許順菊，向珣朝，康翠芳，龍小林，蘇文麗，楊博文，吳家富

（西南科技大學(xué)植物分子遺傳育種實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽621010）

回交重組自交系中SSⅢ-1、SBE3和PUL基因?qū)Φ久渍糁笫澄镀焚|(zhì)的影響

許順菊，向珣朝*，康翠芳，龍小林，蘇文麗，楊博文，吳家富

（西南科技大學(xué)植物分子遺傳育種實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽621010）

該研究利用顆粒結(jié)合淀粉合成酶基因（Wxb）與可溶性淀粉合成酶Ⅱa基因（SSⅡ-3）均相同的秈型光溫敏核不育系‘廣占63S'和潛力恢復(fù)系CG173R為親本，經(jīng)過回交和多代自交，以構(gòu)建的回交重組自交系（BILs）BC1F10代株系為供試材料，分析各株系的基因型組成及其蒸煮食味品質(zhì)（ECQs）和RVA譜，以解析與品質(zhì)相關(guān)微效基因的遺傳效應(yīng)。結(jié)果顯示：（1）雙親在焦磷酸化酶大亞基基因（AGPlar）、分支酶基因Ⅲ（SBE3）、脫分支酶基因（PUL）、可溶性淀粉合成酶Ⅰ基因（SSⅠ）和可溶性淀粉合成酶SSⅢ-1基因（SSⅢ-1）的基因位點(diǎn)存在差異。（2）SSⅢ-1、SBE3和PUL基因分別在BC1F10代株系中存在單基因分離，SSⅢ-1和SBE3基因、SSⅢ-1和PUL基因在BC1F10代株系中均存在雙基因的分離。（3）不同基因型及其互作與蒸煮食味品質(zhì)（ECQs）中的表觀直鏈淀粉含量（AAC）、膠稠度（GC）以及RVA譜的部分特征值存在顯著或極顯著的效應(yīng)。（4）SSⅢ-1單基因只對AAC有極顯著影響；SBE3基因和SSⅢ-1基因互作對AAC有極顯著影響，對峰值時(shí)間（PeT）、成糊溫度（Pa T）、GC有顯著性影響；PUL基因和SSⅢ-1基因互作對PeT、PaT和回復(fù)值（CSV）有極顯著影響，對最高粘度（PKV）、熱漿粘度（HPV）、崩解值（BDV）、冷漿粘度（CPV）、消減值（SBV）、AAC和GC有顯著影響。研究表明，在Wxb和SSⅡ-3基因背景下，參與淀粉合成的微效基因SSⅢ-1與SBE3和SSⅢ-1的互作效應(yīng)極顯著影響水稻AAC，SBE3和SSⅢ-1的互作效應(yīng)與PUL和SSⅢ-1的互作效應(yīng)顯著影響GC，PUL和SSⅢ-1的互作效應(yīng)極顯著影響PaT，這些發(fā)現(xiàn)將對改良稻米品質(zhì)和加快水稻優(yōu)質(zhì)育種具有重要意義。

水稻（Oryza sativa L.）；回交重組自交系（BILs）；SSⅢ-1基因；SBE3基因；PUL基因

水稻是以淀粉為主的糧食作物之一。近幾十年來，水稻產(chǎn)量得到了大幅度提高，稻米品質(zhì)依舊普遍較低，使得育種研究者更加關(guān)注稻米品質(zhì)的改良。蒸煮食味品質(zhì)（eating and cooking qualities，ECQs）是稻米品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，通常用3個(gè)理化特性來衡量：表觀直鏈淀粉含量（apparent amylose content，AAC）、膠稠度（gelconsistency，GC）和糊化溫度（gelatinization temperature，GT）。稻米淀粉粘滯性譜（rice starch viscosity，RVA profile）反映的是稻米淀粉與一定量的水混合后的米漿在加熱、高溫和冷卻等條件下粘度不斷變化而呈現(xiàn)的糊化曲線，可以比較靈敏地反映不同水稻品種間淀粉的品質(zhì)差異［1］，因此稻米淀粉的粘滯特性也是反映食味品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。稻米品質(zhì)很大程度上取決于淀粉的品質(zhì)，稻米淀粉可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)及兩類淀粉所占比例共同決定了稻米淀粉品質(zhì)［2］。因此，深入研究稻米淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久桌砘匦缘挠绊懯情_展淀粉品質(zhì)遺傳改良的基礎(chǔ)。

