水稻穗長和有效穗數的QTL定位分析

劉穎+葉生鑫+彭強+張大雙+吳健強+王際鳳+黃培英+朱速松

摘要：水稻的穗長和有效穗數與產量有著密切的關系。本試驗以秈稻品系中的V20B為母本，爪哇稻品系中的CPSLO17為父本雜交，經單粒傳法構建重組自交系（RIL）為作圖群體，對水稻穗長和有效穗數2個穗部性狀進行QTL定位及分析。利用SLAF標簽構建的高密度遺傳圖譜，結合定位軟件MapQTL5進行區間作圖，閾值設為3.9，在3條染色體上共檢測到7個QTL，其中5個控制穗長QTL（qPL1-1、qPL1-2、qPL6-1、qPL6-2、qPL6-3）分別位于第1、第6號染色體上，QTL的貢獻率分別為6.41%、22.22%、6.15%、12.24%、13.01%，增效位點主要來自于CPSLO17，且qPL1-1為一個新的QTL；2個控制有效穗數QTLs（qPN1、qPN4）分別位于第1、第4號染色體上，QTL的貢獻率分別為13.15%、8.18%，且增效位點來自于親本V20B。這些位點的標記為進一步克隆穗長和有效穗數QTL及分子標記輔助選擇奠定理論基礎。

關鍵詞：水稻；QTL；穗長；有效穗數；產量

中圖分類號：S511.03

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0086-04

提高水稻產量始終是水稻育種追求的目標[1]，水稻產量的構成包括千粒質量、單株有效穗數、每穗實粒數、結實率4個部分，其中有效穗數的變化對產量高低有著舉足輕重的影響。水稻產量的構成與水稻各種穗部性狀有著密切的關系[2]，穗長是水稻穗部性狀的一個重要組成部分，在實踐育種中，雖然穗長這一性狀被廣泛研究，但在闡明其與產量構成關系上卻沒有引起足夠的重視[3]。因此，定位分析控制水稻穗長和有效穗數的QTL及分析二者關系更能直接有效地為分子標記輔助選擇培育高產品種提供依據。目前，大量研究表明，水稻穗長[4]和有效穗數[5]2個穗部相關性狀為多基因控制的數量性狀。近年來，關于穗長和有效穗數的QTL定位分析已有許多報道。潘英華等利用日本晴/B0801的F2群體定位了4個穗長QTLs[6]，分別位于第1、第2、第5、第9號染色體上，其中qPL9-1為主效QTL。袁愛平等利用中156/谷梅2號的RIL群體，在不同的環境下，對有效穗數進行非條件和條件QTL定位分析，定位3個有效穗數QTLs，分別位于第2、第7號染色體上[7]。徐建龍等利用Lemont/特青的RIL群體，檢測出4個影響有效穗數的QTLs，分別位于第3、第4、第11、第12號染色體上[8]。

高密度遺傳連鎖圖譜在基因和基因組的精細定位和圖位克隆的應用中發揮著重要作用。SLAF-seq技術是基于SNP的簡化基因組深度測序技術，該技術相比RAPD、RFLP、SSR等傳統的定位方法具有通量高、準確性高、成本低、周期短、有效reads長、適用性廣等突出優勢[9]。目前，該技術在國內外已成功用于大豆[10]、芝麻[11]、黃瓜[12]等眾多領域的遺傳圖譜構建和QTL定位，且在國內也有用于水稻耐冷和粒質量等性狀的研究，宋佳諭等利用此技術進行水稻苗期耐冷關聯分析[13]；Xu等利用此技術對水稻粒質量進行QTL定位[14]。但將此方法應用于水稻穗長和有效穗數研究上的卻少有報道，因此，本研究較先采用SLAF-seq技術，以V20B和CPSLO17為雙親，利用覆蓋12條染色體標記平均距離為0.29 cM的由8 602個高質量SLAF標簽構建的高密度遺傳連鎖圖譜，結合表型數據對V20B/CPSLO17構建的重組自交系群體（recombinant inbred lines，RILs）的穗長和有效穗數2個性狀進行遺傳分析，以期為水稻穗長和有效穗數性狀相關基因的精細定位、克隆及分子育種提供相關信息。

