王軍　朱金燕　周勇　楊杰　范方軍 　李文奇 　王芳權(quán)　仲維功　梁國華,*

(1揚州大學(xué) 江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/教育部植物功能基因組學(xué)重點實驗室， 江蘇 揚州 225009；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所/國家水稻改良中心南京分中心， 南京 210014；*通訊聯(lián)系人， E-mail: ricegb@yzu.edu.cn)

不同溫光條件下水稻抽穗期QTL的定位與分析

王軍1,2朱金燕2周勇1楊杰2范方軍2李文奇2王芳權(quán)2仲維功2梁國華1,*

(1揚州大學(xué) 江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/教育部植物功能基因組學(xué)重點實驗室， 江蘇 揚州 225009；2江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所/國家水稻改良中心南京分中心， 南京 210014；*通訊聯(lián)系人， E-mail: ricegb@yzu.edu.cn)

王軍, 朱金燕, 周勇, 等. 不同溫光條件下水稻抽穗期QTL的定位與分析. 中國水稻科學(xué)， 2016， 30(3)： 247-255.

摘要:以廣陸矮4號為受體，日本晴為供體的85個染色體單片段代換系群體為試驗材料，通過單因素方差分析和Dunnett多重比較，測驗單片段代換系與廣陸矮4號之間抽穗期的差異，對代換片段上抽穗期相關(guān)的QTL進行了定位。以P≤0.001為閾值，在南京和海南不同溫光條件下共定位到40個抽穗期相關(guān)的QTL。其中，21個QTL在2個環(huán)境中均被檢測到；15個QTL只在南京環(huán)境中被檢測到；4個QTL只在海南環(huán)境中被檢測到。南京環(huán)境中定位到的36個抽穗期相關(guān)QTL，其加性效應(yīng)值變化范圍為2.8 d～15.7 d，加性效應(yīng)百分率變化范圍為3.8%～21.1%；海南環(huán)境中定位到的25個抽穗期相關(guān)QTL，加性效應(yīng)值變化范圍為1.8 d～12.1 d，加性效應(yīng)百分率變化范圍為1.7%～11.3%。這些QTL的定位，為進一步精細定位并克隆相應(yīng)主效QTL和優(yōu)異品種特定環(huán)境下的生育期改良奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:水稻； 染色體單片段代換系； 數(shù)量性狀基因座； 抽穗期； 代換作圖

抽穗期是決定水稻品種對地域與季節(jié)適應(yīng)性的重要農(nóng)藝性狀。水稻品種的抽穗期主要由品種的感光性、感溫性和基本營養(yǎng)生長性所決定，感光性、感溫性和基本營養(yǎng)生長性的強弱及其組合不同，導(dǎo)致了水稻抽穗期的多樣性及其遺傳表現(xiàn)的復(fù)雜性[1,2]。水稻抽穗期的遺傳方式既有數(shù)量性狀的遺傳特點也有質(zhì)量性狀的遺傳特點，不同品種表現(xiàn)出不同的遺傳特點，即使同一品種的抽穗期也會由于溫光條件的不同而表現(xiàn)出不同的遺傳方式[3]。水稻品種的抽穗期的長短是 由其內(nèi)在的遺傳發(fā)育機制和外在的環(huán)境因素(光照和溫度)共同決定的，這使得水稻抽穗期的遺傳機制非常復(fù)雜。國內(nèi)外的研究者通過不斷研究，發(fā)現(xiàn)了許多抽穗期相關(guān)的位點，Gramene (http://www.gramene.org/)網(wǎng)站已公布的抽穗期相關(guān)QTL達到618個，分布于水稻全部12條染色體上，其中只有Hd1[4]、Hd3a[5]、Hd6[6]、Hd16[7]、Hd17[8]、Ehd1[9]、Ehd2[10]、Ehd3[11]、Ehd4[12]、Se5[13]、Ghd7[14]、Ghd7.1[15]、DTH2[16]、DTH8[17]等20多個抽穗期相關(guān)的基因(QTL)被克隆。主要原因是傳統(tǒng)的定位群體(如F2/F3、BCl、DHs和RILs)內(nèi)QTL之間存在較復(fù)雜的互作和個體間遺傳背景的干擾，使對QTL的估計不準確，基因的精細定位和克隆就更困難。

