水稻抽穗期QTL鑒定及重疊群作圖

柳絮等

摘要：以40個(gè)單片段代換系（Single Segment Substitution Lines， SSSLs）為試材，分別在2012和2013年對(duì)水稻抽穗期QTL進(jìn)行分析，其中30個(gè)SSSLs能夠在兩年中重復(fù)檢出，占檢出SSSLs的78.9%。經(jīng)重疊群作圖分析，鑒定出11個(gè)抽穗期QTL，分別位于第1、2、3、4、6、8、10染色體上，這些QTL具有較大的加性效應(yīng)，且受環(huán)境影響較小。

關(guān)鍵詞：水稻；單片段代換系；數(shù)量性狀基因座；抽穗期

中圖分類號(hào)：Q943文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）02-0001-07

水稻是最主要的糧食作物之一，抽穗期決定著品種的地區(qū)和季節(jié)適應(yīng)性，是水稻育種的重要目標(biāo)性狀之一[1]。抽穗期屬于數(shù)量性狀，遺傳基礎(chǔ)較為復(fù)雜，一般認(rèn)為抽穗期是由主效基因和微效基因共同控制的[2]，對(duì)抽穗期基因進(jìn)行定位并研究其遺傳效應(yīng)具有重要的理論和實(shí)踐意義。近年來(lái)，隨著DNA分子標(biāo)記技術(shù)的建立與發(fā)展，研究者利用各種作圖群體對(duì)水稻抽穗期基因進(jìn)行研究。目前，Gramene網(wǎng)站公布了732個(gè)抽穗期QTL（Quantitative Trait Locus），分布于12條染色體上，其中第3染色體上定位的QTL較多，第10染色體上最少。利用分子標(biāo)記進(jìn)行水稻抽穗期QTL鑒定已有不少研究報(bào)道[3～12]。Li等[3]利用Lement/Teqing組合的F4群體定位了3個(gè)抽穗期QTL。Yu等[4]利用240個(gè)Zhanshan 97/Minghui 63的F2∶3代家系檢測(cè)到6個(gè)抽穗期QTL和許多對(duì)抽穗期有顯著影響的互作QTL。周勇等[5]利用粳稻日本晴/秈稻廣陸矮4號(hào)的BC4F3分離群體定位了一個(gè)早抽穗的隱性基因，位于第8染色體，命名為qHD8.1 。何鳳華等[6]以6個(gè)水稻品種的52個(gè)單片段代換系為試驗(yàn)材料鑒定出20個(gè)抽穗期QTL，并利用H08-03-01與華粳秈74雜交的F2群體對(duì)qHD3-1進(jìn)行了定位。Wang等[7]利用SSSL W05-1-11-5-16-2-5/華粳秈74組合的F2∶3代精細(xì)定位了一個(gè)水稻抽穗期QTL。Eshed和Zami[8]用50個(gè)單片段導(dǎo)入系對(duì)番茄的果實(shí)體積和可溶性固形物兩個(gè)性狀進(jìn)行QTL鑒定，結(jié)果表明用導(dǎo)入系鑒定出的QTL為傳統(tǒng)作圖群體的2倍。Wang等[9]利用SSSL W23-03-8-9-1/華粳秈74組合的F2∶3代，將一個(gè)第3染色體上的極晚抽穗期基因定位在29.5 kb的區(qū)域內(nèi)。李廣賢等[10]從兩個(gè)水稻單片段代換系雜交分離群體中篩選到8個(gè)次級(jí)單片段代換系和2個(gè)雙片段聚合系（Double Segment Pyramiding Lines， DSPLs），經(jīng)重疊群作圖分析，鑒定出2個(gè)與抽穗期有關(guān)的QTL。劉冠明等[11]利用單片段代換系在水稻基因組230.00 cM的代換片段上共鑒定出17個(gè)性狀的57個(gè)QTL，平均每個(gè)性狀鑒定出3.35個(gè)QTL。任德勇等[12] 以16個(gè)單片段代換系和15個(gè)雙片段聚合系為材料研究了水稻穗長(zhǎng)QTL的加性及上位性效應(yīng)，共檢測(cè)到6個(gè)穗長(zhǎng)QTL和9對(duì)基因互作座位。