1 材料與方法

1.1 材料

以分蘗強、穗長短、配合力強秈稻V20B為母本，以分蘗弱、穗長長、廣親和性爪哇稻CPSLO17為父本進行雜交，通過單粒傳法連續自交后得到重組自交系群體。

1.2 田間種植與試驗方法

1.2.1 田間種植 2015年于貴州省水稻研究所內種植雙親和RILs群體，每株系種4行，每行10株，種植行距為寬窄行（寬行30 cm、窄行20 cm）、株距20 cm，單本種植，常規栽培管理。

1.2.2 性狀考察 成熟后，親本分別隨機取5株，每株取3穗，測量穗長，取平均值；隨機選取5株考察有效穗數；隨機取150個RIL群體考察穗長和單株有效穗數。穗長是指主穗頸節到穗頂的長度（不包括芒）；單株有效穗數是指單株內實粒數在5粒以上稻穗的數目。

1.3 QTL分析

本試驗群體SLAF標簽的分子數據由北京百邁克生物科技有限公司提供，該分子數據是利用SLAF-seq（specific-locus amplified fragment sequencing）技術和HighMap 軟件聯合開發所得。該遺傳圖譜共包含8 602個高質量SLAF標簽，較均勻地分布在水稻的12條染色體上；覆蓋水稻全基因組 2 508.65 cM，平均每隔0.292 cM分布有1個分子標記。采用軟件IciMapping4.0的ICIM-ADD方法進行QTL定位分析，掃描步長設定為0.1 cM，LOD值設定為3.0，計算每個QTL對水稻穗長和有效穗數的貢獻率及加性效應，參照 McCouch 等提出的方法[15]對所檢測到的QTL進行命名，其中加性效應值為正指增效等位基因來自于親本V20B，負值則來源于親本CPSLO17。

2 結果與分析

2.1 雙親與RIL群體穗長和有效穗數的表型數據

父本V20B穗長為17.5 cm，有效穗數為16.8個；母本CPSLO17穗長為21.2 cm，有效穗數為10.4個（表1）。2個性狀的偏度和峰度均小于1，表明穗長和有效穗數2個性狀在群體上均呈正態分布，都為多基因控制的數量性狀。穗長和有效穗數頻度分布見圖1、圖2。

2.2 穗長和有效穗數性狀的QTL分析

共檢測到影響穗長和有效穗數2個性狀的7個QTL（表2、圖3），分布于第1、第4、第6號3條染色體上。

檢測到5個穗長QTLs，分別位于第1、第6號染色體上，其中qPL1-1被定位于遺傳距離為0.676 cM的Marker614194-Marker644674之間，LOD值為3.37，對表型變異的解釋率為6.41%；qPL1-2被定位于遺傳距離為0.400 cM的Marker741439-Maeker628192之間，LOD值為10.4，對表型變異的解釋率為22.22%；qPL6-2被定位于遺傳距離為 0.600 cM 的Marker1276321-Marker1234489之間，LOD值為6.13，對表型變異的解釋率為12.24%；qPL6-3被定位于遺傳距離為0.400 cM 的Marker1234489-Marker1320428之間，LOD值為6.57，對表型變異的解釋率為13.01%，以上4個QTLs的增性等位基因均來自親本CPSLO17；qPL6-1被定位于遺傳距離為0.669 cM 的Marker1335574-Marker1231102之間，LOD值為3.23，對表型變異的解釋率為6.15%，其增性等位基因來自親本V20B（表2）。

