摘要：蛋白質(zhì)和粗脂肪含量是評(píng)價(jià)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，控制水稻（Oryza sativa L.）糙米蛋白質(zhì)及脂肪含量的基因位點(diǎn)是數(shù)量性狀，檢測(cè)水稻糙米蛋白質(zhì)及脂肪含量的數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）對(duì)于水稻品質(zhì)遺傳育種具有重要的意義。通過明恢63和優(yōu)質(zhì)泰國(guó)香米KDML105兩個(gè)秈稻品種為親本雜交的重組自交系（Recombinant inbred line， RIL）群體構(gòu)建了包含113個(gè)簡(jiǎn)單重復(fù)序列標(biāo)記（SSR）的遺傳連鎖圖譜，對(duì)2009、2010年群體的蛋白質(zhì)和粗脂肪含量進(jìn)行了QTL定位。2009年檢測(cè)到5個(gè)QTLs，其中蛋白質(zhì)含量檢測(cè)到2個(gè)QTLs，單個(gè)QTL貢獻(xiàn)率分為別為5.44%和5.52%；粗脂肪含量檢測(cè)到3個(gè)QTLs，單個(gè)QTL貢獻(xiàn)率為5.42%～7.30%。2010年蛋白質(zhì)含量檢測(cè)到3個(gè)QTLs，單個(gè)QTL可解釋表型變異為6.24%～20.75%；未檢測(cè)到粗脂肪含量QTL。此外，還檢測(cè)到14對(duì)粗脂肪含量和8對(duì)蛋白質(zhì)含量的上位性QTLs。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；蛋白質(zhì)；粗脂肪；重組自交系；數(shù)量性狀位點(diǎn)

中圖分類號(hào)：S511.2+1；Q943.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2012）21-4709-05

QTLs Mapping of Protein Content and Crude Fat Content in Rice

HUANG Qin，YU Bo，NASSIROU Tondi-yacouba，GAO Guan-jun，ZHANG Qing-lu，HE Yu-qing

（National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement， Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China）

Abstract： Protein content and fat content in rice are important traits for evaluation of nutrient quality which was controlled by polygenes. Recombinant inbred lines （RIL） population derived from a cross between two indica rice varieties， Minghui63 and KDML105， were used to construct a linkage map consisting of 113 simple sequence repeat （SSR） markers. Quantitative trait loci （QTLs） mapping for controlling grain fat and protein content were conducted in 2009 and 2010. 5 QTLs were identified in 2009， including 2 QTLs for grain protein content and 3 QTLs for grain fat content； the phenotypic variation explained by individual QTL ranged from 5.44%～5.52% in protein content and 5.42%～7.30% in fat content. In 2010， 3 QTLs were detected for grain protein content and the phenotypic variation explained by individual QTL ranged from 6.24%～20.75%.

Key words： rice（Oryza sativa L.）； protein content； fat content； RIL； quantitative trait loci （QTL）

世界上超過一半的人口都以水稻為主食，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在產(chǎn)量基本穩(wěn)定的前提下，水稻的品質(zhì)成為主導(dǎo)稻米市場(chǎng)的主要因素。稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)包括稻米中的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦質(zhì)元素等，其中蛋白質(zhì)和脂肪含量最為重要。稻米蛋白質(zhì)易被人體消化吸收，且氨基酸配比均衡，賴氨酸含量也較高，是評(píng)價(jià)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。稻米中的脂類含量雖然不高，卻是組成生物細(xì)胞必不可少的物質(zhì)，而且是影響米飯可口性的主要因素，在一定范圍內(nèi)提高脂肪含量可以改善米飯的香味、光澤度和適口性。目前對(duì)水稻品質(zhì)的研究主要集中在加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)等性狀上[1-3]，而關(guān)于稻米蛋白質(zhì)和脂肪的遺傳研究相對(duì)較少。