染色體單片段代換系是利用分子標記輔助選擇技術(shù)建立起來的一套近等基因系，與其受體親本之間除代換片段存在差異外，其余部分均相同。通過比較染色體單片段代換系與其受體親本之間以及不同株系之間的性狀差異，就可以定位到置換片段上的QTL。染色體單片段代換系可以消除群體內(nèi)遺傳背景的干擾，將復(fù)雜性狀分解為簡單性狀，已經(jīng)成為復(fù)雜性狀QTL精細定位與克隆的最主要群體。本研究以1套廣陸矮4號為受體、日本晴為供體的染色體單片段代換系為材料，在南京和海南2個不同溫光條件下對抽穗期相關(guān)QTL進行定位和分析，結(jié)果可為進一步精細定位并克隆相應(yīng)的主效QTL和優(yōu)異品種特定環(huán)境下的生育期改良提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

本實驗室以粳稻品種日本晴為供體親本，秈稻品種廣陸矮4號為輪回親本，在回交和自交過程中通過覆蓋水稻全基因組的親本間有多態(tài)性的260個分子標記檢測(圖2)，篩選出一套染色體片段代換系(175個株系)。本研究利用其中85個染色體單片段代換系(CSSSLs)進行水稻抽穗期QTL的定位，這些代換片段分布于水稻的12條染色體上，覆蓋了水稻全基因組的68.8%。結(jié)合各株系表型值及片段所在位置，采用代換作圖法對相應(yīng)抽穗期QTL進行定位。

1.2試驗方法

2013年5月11日在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院實驗基地(南京，32oN)種植85個CSSSLs系及2個親本，水稻生長季節(jié)平均日長約14 h/d，屬于自然高溫長日照；2013年12月25日在海南南繁基地(三亞，18o15′N)，水稻生長季節(jié)平均日長約11.6 h/d，屬于自然低溫短日照。分別于2013年6月11日和2014年1月25日進行移栽，每個系栽4行，每行15株，行、株距分別為26.7 cm 和13.3 cm。2個環(huán)境下均種植對照，對照在田間均勻分布，每隔20個CSSSLs種植一個輪回親本廣陸矮4號作為對照小區(qū)，間比法順序排列。選取每個小區(qū)中間2行的10株作為調(diào)查對象。在水稻剛開始抽穗的時候，調(diào)查每一株最早穗的見穗日期，每2d調(diào)查一次。抽穗期為從播種期到抽出第一個穗的天數(shù)。

1.3QTL分析

利用SPSS軟件對各CSSSL和親本抽穗期進行單因素方差分析，檢測CSSSLs與受體親本廣陸矮4號之間差異的顯著性，以α=0.001為閾值，即P≤0.001時認為代換片段上有相關(guān)QTL存在；當(dāng)P>0.001時認為在該代換片段上沒有相關(guān)QTL的存在[18]。

QTL 加性效應(yīng)值的計算，參照Eshed 等[19]的方法估算各個QTL 的加性效應(yīng)值及加性效應(yīng)貢獻率。

加性效應(yīng)值=(CSSSL的表型值-廣陸矮4號的表型值)/2；

加性效應(yīng)百分率=(加性效應(yīng)值/廣陸矮4號的表型值)×100%。

QTL的命名依照McCouch[20]制定的原則。

1.4QTL代換作圖

QTL作圖方法參照Paterson等[21]的方法：如果在含有重疊代換片段的不同CSSSLs中同時定位到抽穗期的QTL，且遺傳效應(yīng)方向一致，則認為該QTL存在于代換片段的重疊區(qū)段上；如果在一個CSSSL中定位到QTL的存在，而在代換片段具有重疊關(guān)系的另一個CSSSL中未被定位到，則認為該QTL位于這兩個CSSSLs代換片段的非重疊區(qū)段上。

圖1染色體單片段代換系在不同環(huán)境中的抽穗期表型值分布

Fig. 1. Distribution of heading date of the Chromosome single segment substitution lines CSSSLs in the environments E1 and E2.

1.5代換片段長度的計算

按照Young等[22]的方法來確定代換片段的位置以及計算代換片段的長度，當(dāng)CSSSL相鄰標記的基因型表現(xiàn)都為供體親本基因型時認為這兩個相鄰標記之間的區(qū)段為代換片段；當(dāng)相鄰標記的基因型分別為供體親本和受體親本時，認為兩標記之間的一半?yún)^(qū)段來源于供體親本，另一半則為受體親本。本研究中不考慮相鄰標記之間的雙交換事件。