直鏈淀粉的合成主要由顆粒結(jié)合淀粉合成酶基因（Wx）調(diào)控。支鏈淀粉的生物合成過程相當(dāng)復(fù)雜，由可溶性淀粉合成酶基因（SSS）、分支酶基因（SBE）和脫分支酶基因（DBE）協(xié)同調(diào)控合成［3-4］，每一類酶又有多個(gè)同工型（isoform）。近年來，稻米淀粉合成相關(guān)基因（starch synthesis-related genes，SSRGs）對理化指標(biāo)和RVA特征值的影響已經(jīng)有大量的報(bào)道，表明SSⅡ-3（可溶性淀粉合成酶基因）是調(diào)控GT的主效基因［5-9］，而GC、AAC以及大部分的RVA譜特征值主要由基因Wx調(diào)控［10-15］。已有的研究表明，控制各理化指標(biāo)的主效基因相同的品種，其品質(zhì)指標(biāo)卻存在著很大差異［16］，表明稻米淀粉合成不僅由上述主效基因調(diào)控，其他淀粉合成相關(guān)基因也參與其中，因此，也應(yīng)當(dāng)重視研究除主效基因以外的其他淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響。

可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase，SS）主要存在于質(zhì)體的基質(zhì)中，在葉片和貯藏器官中有多種同工型［17-20］，其與分支酶一起參與支鏈淀粉的合成。水稻可溶性淀粉合成酶包括SSⅠ、SSⅡ、SSⅢ和SSⅣ。SSⅢ-1和SSⅢ-2是SSⅢ基因的2種同工型，SSⅢ-1主要是在葉片中特異性表達(dá)［21-22］。與SSⅢ-1相比，SSⅢ-2與稻米品質(zhì)的關(guān)系更密切，但是王芳等研究表明SSⅢ-1對稻米ECQs及RVA譜同樣有影響。SBE3（SBEⅡb）是淀粉分支酶（starch branching enzyme，SBE）基因的1種，Nishi等研究發(fā)現(xiàn)水稻和玉米的直鏈淀粉擴(kuò)展體（ae）屬于SBE3功能缺失突變體，RBE3（SBE3家族）的活力減弱，或消失可能引起突變植株中直鏈淀粉含量的提高。同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)RBE3突變引起支鏈淀粉DP＜17的分支降低，特別是8＜DP＜12的分支比例［23］。PUL（即極限糊精酶基因）是脫分支酶（debranching enzyme，DBE）基因的1種，在水稻基因組中，只存在1個(gè)拷貝的PUL基因［24］。Kubo A等［25］和Fujita N等［26］研究證實(shí)PUL不僅參與水稻胚乳中的淀粉降解過程，而且在淀粉的合成過程中也發(fā)揮有一定作用。PUL基因發(fā)生突變后，胚乳中支鏈淀粉聚合度小于13的短鏈明顯增加，而B2-3鏈的平均鏈長要比野生型增加約3個(gè)葡萄糖殘基，說明PUL基因?qū)χф湹矸鄣木?xì)結(jié)構(gòu)起重要作用［26］。因此，研究SSⅢ-1、SBE3和PUL基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響有重要意義。

康翠芳等［27］研究了水稻淀粉合成相關(guān)基因SSⅠ、SSⅢ-1和PUL對稻米品質(zhì)的影響，表明PUL基因在后代分離過程中，不同基因型之間，GC、CSV具有顯著性差異。SSⅢ-1和SSⅠ基因的互作效應(yīng)對GT的效應(yīng)達(dá)極顯著水平，對AAC、GC、PKV、SBV的效應(yīng)達(dá)顯著水平。由于實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)較少，僅給出了平均值，未能對不同基因型組合品質(zhì)性狀的平均值作方差分析?；谏鲜龉ぷ骰A(chǔ)，本研究仍然利用以Wxb和SSⅡ-3主效基因相同，AGPlar、SBE3、PUL、SSⅠ和SSⅢ-1基因有多態(tài)性的雙親構(gòu)建的BILs高世代株系為研究材料，增加樣本數(shù)量，分析非糯水稻中SSⅢ-1、PUL和SBE 3基因在后代中單基因分離、雙基因分離以及雙基因互作對稻米ECQs的影響，解析上述3個(gè)基因的主要作用因子及其功能，以期為稻米品質(zhì)改良提供更充分的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻秈型（Oryza sativa ssp.indica）光溫敏核不育系‘廣占63S'和潛力恢復(fù)系CG173R［廣恢128 ×BC2﹛［（蜀恢527×Kitaake）×蜀恢527］蜀恢527﹜，即蜀恢527與粳稻Kitaake雜交，F(xiàn)1用蜀恢527做輪回親本再回交2代后，選優(yōu)株做父本與廣恢128做母本再雜交于F7代穩(wěn)定，測恢后定名］雜交得到F1代，與潛力恢復(fù)系回交產(chǎn)生的BC1F1，通過單株選擇構(gòu)建的BC1F10株系作為實(shí)驗(yàn)材料，屬于回交重組自交系（backcross inbred lines，BILs）。