進(jìn)行數(shù)量性狀的研究，合適的作圖群體至關(guān)重要。目前對(duì)水稻等自花授粉作物進(jìn)行QTL定位的常用群體有F2/F3、BC1、DH和RILs等，由于遺傳群體的局限性[13]，QTL之間存在較為復(fù)雜的互作，有些遺傳率低、對(duì)表型效應(yīng)貢獻(xiàn)小的QTL常不能準(zhǔn)確鑒定出來(lái)，使得對(duì)QTL的數(shù)目估計(jì)偏少，而對(duì)QTL效應(yīng)估計(jì)偏高，因此QTL定位存在精確性不高的缺點(diǎn)[14]。究其原因，主要是受群體內(nèi)遺傳背景的影響[15，16]。為了克服以上不足，一些減少遺傳背景干擾的次級(jí)作圖群體，如導(dǎo)入系（ILs）、染色體片段代換系（CSSLs）、近等基因系（NILs）等已用于QTL分析。單片段代換系（SSSLs）是通過(guò)高代回交和分子標(biāo)記輔助選擇構(gòu)建的、只含有供體親本的一個(gè)染色體片段、遺傳背景與受體親本相同的品系。本研究利用40個(gè)單片段代換系為試驗(yàn)材料，對(duì)水稻全基因組進(jìn)行抽穗期QTL鑒定，并借助重疊群作圖法，把抽穗期QTL定位在特定的染色體區(qū)段上。

1材料與方法

1.1供試材料

40個(gè)單片段代換系和受體親本華粳秈74，由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院張桂權(quán)教授惠贈(zèng)。40個(gè)單片段代換系的代換片段分布于除第5、7、9染色體外的其它9條染色體上。代換片段、所在染色體及代換片段長(zhǎng)度見表 1。

3討論

與傳統(tǒng)QTL分析方法相比，利用單片段代換系進(jìn)行QTL 定位具有明顯的優(yōu)勢(shì)：其準(zhǔn)確度和靈敏度較高，定位結(jié)果實(shí)用性強(qiáng)，縮短了數(shù)量性狀遺傳學(xué)家與育種家之間的距離[19]。而且由于單片段代換系是純合的永久性群體，可以進(jìn)行多點(diǎn)多重復(fù)試驗(yàn)，有效控制田間誤差，使QTL定位更加準(zhǔn)確。

本研究用于鑒定的40個(gè)水稻SSSLs中，30個(gè)能夠在兩年中重復(fù)檢出，占檢出SSSLs的78.9%。共鑒定出11個(gè)抽穗期QTL，分別位于第1、2、3、4、6、8、10 染色體上，其中3個(gè)為早抽穗基因座位，8個(gè)為晚抽穗基因座位。位于第1染色體的QTL（qHD1-1）與趙芳明等[20]定位的抽穗期QTL（HD-1）位于相同的染色體區(qū)段；位于第3、10染色體的QTL（qHD3、qHD10）與何鳳華等[6]定位的抽穗期QTL（qHD3-1、qHD10-2）位于相同的染色體區(qū)段。qHD6-1區(qū)間內(nèi)有兩個(gè)抽穗期基因被克隆：Hd3b 和 RFT1，這兩個(gè)基因分別是短日照和長(zhǎng)日照條件下調(diào)控水稻開花的決定因子[21]，qHD6-1的目標(biāo)基因是這兩個(gè)基因中的哪一個(gè)還需要進(jìn)一步深入研究。qHD8-1在染色體上的位置及功能均和已克隆的抽穗期基因Ghd8相似，Ghd8 對(duì)水稻抽穗期和產(chǎn)量性狀兼具主效作用，其遲熟等位基因能提高株高、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)和產(chǎn)量[21]。趙芳明等[20]研究表明，不同的性狀，QTL穩(wěn)定性不同，千粒重、粒長(zhǎng)、谷粒長(zhǎng)寬比、抽穗天數(shù)等性狀的QTL較穩(wěn)定。利用單片段代換系可以有效地對(duì)水稻抽穗期QTL進(jìn)行多年多季的穩(wěn)定性分析。本研究為進(jìn)一步進(jìn)行QTL定位以及水稻品種的改良奠定了基礎(chǔ)。

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