國香稻的等位基因。

２００９年共檢測到２1個控制氨基酸含量的位點，分別位于第１、2、４、６、８染色體上，數目分別為８、５、３、４、１（表２及圖１），其中位于第８染色體的ＲＭ２１０～ＲＭ２５６片段控制Ａｌａ含量的ＱＴＬ效應較大，加性效應為１０．３１，表型貢獻率為１１．０９％；位于第１染色體ＲＭ２５９～ＲＭ５８０片段控制了Ａｓｐ、Ｓｅｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ｃｙｓ、Ｖａｌ的含量，加性效應分別為１１．６0、１７．２0、６．５５、１１．８0、１１．５６、８．２９，表型貢獻率分別為4．34％、５．０８％、４．９１％、４．８９％、４．２９％、４．０９％，加性效應均為正值，表明此區段來自中國香稻等位基因；位于第６染色體的ＲＭ４３９～ＲＭ５７５３片段控制了Ｐｈｅ、Ｈｉｓ、Ｔｒｙ、Ｌｙｓ的含量，且效應較大，加性效應分別為－８．３１，－３．０３，－０．７２，－４．９６，表型貢獻率分別為７．３４％、７．０９％、６．８５％、６．６７％，加性效應均為負值，表明此區段來自川香２９Ｂ等位基因。

通過對兩年數據分析發現，控制氨基酸含量的數量性狀位點呈現簇生趨勢，位于ＲＭ２５９～ＲＭ７０７５區段的等位基因控制多個氨基酸的含量，２００８年數據顯示此區段為川香２９Ｂ控制，而２００９年數據表示此區段為中國香稻控制，表明此區段對于多個氨基酸的含量控制起到重要作用。２００８年控制Ｌｙｓ的區段有位于第３染色體的ＲＭ７５７６～ＲＭ５７４８及第１２染色體的ＲＭ１７～ＲＭ２８８０６，加性效應分別為１．２６和－１．４0，總共解釋了９．５３％的遺傳變異；２００９年控制Ｌｙｓ的區段是位于第６染色體的ＲＭ４３９～Ｍ５７５３片段，加性效應為－４．９６，解釋了６．６７％的遺傳變異。

３討論

通過重組自交系研究控制精米氨基酸含量的ＱＴＬ發現，控制氨基酸含量的數量性狀位點效應一般較小（≤１２．２５％），且表現出簇生趨勢，具有一因多效的特性，即一個位點控制多個氨基酸的含量。迄今為止，關于稻米氨基酸含量的ＱＴＬ研究報道很少，鐘明［１３］對于珍汕９７Ｂ×德隴２０８重組自交系的研究發現，位于第１染色體的ＲＭ４９３～ＲＭ５６２片段與第７染色體的ＭＲＧ１８６～ＭＲＧ４４９９片段幾乎影響了全部氨基酸的含量，其中第１染色體的ＲＭ２４３～ＲＭ５７７片段與ＲＭ５７７～ＲＭ３１２的片段分別控制了Ｖａｌ／Ｉｌｅ／Ａｒｇ／Ａｓｐ／Ｔｈｒ／Ｇｌｕ／Ａｌａ／Ｌｅｕ／Ｐｈｅ／Ｐｒｏ的含量，與該研究的第１染色體的區段較為一致；Ａｌｕｋｏ等［１４］的研究表明，該區段對于精米蛋白質的合成有著重要的作用，而位于第９染色體的ＲＭ３２８～ＲＭ１０７的片段控制了賴氨酸的含量，表明了遺傳背景對于氨基酸含量有著一定的影響。通過定位控制氨基酸含量的ＱＴＬ，可以為將來通過分子標記輔助選擇提高稻米營養品質打下基礎。

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