利用田志喜等［28］開發(fā)的19對SSRGs的分子標(biāo)記和蔡秀玲等［29］開發(fā)的分子標(biāo)記PCR-AccI，檢測雙親‘廣占63S'和CG173R在淀粉合成相關(guān)基因位點(diǎn)上的基因型。雙親Wxb和SSⅡ-3基因型相同，AGPlar、SBE3、PUL、SSⅠ和SSⅢ-1基因型不同。2014年4月將這些基因型有多態(tài)性的單株種植于西南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)基地，當(dāng)年8月底收獲種子，得到4個(gè)BC1F10株系：株系S10共15株、株系S134共17株、株系S63共29株和株系S52共19株。對BILs不同株系分單株取樣，稻谷經(jīng)過電動礱谷機(jī)（日本Kett，型號TR-200）脫殼為糙米，通過實(shí)驗(yàn)用小型精米機(jī)（Pearlest，日本Kett）磨成精米后，進(jìn)一步經(jīng)高速錘式通用粉碎磨（瑞典Perten，Lm3100型）磨成米粉，過100目篩后放置1～2個(gè)月當(dāng)含水量達(dá)到12%時(shí)測定稻米ECQs。

1.2 親本及各株系基因型檢測

對BILs不同株系分單株取樣，每個(gè)單株取適量葉片，經(jīng)MP Fastprep樣品快速破碎系統(tǒng)（美國MP medicals）處理，按微量SDS法提取基因組DNA［30］，重復(fù)2次。

利用田志喜等［28］開發(fā)的分子標(biāo)記檢測親本淀粉合成相關(guān)基因的基因型。利用蔡秀玲等［29］開發(fā)的分子標(biāo)記PCR-AccI檢測Wx基因第一內(nèi)含子＋1位堿基類型。這些用于檢測的分子標(biāo)記的堿基序列見表1，PCR擴(kuò)增程序參見田志喜等［28］和蔡秀玲等［29］。

PCR反應(yīng)在BIO RAD DNA Engine Dyad Peltier Thermal Cycler上運(yùn)行，PCR反應(yīng)為10μL體系：2×Reaction Mix（含Mg2＋）5μL，5 U/μL Taq DNA Polymerase 0.3μL，1 umol/L引物各1μL；25 ng/μL DNA模板1μL；dd H2O 1.7μL。所有藥品和試劑購置于成都市博瑞克生物技術(shù)有限公司和天根生化技術(shù)科技（北京）有限公司。

分子標(biāo)記SSⅢ-1M1和PUL M2擴(kuò)增程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性4 min；94℃變性1 min，58℃退火30 s，72℃延伸30 s，45個(gè)循環(huán)；最后72℃延伸10 min，PCR產(chǎn)物保存于4℃，取產(chǎn)物3%瓊脂糖電泳。

分子標(biāo)記SBE3 M2擴(kuò)增程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性4 min；94℃變性1 min，58℃退火1 min，72℃延伸1 min，45個(gè)循環(huán)；最后72℃延伸10 min，PCR產(chǎn)物保存于4℃，取產(chǎn)物3%瓊脂糖電泳。

1.3 表觀直鏈淀粉含量與膠稠度的測定

按國家標(biāo)準(zhǔn)GBT15683-1995［31］測定各試樣稻米粉的AAC和GC，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.4 RVA譜粘滯性的測定