Wang等[4]利用RIL群體通過氨基酸研究蛋白質(zhì)，共定位到18個(gè)控制氨基酸含量的QTLs，其中3個(gè)主效QTLs分別位于第1染色體上RM315～RM104區(qū)間、第2染色體上RM322～RM521和RM556～RM80區(qū)間。Zhong等[5]利用珍汕97和德隴208構(gòu)建的RIL群體對(duì)兩年氨基酸數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL定位，共檢測(cè)到6個(gè)QTLs，其中位于第1染色體RM493～RM562區(qū)間的qPr1和位于第7染色體的RM445～RM418區(qū)間的qPr7在兩年中被重復(fù)檢測(cè)到。另外，前人也對(duì)蛋白質(zhì)QTL進(jìn)行了定位研究[6-9]，通過比較這些QTLs，發(fā)現(xiàn)很多效應(yīng)較大和年度間重復(fù)性較好的QTLs處于染色體相同區(qū)間，同時(shí)也有很多QTLs位置不一樣，說明蛋白質(zhì)基因定位結(jié)果比較準(zhǔn)確可信，同時(shí)也說明水稻蛋白質(zhì)含量的遺傳較復(fù)雜。

關(guān)于脂肪含量的遺傳和QTL定位，前人利用不同的群體分別在第5、7、10染色體檢測(cè)到幾個(gè)主效QTLs[10-12]。Liu等[13]在3個(gè)群體中共同檢測(cè)到一個(gè)主效QTL，該QTL位點(diǎn)位于第5染色體RM87～RM334區(qū)間，在3個(gè)群體中貢獻(xiàn)率為10.67%～25.77%。上述研究結(jié)果表明由于水稻脂肪含量較低，測(cè)定復(fù)雜，所以檢測(cè)到控制稻米脂肪含量的QTL數(shù)目較少，并且不同的研究者之間的結(jié)果差異較大。

本研究通過明恢63和優(yōu)質(zhì)泰國(guó)香稻KDML105構(gòu)建的186個(gè)RIL（F7、F8）群體，結(jié)合兩年蛋白質(zhì)和粗脂肪含量表型數(shù)據(jù)，利用已構(gòu)建的包含有113對(duì)SSR標(biāo)記的遺傳連鎖圖譜對(duì)蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量進(jìn)行QTL初步定位，為揭示控制稻米蛋白質(zhì)和脂肪含量的品質(zhì)性狀的遺傳基礎(chǔ)和培育優(yōu)質(zhì)水稻新品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究利用由親本明恢63和KDML105構(gòu)建的186個(gè)F7、F8 RIL群體，于2009、2010年分別種植于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)。每個(gè)家系種植兩行，每行12株。水稻子粒成熟后，每個(gè)株系混合收種，自然放置3個(gè)月后置于干燥器中待用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法 依據(jù)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水稻分子育種組建立的糙米蛋白質(zhì)模型，用近紅外光譜分析技術(shù)（NIRS）對(duì)群體蛋白質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 粗脂肪含量的測(cè)定方法 采用索氏抽提法（殘余法，GB/T 5512—1985）測(cè)定稻米的粗脂肪含量。

1.3 QTL的檢測(cè)

根據(jù)構(gòu)建好的分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜，利用WinQTLCart 2.5對(duì)蛋白質(zhì)和粗脂肪含量進(jìn)行QTL初步定位，LOD≥2.0為檢測(cè)QTL的閾值。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖譜構(gòu)建

通過全基因組篩選明恢63和KDML105的 SSR多態(tài)性標(biāo)記，共獲得113個(gè)SSR標(biāo)記構(gòu)建了該遺傳連鎖圖譜，組成11個(gè)連鎖群，總圖距1 840 cM，其中第10染色體上未找到多態(tài)性標(biāo)記。

2.2 蛋白質(zhì)和粗脂肪含量

2009年親本明恢63和KDML105的蛋白質(zhì)含量分別為99.81、103.10 mg/g，重組自交系群體平均蛋白質(zhì)含量為108.34 mg/g，群體變異范圍為96.89～123.09 mg/g；2010年親本明恢63和KDML105的蛋白質(zhì)含量分別為116.52、118.17 mg/g，群體平均蛋白質(zhì)含量為113.28 mg/g，群體變異范圍為102.30～124.62 mg/g。2009年親本明恢63和KDML105的粗脂肪含量分別為3.13%、2.70%，群體平均粗脂肪含量為3.26%，群體變異范圍為2.56%～4.04%；2010年親本明恢63和KDML105的粗脂肪含量分別為3.45%和3.03%，群體平均粗脂肪含量為3.29%，群體變異范圍分別為2.53%～3.98%（表1）。由以上數(shù)據(jù)可以看出蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量均表現(xiàn)出雙向超親分離現(xiàn)象。

在兩年間，蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量在群體中都呈現(xiàn)連續(xù)分布（圖1），因此這兩個(gè)性狀都受多基因控制，為數(shù)量遺傳性狀，適合用于QTL分析。