2結(jié)果與分析

2.1親本及85個染色體單片段置換系的抽穗期

85個染色體單片段代換系在南京自然高溫長日照(E1)和三亞自然低溫短日照(E2)環(huán)境下的抽穗期分別為66.0～105.5 d、82.4～117.2 d；E1和E2環(huán)境中受體親本廣陸矮4號的抽穗期分別為75.8 d、105.0 d；E1和E2環(huán)境中供體親本日本晴的抽穗期分別為91.3 d和90.8 d(圖1-A、圖1-B)。廣陸矮4號的抽穗期在2個環(huán)境中的差異達到極顯著水平(P=0.00)；日本晴的抽穗期在2個環(huán)境中的差異未達顯著水平(P=0.36)。

2.2抽穗期QTL分析

SPSS數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，2013年南京自然高溫長日照(E1)和海南自然低溫短日照(E2)環(huán)境下，85個染色體單片段代換系中，有53個系的抽穗期與受體親本廣陸矮4號存在極顯著差異，共定位到40個抽穗期QTL，分布于水稻全部12條染色體上，其中，第6、11染色體上定位到的抽穗期QTL最多，均為5個。這些QTL中，21個QTL在2個環(huán)境中都被定位到；15個QTL只能在E1環(huán)境中被定位到；4個QTL只能在E2環(huán)境中被定位到。

在E1環(huán)境中能夠被定位到的36個QTL中，與廣陸矮4號相比13個QTL的加性效應(yīng)表現(xiàn)為減效作用，加性效應(yīng)值為2.8 d～6.0 d，加性效應(yīng)百分率為3.8%～7.9%；23個QTL的加性效應(yīng)表現(xiàn)為增效作用，其加性效應(yīng)值的變化范圍為3.8 d～15.7 d，加性效應(yīng)百分率的變化范圍為4.9%～21.1%(表1)。

在E2環(huán)境中能夠被定位到的25個QTL中，與廣陸矮4號相比22個QTL的加性效應(yīng)表現(xiàn)為減效作用，加性效應(yīng)值為1.8 d～12.1 d，加性效應(yīng)百分率為1.7%～11.3%；3個QTL的加性效應(yīng)表現(xiàn)為增效作用，其加性效應(yīng)值的變化范圍為3.1 d～7.0 d，加性效應(yīng)百分率的變化范圍為3.0%～6.8%(表1)。

2.3抽穗期QTL的代換作圖

表1不同環(huán)境中染色體單片段代換系抽穗期QTL及其效應(yīng)

Table 1. Detection of the QTL and their additive effects for heading date in various CSSSLs in various environments.

代換系CSSSLs代換區(qū)間Substitutedsegment長度Length/Mb染色體ChromosomeQTLE1表型Phenotype加型效應(yīng)Additiveeffect/d加性效應(yīng)百分率Additiveeffectcontribution/%E2表型Phenotype加型效應(yīng)Additiveeffect/d加性效應(yīng)百分率Additiveeffectcontribution/%類型TypeC32007RM6324-S1-37.341qHD1.167.0-4.6-6.084.6-10.3-9.8ⅠC32009Lsts1-34-RM111897.921qHD1.268.3-4.0-5.285.4-9.9-9.4ⅠC32016RM11762-S1-150.691qHD1.366.0-5.1-6.782.4-11.4-10.8ⅠC32042RM13034-RM132638.672qHD2.270.0-3.3-4.385.8-9.9-9.4ⅠC32050S2-30-S2-91.012qHD2.369.3-3.7-4.884.8-10.4-9.8ⅠC32076S4-22.504qHD4.168.2-2.8-3.885.8-8.5-8.3ⅠC32121RM21767-S7-175.837qHD7.269.2-4.4-5.885.2-10.9-10.2ⅠC32122S7-51.487qHD7.366.0-6.0-7.982.8-12.1-11.3ⅠC32129RM227221.398qHD8.270.4-3.8-5.086.6-10.2-9.5ⅠC32145RM25213-S10-244.4410qHD10.167.4-4.4-5.884.8-10.2-9.7ⅠC32146S10-27-RM254863.6210qHD10.268.2-4.0-5.284.2-10.5-10.0ⅠC32153S11-9-ZHsts11-437.1511qHD11.367.4-4.4-5.884.6-10.3-9.8ⅠC32163S12-170.8012qHD12.269.6-3.3-4.386.6-9.3-8.8ⅠC32070S3-9-S3-103.803.0qHD3.399.312.817.3109.03.13ⅡC32102RM7158-S6-181.506qHD6.194.210.013.5112.24.54.4ⅡC32107RM200690.776qHD6.395.210.514.2117.27.06.8ⅡC32034Zsts2-1-RM127053.812qHD2.196.49.912.999.6-3.0-2.8ⅢC32086RM17305-S4-293.794qHD4.292.99.612.999.2-1.8-1.8ⅢC32113RM20659-S6-402.246qHD6.585.35.67.598.8-2.2-2.1ⅢC32124S7-26-RM221850.337qHD7.4101.711.915.6103.4-1.8-1.7ⅢC32126RM6925-S8-12.558qHD8.199.010.513.9103.2-1.9-1.8ⅢC32020S1-15-S1-273.601qHD1.4102.113.017.0104.2--ⅣC32053RM38941.022qHD3.192.17.810.1103.2--ⅣC32071S3-11-S3-125.223qHD3.490.88.511.5101.6--ⅣC32098S5-15-RM31704.265qHD5.2100.413.117.7102.8--ⅣC32105S6-21-S6-73.066qHD6.288.97.49.9104.8--ⅣC32112RM162-S6-163.086qHD6.4102.214.018.9105.4--ⅣC32115RM21344-S7-36.607qHD7.195.010.414.0103.2--ⅣC32130RM22825-RM229054.328qHD8.391.76.99.0109.2--ⅣC32133RM23175-RM236428.078qHD8.485.53.84.9109.0--ⅣC32140S9-41.549qHD9.197.39.712.7109.8--ⅤC32144RM248051.479qHD9.299.410.714.1109.0--ⅣC32147RM26076-S11-42.1711qHD11.186.85.37.0105.8--ⅣC32154S11-29-S11-314.3311qHD11.488.76.38.2104.8--ⅣC32157RM60940.0811qHD11.594.39.111.9103.2--ⅣC32158RM27460-S12-80.5612qHD12.197.110.513.7108.2--ⅣC32061RM3434-Zsts3-87.203qHD3.272.3--87.2-7.8-7.6ⅤC32088M17605-RM176932.514qHD4.370.0--86.4-8.4-8.1ⅤC32091S5-11.705qHD5.170.2--86.6-8.3-8.0ⅤC32149S11-5-RM263433.6011qHD11.272.4--84.8-10.2-9.7Ⅴ