采用配套軟件為TCW（Thermal Cycle for Winows，4500型）的粘度速測儀（澳大利亞Newport Scientific儀器公司）來測定稻米淀粉粘滯性譜（RVA譜）。按照AACC操作規(guī)程［32］，稻米粉含水量為12.0%時(shí)，取樣3.0 g和蒸餾水25.00 m L加于罐內(nèi)。儀器開始運(yùn)行后，攪拌器在起始10s內(nèi)以960 r/min轉(zhuǎn)動，之后保持在160 r/min；罐內(nèi)溫度變化如下：50℃保持1 min，以12℃/min升溫到95℃，95℃保持2.5 min，再以12℃/min降溫到50℃，50℃保持1.4 min。粘度單位是隨機(jī)單位（RVA arbitrary unit，RVU）。重復(fù)測定3次。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

研究所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 9.50統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，根據(jù)基因型檢測結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，利用DPS 9.50進(jìn)行二因素裂區(qū)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析不同基因在不同基因型下AAC、GC及RVA譜特征值的變化特征。

表1 水稻淀粉合成相關(guān)基因的分子標(biāo)記Table 1 Molecular markers used to amplify starch synthesis-related genes in rice

圖1 差異分子標(biāo)記的檢測結(jié)果G.廣占63S；C.CG173RFig.1 The testing results of different molecular markers with polymorphism in parents G.Guangzhan 63S；C.CG173R

2 結(jié)果與分析

2.1 BC1F10株系各單株的基因分型

利用上述5個(gè)品質(zhì)相關(guān)基因位點(diǎn)的分子標(biāo)記，對BC1F10后代株系基因型進(jìn)行檢測，雙親有差異的分子標(biāo)記檢測結(jié)果見圖1。BC1F10后代株系中的各單株在某一基因位點(diǎn)上的等位基因與親本‘廣占63S'一致的基因型即為為廣占63S型，與親本CG173R一致的即為CG173R型，等位基因雜合的基因型即為雜合型。各單株在SSⅢ-1位點(diǎn)的基因型為廣占63S型、CG173R型及雜合型時(shí)分別標(biāo)記為G型、C型和H型。單株在SBE3位點(diǎn)基因型為廣占63S型、CG173R型及雜合型時(shí)分別標(biāo)記為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。單株在PUL位點(diǎn)基因型為廣占63S型、CG173R型以及雜合型時(shí)分別標(biāo)記為1型、2型和3型。

BC1F9中有2個(gè)單株在Wxb、SSⅡ-3、AGPlar、SSⅠ、SBE3和PUL基因位點(diǎn)的基因型相同，均只在SSⅢ-1位點(diǎn)發(fā)生了單基因分離。因此，這2個(gè)單株的種子在BC1F10種成株系得S10和S134。2個(gè)株系中各單株在SSⅢ-1位點(diǎn)存在3種基因型分別為G型、C型和H型。另外，不分離的基因中除SBE3基因外，其余各基因位點(diǎn)基因型均一致，株系S10中SBE3的基因型為Ⅱ型，株系S134中SBE3基因型為Ⅰ型，株系S10中SSⅢ-1基因分離情況為：5株為G型、7株為C型、3株為H型；株系S 134中SSⅢ-1基因分離情況為：5株為G型、7株為C型、5株為H型；BC1F9中有1個(gè)單株在Wxb、SSⅡ-3、AGPlar、SSⅠ和PUL基因位點(diǎn)的基因型相同，在SSⅢ-1和SBE3位點(diǎn)同時(shí)存在分離，在BC1F10種成株系得S63。該株系在SBE3位點(diǎn)存在2種基因型為：Ⅰ型和Ⅱ型；SSⅢ-1位點(diǎn)存在3種基因型為：G型、C型和H型。SBE3基因在株系S63中分離情況為：12株為Ⅰ型、15株為Ⅱ型；SSⅢ-1基因分離情況為：5株為G型、11株為C型、3株為H型；BC1F9中有1個(gè)單株在Wxb、SSⅡ-3、AGPlar、SSⅠ和SBE3基因位點(diǎn)的基因型相同，在SSⅢ-1和PUL基因位點(diǎn)同時(shí)存在分離，在BC1F10種成株系得S52。該株系在PUL位點(diǎn)存在2種基因型為：1型和2型，SSⅢ-1位點(diǎn)存在2種基因類型為：C型和H型。PUL基因分離情況為：5株為1型、11株為2型。SSⅢ-1基因分離情況為：5株為C型、11株為H型。結(jié)果列于表2。圖2列出部分檢測結(jié)果，表明供試單株發(fā)生分離的基因可分為3種基因類型：廣占63S、CG173R型和雜合型。