2.3 蛋白質(zhì)與粗脂肪含量的QTL定位結(jié)果

對(duì)糙米蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量進(jìn)行了QTL檢測(cè)和基因效應(yīng)分析，檢測(cè)結(jié)果見表2和圖2。共檢測(cè)到5個(gè)水稻糙米蛋白質(zhì)含量QTLs，其中2009年檢測(cè)到2個(gè)QTLs，分別位于第6、11染色體上，單個(gè)QTL對(duì)群體糙米蛋白質(zhì)含量表型變異的貢獻(xiàn)率分別為5.44%和5.52%，聯(lián)合貢獻(xiàn)率為10.96%；2010年檢測(cè)到3個(gè)QTLs，分別位于第3和第12染色體上，單個(gè)QTL對(duì)群體糙米蛋白質(zhì)含量表型變異的貢獻(xiàn)率為6.24%～20.75%，聯(lián)合貢獻(xiàn)率為37.92%。其中，位于第12染色體的RM20～RM28316區(qū)間的qPC-12-1效應(yīng)最大，貢獻(xiàn)率達(dá)20.75%，其加性效應(yīng)值為-2.020 0，其增效等位基因來自KDML105，KDML105為高值親本；位于第12染色體的qPC-12-2的效應(yīng)次之，貢獻(xiàn)率為10.93%，其加性效應(yīng)值為-1.480 0，同樣是來自KDML105的等位基因解釋變異；其他QTLs的增效等位基因也均來源于KDML105。

粗脂肪含量在2009年檢測(cè)到3個(gè)QTLs，分別位于第1、7和8染色體上，單個(gè)QTL對(duì)粗脂肪含量表型變異的貢獻(xiàn)率為5.42%～7.30%，聯(lián)合貢獻(xiàn)率為19.16%，其中位于第7染色體RM11～RM3394區(qū)間的qFC-7的效應(yīng)最大，加性效應(yīng)值為-0.000 7，親本KDML105等位基因增加粗脂肪含量，對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率為7.30%，但是KDML105為粗脂肪含量低值親本。另外兩個(gè)QTL的加性效應(yīng)均為負(fù)值，說明增效等位基因也均來源于KDML105（表2）。2010年未檢測(cè)到粗脂肪含量QTL位點(diǎn)。

2.4 蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的上位性QTL分析結(jié)果

對(duì)粗脂肪含量進(jìn)行上位性QTL分析，共檢測(cè)到14對(duì)與粗脂肪含量相關(guān)的上位性QTLs，聯(lián)合貢獻(xiàn)率42.00%，并且14對(duì)上位性QTLs貢獻(xiàn)率相同（表3），其原因有待進(jìn)一步探討。總的來看，在粗脂肪含量的變異中，上位性QTLs占主導(dǎo)地位，主效QTLs只解釋了19.16%的表型變異（表2）。

蛋白質(zhì)含量共檢測(cè)到8對(duì)上位性QTLs，這些QTLs分布在第1、2、4、5、6、8、9以及11染色體上，聯(lián)合貢獻(xiàn)率為29.94%，其中第6染色體上的主效QTL（RM402～RM5963）和第11染色體上的主效QTL（RM332～RM26386）參與了上位性互作（表4）。

3 討論

3.1 水稻糙米蛋白質(zhì)含量的QTLs分析

水稻蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法較為復(fù)雜，關(guān)于水稻糙米蛋白質(zhì)含量的QTL定位的報(bào)道比較少。近年來，隨著近紅外儀技術(shù)越來越成熟，關(guān)于用近紅外儀測(cè)定水稻品質(zhì)性狀的報(bào)道也越來越多。謝新華等[14]在NITS定量分析單粒稻谷蛋白質(zhì)含量研究中通過內(nèi)部交叉驗(yàn)證和外部驗(yàn)證結(jié)果表明近紅外定量分析有很高的準(zhǔn)確度。因此，目前近紅外光譜法可以較好地替代單粒稻谷常規(guī)化學(xué)方法對(duì)水稻稻米品質(zhì)進(jìn)行分析。