E1， 南京； E2， 三亞。下同。

E1， Nanjing； E2， Sanya. The same as below.

對本研究中定位到的的40個抽穗期QTL進行重疊片段分析，其中有13個QTL在2個染色體單片段代換系中同時定位到，另外27個QTL均在1個染色體單片段代換系中定位到。qHD1.3在C32015、C32016中同時被定位到，而在具有重疊片段的C32014中未被定位到，因此，qHD1.3被定位于C32015、C32016的重疊區(qū)段S1-9上，長度約為0.69 Mb(圖2-A)；qHD2.1在C32034、C32038中被同時定位到，因此qHD2.1被定位在區(qū)段RM12521-RM12705上，長度約為3.81 Mb(圖2-B)；qHD2.3在C32045、C32050中被同時定位到，因此，qHD2.3被定位在區(qū)段S2-30-S2-32上，長度約為1.01 Mb(圖2-B)；qHD3.1在C32053、C32057中被同時定位到，因此qHD3.1被定位在RM3894上，長度約為1.02 Mb(圖2-C)；qHD4.2在C32086、C32087中被同時定位到，因此qHD4.2被定位在區(qū)段RM17305-S4-29上，長度約為3.79 Mb(圖2-D)；qHD5.1在C32091、C32092中被同時定位到，因此qHD5.1被定位在S5-1上，長度約為1.7 Mb(圖2-E)；qHD5.2在C32098、C32099中被同時定位到，因此qHD5.2被定位在區(qū)段S5-15-RM3170上，長度約為4.26 Mb(圖2-E)；qHD6.4在C32105中定位到，而在具有重疊片段的C32110中未定位到，因此qHD6.4被定位于非重疊區(qū)段S6-37-S6-16上，長度約為3.08 Mb(圖2-F)；qHD7.1在C32115、C32118中被同時定位到，因此qHD7.1被定位在區(qū)段RM21334-S7-3上，長度約為6.60 Mb(圖2-G)；qHD7.4在C32124、C32125中被同時定位到，因此，qHD7.4被定位在RM22185上，長度約為0.33 Mb(圖2-G)；qHD8.1

粗黑線段為供體的代換片段，QTLs位于兩條豎線之間。

The substituted segments are represented by horizontal dark bars. The regions to which the substituted segments best map QTLs are shown by two vertical dotted lines.

圖2水稻抽穗期QTL的代換作圖

Fig. 2. Substitution mapping of QTLs for the heading date in rice.