2.2 各基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的效應(yīng)分析

2.2.1 SSⅢ-1基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響 由表3可知，株系S10和株系S134中的AAC，在SSⅢ-1各基因型間存在顯著性差異，但不同株系的AAC排列均值大小不同。株系S10中3種基因型的AAC均值大小依次為C型＜H型＜G型，H型樣本的AAC介于兩親本類型之間，G型的AAC高于C型；株系S134中3種基因型的AAC均值大小依次為H型＜C型＜G型，H型樣本的AAC最小，G型的AAC最高。二者AAC均值大小順序不同，可能原因是由于兩個(gè)株系在SBE3位點(diǎn)的基因型不同，使得SBE3和SSⅢ-1基因間因相互作用而導(dǎo)致的。其他的理化指標(biāo)及RVA特征值在不同的SSⅢ-1基因型之間未達(dá)到顯著性水平，說明SSⅢ-1基因的分離在該株系中對RVA譜各特征值以及對GC的影響較小。

表2 后代BC1F10株系在各基因位點(diǎn)的遺傳表現(xiàn)Table 2 The genetic characteristics of different gene loci in BC1F10lines

圖2 分子標(biāo)記在部分供試材料中的多態(tài)性G.廣占63S；C.CG173R；H.廣占63S和CG173R雜合Fig.2 Polymorphism of molecular markers in partial materials tested G.Guangzhan63S；C.CG173R；H.Heterzygote of Guangzhan 63S and CG173R

對株系S10和S134混合成一個(gè)大群體進(jìn)行分析，由表3可知，SSⅢ-1基因在AAC上，各基因型間達(dá)到了極顯著性差異，3種基因型的AAC均值大小依次為C型＜H型＜G型，G型的AAC高于C型。其他的理化指標(biāo)及RVA特征值在不同的SSⅢ-1基因型之間未達(dá)到顯著性水平。由此可知SSⅢ-1基因的分離對AAC有極顯著影響，而對RVA譜各特征值和GC的影響均較小。

2.2.2 SBE3和SSⅢ-1基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響

（1）SBE3和SSⅢ-1基因同時(shí)分離時(shí)單基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響 由表4可知，SBE3不同的基因型效應(yīng)除PKV外，在AAC和GC及其他的各理化指標(biāo)上均達(dá)到顯著或極顯著差異水平。其中在HPV、CPV、CSV、SBV、PaT、Pe T和GC上達(dá)到極顯著水平，在BDV和AAC上達(dá)到顯著水平。其中在HPV、CPV、CSV、SBV和Pe T上Ⅰ＜Ⅱ；在PKV、BDV、Pa T、Pe T、AAC和GC上Ⅱ＜Ⅰ。SSⅢ-1不同的基因型效應(yīng)除PKV和AAC外，在GC及其他的各理化指標(biāo)上均達(dá)到顯著或極顯著差異水平。其中在HPV、CPV、CSV、SBV、Pa T、PeT和GC指標(biāo)上達(dá)到極顯著水平，在BDV上達(dá)到顯著水平。在PKV、BDV、Pa T和GC上G＜C＜H，在HPV、CPV、CSV、SBV和Pe T上H＜C＜G，在AAC上C＜H＜G。表明在相同Wxb基因表達(dá)的非糯水稻中SSⅢ-1和SBE3基因?qū)Φ久渍糁笫澄镀焚|(zhì)有顯著影響。由于SSⅢ-1和SBE3基因在株系S63中同時(shí)存在基因分離，可能存在兩者之間的互作效應(yīng)。

（2）SBE3和SSⅢ-1基因的互作效應(yīng)分析 為探討SSⅢ-1和SBE3基因間的互作效應(yīng)，根據(jù)株系中兩基因不同的基因型組合方式，將此株系參試材料分為5類（表5），這些不同SSⅢ-1和SBE3基因型組合的稻米品質(zhì)的均值及差異顯著性見表5。由表5可知在不同的組合方式下HPV和AAC在各基因型間存在顯著差異；CPV、SBV、PeT、Pa T、CSV和GC在各基因型間存在極顯著性差異。在不同SSⅢ-1基因型的遺傳背景下各理化指標(biāo)BDV、Pa T和GC中SBE3基因型為Ⅰ型的值均大于Ⅱ型，而HPV、CPV、SBV、PeT和CSV中SBE3基因型為Ⅱ型的值均大于Ⅰ型。說明SSⅢ-1和SBE3基因存在相互作用。