檢測到2個有效穗數的QTLs，其中qPN1被定位于遺傳距離為0.200 cM的 Marker727245-Marker733801之間，LOD值為4.93，對表型變異的解釋率為13.15%；qPN4被定位于遺傳距離為0.326 cM的Marker470548-Marker358668之間，LOD值為3.23，對表型變異的解釋率為8.18%，二者的增性等位基因均來自親本V20B（表2）。

3 結論與討論

水稻品種可以分為大穗型、中間型和多穗型，不論是大穗型還是多穗型品種都有獲得高產的實例[16]，在育種實踐中更希望能獲得兼具穗長長和有效穗數多的水稻品種。但大多數穗長相關的QTL與有效穗數的QTL定位在不同的染色體上，如果能通過標記輔助實現穗長與有效穗數的重組，使二者聚合在同一染色體上，則有可能培育出兼具有穗長長和有效穗數多的水稻品種。本研究以V20B/CPSLO17 RIL為作圖群體，對水稻穗長及有效穗數進行定位分析，結果發現在第1、第6號染色體上共檢測到5個控制水稻穗長的QTLs，在第1號、第4號染色體上各檢測到1個控制水稻有效穗數的QTL，其中第1號染色體上檢測到同時存在控制穗長和有效穗數的QTL且在相近區域。

將Gramene網站（www.gramene.org，截至2015年11月）上已公布的272 個穗長QTLs和43個有效穗數QTLs與本試驗結果進行對比，結果發現本試驗定位出的控制穗長性狀5個QTLs中，位于Marker614194-Marker644674間的qPL1-1（2個Marker間遺傳距離為0.676 cM），沒有發現與之相同的QTL，推測其是一個新的QTL。其余4個QTLs（qPL1-2、qPL6-1、qPL6-2、qPL6-3）定位出的區間均包含于前人定位的區間內，可能是相同的位點。位于 Marke1335574-Marker1231102 間的qPL6-1（2個Marker間遺傳距離為 0.669 cM），包含于Cho等定位的qPL-6-2（2個Marker間遺傳距離為12.3 cM）區間之內[17]；位于Marker1276321-M1320428間的qPL6-2（2個Marker間遺傳距離為0.600 cM）和qPL6-3（2個Marker間遺傳距離為 0.400 cM）包含于Suh等定位的qPL6（2個Marker間遺傳距離為35.4 cM）區間內[18]。位于Marke741439-Marker628912間的qPL1-2（2個Marker間遺傳距離為0.400 cM）具有較高的LOD值，在與前人的對比中發現，Hittalmani等定位的qPL-1（2個Marker間遺傳距離為35.4 cM）[19]、張亞東等定位的qPL1（2個Marker間遺傳距離為18.8 cM）[20]、姜恭好等定位的qPL1（兩Marker間遺傳距離為15.3 cM）[21]均有發現此QTL，由此推測qPL1-2是一個穩定遺傳的QTL。

控制有效穗的2個QTL中，位于Marker727245-Marker733801間的qPN1（2個Marker間遺傳距離為0.200 cM）與Lanceras等在DH群體中定位的qpn1.1（2個Marker間遺傳距離為16.9 cM）[22]有部分重疊，且在此區段內發現1個與有效穗數有關的基因THIS1[23]，THIS1基因可能參與獨腳金內酯和生長素等激素信號通路，在調控水稻分蘗形成過程中發揮重要作用。位于Marker470548-Marker358668間的qPN4（2個Marker間遺傳距離為0.326 cM）則包含于Lanceras在DH群體中定位qpn4.10（2個Marker間遺傳距離為69.5 cM）區間之內[22]。

本試驗利用SLAF標簽構建的高密度遺傳連鎖圖譜結合表型數據，定位到1個新的控制水稻穗長的QTL，其余6個QTLs均處于前人定位的區間范圍內，因此推測是相同的QTL，但此6個QTLs的定位區間與前人相比較更加精細。說明使用SLAF-seq技術能更加精細地定位出QTL的位置，從而有利于縮小候選基因選擇范圍和快速準確地進行相關基因克隆。

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