本研究采用水稻分子遺傳育種組利用203份核心種質(zhì)的蛋白質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果建立的近紅外儀模型（內(nèi)部未發(fā)表數(shù)據(jù)）檢測(cè)材料的糙米蛋白質(zhì)含量，利用已構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜，采用復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)水稻糙米蛋白質(zhì)含量進(jìn)行QTL定位，共檢測(cè)到5個(gè)水稻糙米蛋白質(zhì)含量QTLs，分別為qPC-3、qPC-6、qPC-11、qPC-12-1和qPC-12-2，位于第3、6、11和12染色體上（表2）。qPC-6與第6染色體上的Wx基因位置相近，Tan等[15]也定位到Wx基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)含量有較大影響。本研究所定位的qPC-3、qPC-6和qPC-11與于永紅等[16]檢測(cè)到的稻米蛋白質(zhì)含量位于相近區(qū)域，說明了這3個(gè)位點(diǎn)是可信的。而qPC-12-1和qPC-12-2這兩個(gè)QTLs，并沒有在前人的研究中被檢測(cè)到，而且效應(yīng)和貢獻(xiàn)率均較小，可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)含量受環(huán)境影響較大。

3.2 水稻糙米粗脂肪含量的QTLs分析

本研究共檢測(cè)到3個(gè)控制粗脂肪含量的QTLs，分別為qFC-1、qFC-7和qFC-8，位于第1、7和8染色體上（表2）。其中qFC-8與于永紅等[16]定位的qLc-8位置接近，其余的均屬于新檢測(cè)到的QTLs。粗脂肪含量檢測(cè)到的QTLs對(duì)表型的貢獻(xiàn)率均較小，并且兩年沒有重復(fù)檢測(cè)到，說明粗脂肪為復(fù)雜的數(shù)量性狀，受多基因控制，其性狀的表達(dá)是通過眾多基因在特定遺傳背景和環(huán)境下相互作用的結(jié)果。另外有研究表明，水稻子粒不同發(fā)育時(shí)期粗脂肪含量差異較大，因此取樣時(shí)間上的差異會(huì)對(duì)QTL定位結(jié)果有很大的影響。

3.3 水稻糙米蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的上位性QTL分析

粗脂肪含量14對(duì)上位性O(shè)TLs互作效應(yīng)的總效應(yīng)大于3個(gè)主效OTLs加性效應(yīng)之和，說明RIL群體內(nèi)上位性效應(yīng)是比加性效應(yīng)更重要的遺傳效應(yīng)?？梢姷久状种竞渴怯芍餍Щ蚝蜕衔恍孕?yīng)共同作用的一類性狀，同時(shí)也可能有環(huán)境效應(yīng)的作用，遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，這也解釋了檢測(cè)到的QTL很少的原因。但此次檢測(cè)到的14對(duì)上位性QTLs經(jīng)反復(fù)檢驗(yàn)貢獻(xiàn)率相同，其原因有待進(jìn)一步探索。

通過對(duì)蛋白質(zhì)含量?jī)赡陻?shù)據(jù)聯(lián)合分析表明，基因互作可以是同一染色體上不同位點(diǎn)間的互作，也可以是不同染色體上位點(diǎn)間的互作。同時(shí)互作還可以發(fā)生在QTL與QTL、QTL與非QTL、非QTL與非QTL之間，這些基因互作表明基因間的關(guān)系復(fù)雜。

3.4 水稻糙米蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的分子遺傳改良

KDML105是品質(zhì)優(yōu)良且為國(guó)際著名的泰國(guó)香稻，也是泰國(guó)出口的主要香米品種。前期我們知道其主要特點(diǎn)是具有合適的直鏈淀粉含量、膠稠度和糊化溫度，且適口性較好。本研究通過明恢63和KDML105構(gòu)建的重組自交系群體定位了蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的QTLs，發(fā)現(xiàn)這兩種QTLs全部來自KDML105，說明蛋白質(zhì)和粗脂肪含量對(duì)KDML105其他方面的優(yōu)質(zhì)可能具有一定促進(jìn)作用。根據(jù)這一結(jié)果，可以將本研究的QTLs通過分子標(biāo)記輔助選擇改良我國(guó)水稻品種，如明恢63等，可能具有較好的品質(zhì)改良效果。

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收稿日期：2012-05-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30971550）；國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA101102）；植物轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)（2011ZX08001-002）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水稻產(chǎn)業(yè)

技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-01-03）

作者簡(jiǎn)介：黃 覃（1986-），女，湖北荊州人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)樗痉肿佑N，（電話）13036150850（電子信箱）qingzi3226@163.com；

通訊作者，何予卿，教授，（電子信箱）yqhe@mail.hzau.edu.cn。