表4 SBE3和SSⅢ-1不同基因型稻米品質(zhì)性狀的均值及差異顯著性Table 4 The means of quality traits and their significant test of different SBE3 and SSⅢ-1 genotypes

表5 不同SSⅢ-1和SBE3基因型組合稻米品質(zhì)的均值及差異顯著性Table 5 The means of quality traits and their significant test of different combinations of SBE3 and SSⅢ-1 genotypes

進(jìn)一步將SBE3基因型作為主因素，SSⅢ-1基因作為副因素，進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)分析，探究SBE3基因和SSⅢ-1基因的互作效應(yīng)，結(jié)果見表6。由表6可知，SBE3基因?qū)PV、BDV和AAC的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平。SSⅢ-1基因?qū)BV、Pa T、CSV、AAC的效應(yīng)達(dá)顯著性水平。SBE3基因和SSⅢ-1基因的互作對AAC的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，對Pe T、Pa T和GC的效應(yīng)達(dá)到顯著水平。

2.2.3 PUL和SSⅢ-1基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響

（1）PUL和SSⅢ-1基因同時(shí)分離時(shí)單基因?qū)Φ久灼焚|(zhì)的影響 株系S52中各單株在Wxb、SSⅡ-3、AGPlar、SSⅠ和SBE3基因位點(diǎn)的基因型相同，在SSⅢ-1和PUL位點(diǎn)同時(shí)存在分離。由表7可知，不同的PUL基因在SBV和Pe T上存在顯著性差異，而且在SBV指標(biāo)上其均值為2＜1，在Pe T指標(biāo)上其均值為1＜2。不同的SSⅢ-1基因同樣在SBV和Pe T上存在顯著性差異；在SBV上其均值大小為H＜C，在PeT上其均值大小為H＜C。由于SSⅢ-1和PUL基因在株系S52中同時(shí)存在基因分離，可能在兩者之間存在互作效應(yīng)。

表6 SBE3基因與SSⅢ-1基因的裂區(qū)設(shè)計(jì)分析結(jié)果Table 6 The results of split block design for SBE3 gene and SSⅢ-1 gene

表7 PUL和SSⅢ-1不同基因型稻米品質(zhì)性狀的均值及差異顯著性Table 7 The means of quality traits and significance of difference for different PUL and SSⅢ-1 genotypes

（2）PUL和SSⅢ-1基因的互作效應(yīng)分析 根據(jù)株系中SSⅢ-1和PUL基因型組合方式不同，將此株系參試材料分為4類（表8），在不同組合的情況下，Pe T、Pa T和CSV各特征值在各基因型間均存在顯著性差異。在相同PUL基因型的遺傳背景下，Pe T、Pa T和CSV各指標(biāo)的C型的均值均大于H型，也即SSⅢ-1基因的CG173R基因型的均值均大于雜合型的均值。

進(jìn)一步將PUL基因型作為主因素，SSⅢ-1基因作為副因素，進(jìn)行裂區(qū)試驗(yàn)分析，探究PUL基因和SSⅢ-1基因的互作效應(yīng)，結(jié)果見表9。由表9可知，PUL基因?qū)e T的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，對HPV、CPV、PaT、CSV和AAC的效應(yīng)達(dá)到顯著水平。SSⅢ-1基因?qū)PV、Pe T、Pa T、CSV和GC的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，對PKV、HPV和BDV的效應(yīng)達(dá)到顯著水平。PUL基因和SSⅢ-1基因的互作效應(yīng)對PeT、Pa T和CSV的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，對PKV、HPV、BDV、CPV、SBV、AAC和GC的效應(yīng)達(dá)到顯著水平。

表8 PUL和SSⅢ-1不同基因型組合品質(zhì)性狀的均值及差異顯著性Table 8 The means of quality traits and significance of difference for different combinations of PUL and SSⅢ-1 genotypes

表9 PUL基因與SSⅢ-1基因的列區(qū)設(shè)計(jì)分析結(jié)果Table 9 The rsults of split block design for PUL gene and SSⅢ-1 gene

3 討 論

水稻品質(zhì)改良是水稻育種的一個(gè)重要目標(biāo)，稻米淀粉合成通路由多個(gè)基因共同協(xié)作調(diào)控完成，解析各基因在調(diào)控過程中的功能是水稻品質(zhì)改良的前提。因此深入研究稻米淀粉合成代謝途徑中的一系列基因?qū)Φ久桌砘匦缘挠绊懠捌溥z傳規(guī)律具有十分重要的意義。

SSⅢ-1基因是可溶性淀粉合成酶基因家族中的一種類型，主要參與分支鏈的延長。王芳等構(gòu)建了以‘蘇御糯'為供體親本，‘桂朝2號'為輪回親本的淀粉合成相關(guān)基因的近等基因系，研究表明SSⅢ-1基因?qū)VA譜特征值HPV、SBV和CSV有顯著影響［33］。本研究也發(fā)現(xiàn)在S10和S134株系中僅有SSⅢ-1單基因分離的情況下，SSⅢ-1基因?qū)Φ久椎腁AC有極顯著性的影響。

SBE3（SBEⅡb）基因主要在種子中特異性表達(dá)，主要影響淀粉A鏈B1鏈的合成［34］。王芳等研究認(rèn)為SBE3被‘蘇御糯'相應(yīng)基因置換后使得PKV、HPV和CPV極顯著下降，對其他特征值沒有顯著的影響，但在BC3F2代，SBE1和SBE3基因被‘蘇御糯'相應(yīng)基因置換后，對近等基因系的PKV和HPV沒有顯著的影響，但使CPV顯著下降，SBV、Pe T和Pa T極顯著下降。在汪結(jié)明等利用RVA干擾技術(shù)干涉水稻SBE3基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)SBE3活性的下降也導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因株系A(chǔ)AC顯著提高，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因株系成熟籽粒千粒重顯著下降［35］。在S63株系中存在SBE3和SSⅢ-1雙基因分離的情況下，本研究發(fā)現(xiàn)SBE3基因?qū)PV和BDV的效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，SSⅢ-1基因?qū)BV、Pa T、CSV和AAC的效應(yīng)達(dá)顯著性水平；SBE3和SSⅢ-1的互作效應(yīng)對AAC及RVA譜的部分特征值有顯著或極顯著性的影響，其中對AAC達(dá)極顯著水平，對PeT、Pa T和GC的效應(yīng)達(dá)到顯著水平。

PUL以極限糊精為底物，僅在胚乳中表達(dá)，在淀粉合成中起最后修飾作用，能切去支鏈淀粉的不恰當(dāng)分支［36］。房玉偉等研究發(fā)現(xiàn)，PUL基因?qū)C的變異有一定的影響，并且在糯稻背景下，PUL基因?qū)VA譜的影響最為顯著，包括PKV、HPV、CPV、SBV、Pe T和Pa T在內(nèi)的多個(gè)特征值都受到PUL基因影響［37］。He等利用‘南京11'和Balilla為親本構(gòu)建加倍單倍體群體，結(jié)果認(rèn)為PUL基因?qū)AC、GC和GT沒有遺傳效應(yīng)；在‘蘇御糯'ב揚(yáng)輻糯4號'衍生的F2群體中PUL基因?qū)AC和GC等指標(biāo)的變異沒有影響，卻發(fā)現(xiàn)PUL與SSⅡa之間存在互作，對PaT的變異有顯著的影響［38］?？荡浞嫉龋?7］研究發(fā)現(xiàn)在BC1F9代的305株系中，僅有PUL基因發(fā)生分離時(shí)，PUL基因?qū)Φ久椎腁AC有顯著性的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在BC1F10代的S52株系中存在PUL和SSⅢ-1雙基因分離的情況下，PUL基因?qū)PV、CPV、Pa T、CSV和AAC等指標(biāo)有顯著影響，對PeT有極顯著影響。SSⅢ-1基因?qū)e T、HPV和BDV有顯著影響，對CPV、PeT、Pa T、CSV和GC有極顯著影響，并且PUL和SSⅢ-1的互作對PKV、HPV、BDV、CPV、SBV、AAC、GC有顯著影響，對PeT、Pa T和CSV有極顯著影響。

在Wxb和SSⅡ-3基因背景下，利用回交重組自交系通過對參與淀粉合成的SSⅢ-1、SBE3和PUL等微效基因效應(yīng)的研究，表明SSⅢ-1單基因效應(yīng)及SBE3和SSⅢ-1的互作效應(yīng)對水稻的AAC有極顯著影響，SBE3和SSⅢ-1的互作效應(yīng)及PUL和SSⅢ-1的互作效應(yīng)對水稻的GC有顯著影響，PUL和SSⅢ-1的互作效應(yīng)對水稻的Pa T有極顯著影響，這些發(fā)現(xiàn)將對改良稻米品質(zhì)和加快水稻優(yōu)質(zhì)育種具有重要意義。

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（編輯：宋亞珍）

Effects of SSⅢ-1，SBE3 and PUL on Eating and Cooking Qualities of Rice under the Background of Backcross Inbred Lines

XU Shunju，XIANG Xunchao*，KANG Cuifang，LONG Xiaolin，SU Wenli，YANG Bowen，WU Jiafu
（Lab of Plant Molecular Genetics and Breeding，Southwest University of Science and Technology，Mianyang，Sichuan 621010，China）

Rice is one of the major cereal crops and eating and cooking qualities are very important for improving commodification of rice and peopleˊs life.We used backcross inbred lines（BILs）of BC1F10generation as materials which were constructed by two parents of indica photo-thermo-sensitive gene male sterile（PTGMS）line Guangzhan 63S and rice potential restorer line CG173R and they contained the same alleles of starch synthaseⅡa gene（SSⅡ-3）and granule bound starch synthase gene（Wxb），and their hybrid by backcrossing and selfing for several generations.Furthermore，the genotypes，the eating and cooking qualities（ECQs）and RVA profiles were measured among the lines of BILs so that genetic effects of the minor geneswere analyzed.The results showed that：1）Five different starch synthesis-related genes ADP-glucose pyrophos-phorylase large subunit ADPG（AGPlar），starch branching enzymeⅢ（SBE3），Pullulanase gene（PUL），Soluble Starch SynthaseⅠgene（SSⅠ）and Soluble Starch SynthaseⅢ-1 gene（SSⅢ-1）existed difference for two parents.2）SSⅢ-1，SBE3 and PUL genes had single gene separation，and two genes separation of SSⅢ-1 and SBE3 genes，SSⅢ-1 and PUL genes in lines of BC1F10.3）Their different effect of genotypes，and interaction had significant influence at 0.05 level or at 0.01 level on apparent amylase content（AAC），the gel consistency（GC）and part indices of RVA profiles.4）Effects of SSⅢ-1 had significant influence on AAC at 0.01 level.Interaction effect of SBE3 and SSⅢ-1 had significant influence on AAC at 0.01 level and had significant influence on Peak time（Pe T），Pasting temperature（Pa T）and GC at 0.05 level.Interaction effect of PUL and SSⅢ-1 genes had significant influence on Pe T，Pa T and consistence value（CSV）at 0.01 level and had significant influence on peak viscosity（PKV），hot paste viscosity（HPV），Breakdown value（BDV），Cool paste viscosity（CPV），Setback value（SBV），AAC and GC at 0.05 level.In the background of Wxband SSⅡ-3 genes，the results demonstrated that effects of SSⅢ-1 and the genes interaction between SBE3 and SSⅢ-1 have significant influence on AAC at 0.01 level；Interaction effects between SBE3 and SSⅢ-1 and between PUL and SSⅢ-1 have significant influence on GC at 0.05 level；Interaction effect between PUL and SSⅢ-1 has significant influence on Pa T at 0.01 level.The studies have importance for improving the rice eating and cooking qualities and accelerating the research on rice quality breeding.

rice（Oryza sativa L.）；backcross inbred lines（BILs）；soluble starch synthaseⅢ-1 gene（SSⅢ-1）；starch branching enzyme 3 gene（SBE3）；pullulanase gene（PUL）

Q789

A

1000-4025（2015）10-1978-11

10.7606/j.issn.1000-4025.2015.10.1978

2015-07-10；修改稿收到日期：2015-08-29

四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（13ZA0272）；西南科技大學(xué)重點(diǎn)科研平臺專職科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)基金（14tdgc07）；四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心開放基金（12ZXSK08）

許順菊（1989—），女，在讀碩士研究生，主要從事分子標(biāo)記輔助選擇改良稻米品質(zhì)研究。E-mail：505525398@qq.com

*通信作者：向珣朝，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事分子遺傳與育種研究。E-mail：xiangxunchao@swust.edu.cn