在C32126中定位到，而在具有重疊片段的C32128中未定位到，因此qHD8.1被定位于非重疊區(qū)段RM6925-S8-40上，長度約為2.55 Mb(圖2-H)；qHD9.2在C32142、C32144中被同時定位到，因此qHD9.2被定位在RM24805上，長度約為1.47 Mb(圖2-I)；qHD11.2在C32148、C32149中被同時定位到，因此qHD11.2被定位在區(qū)段S11-5-RM26343上，長度約為3.60 Mb(圖2-J)；qHD11.5在C32155、C32157中被同時定位到，因此qHD11.5被定位在RM6094上，長度約為0.08 Mb(圖2-J)；qHD12.1在C32158、C32159中被同時定位到，因此qHD12.1被定位在S12-8上，長度約為0.56 Mb(圖2-K)。

3討論

染色體單片段代換系是指與受體親本相比，只含有1個供體親本代換片段的近等基因系。染色體單片段代換系不僅消除了遺傳背景的干擾，同時可以把復(fù)雜的數(shù)量性狀分解為單一的孟德爾因子，已被廣泛用于QTL的定位與克隆中[23-25]。在利用染色體片段代換系進行抽穗期QTL定位研究方面，Shen等[26]利用1套Zhenshan 97為受體，Minghui 63為供體的染色體片段代換系定位了12個抽穗期相關(guān)的QTL，分布在除了第5、10染色體外的其余10條染色體上。何鳳華等[27]以華粳秈74為受體，6個水稻品種為供體的52個單片段代換系鑒定出20個抽穗期QTL，這些 QTL分布于水稻除第5、第6染色體外的10條染色體上。楊德衛(wèi)等[28]利用9311為受體，日本晴為供體構(gòu)建的94個染色體片段置換系定位了4個控制水稻抽穗期的QTL, 分別位于第3、第4、第5和第8染色體。周勇等[29]利用染色體單片段代換系及其衍生群體將qHd8.1精細定位在第8染色體上的S8111和S849之間約59.9 kb的物理區(qū)間內(nèi)。

本研究以廣陸矮4號為受體，日本晴為供體的85個染色體單片段代換系在南京和三亞2個不同溫光環(huán)境下進行抽穗期相關(guān)QTL的定位，共檢測到40個抽穗期相關(guān)的主效QTL，其單個QTL對表型的加性效應(yīng)百分率變異范圍為1.7%～21.1%。與前人已經(jīng)報道的抽穗期QTL在染色體上的位置進行比較，部分QTL與前人研究結(jié)果相同或相近。qHD1.1與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-1-1、張永生等[30]定位的抽穗期QTLqHd-1-1在相同的染色體區(qū)段上；qHD1.3與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHd-1-2、Shen等[26]定位的抽穗期QTLQHD1在相同的染色體區(qū)段上；qHD2.1與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHd-2-2在相同的染色體區(qū)段上；qHD2.2與Cheng等[31]定位的抽穗期QTLqHd2在相同的染色體區(qū)段上；qHD2.3與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHd-2-3在相同的染色體區(qū)段上；qHD3.1與Lee等[32]定位的抽穗期QTLqHD3.1在相同的染色體區(qū)段上；qHD3.2與張永生等[30]定位的抽穗期QTLqHd-3在相同的染色體區(qū)段上；qHD3.4與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-3-3、楊德衛(wèi)等[28]定位的抽穗期QTLqHd-3、曾晶等[33]定位的抽穗期QTLqhd3a、邵迪等[34]定位的抽穗期QTLqHd-3在相同的染色體區(qū)段上；qHD4.1與馮躍等[35]定位的抽穗期QTLqHD-4a在相同的染色體區(qū)段上；qHD4.2與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-4、Cheng等[31]定位的抽穗期QTLqHD4b在相同的染色體區(qū)段上；qHD4.3與楊德衛(wèi)等[28]定位的抽穗期QTLqHD-4、Wang等[36]定位的抽穗期QTLqHD4.1在相同的染色體區(qū)段上；qHD6.1與張永生等[30]定位的抽穗期QTL qHd-6-2、曾晶等[33]定位的抽穗期QTLqhd6、馮躍等[35]定位的抽穗期QTLqHD-6b在相同的染色體區(qū)段上；qHD6.2與Shen等[26]定位的抽穗期QTLQHD6、Cheng等[31]定位的抽穗期QTLQHd6a、馮躍等[35]定位的抽穗期QTLqHD-6a在相同的染色體區(qū)段上；qHD7.1與Shen等[26]定位的抽穗期QTLqHD7.2、張永生等[30]定位的抽穗期QTLqHd-7-3、Cheng等[31]定位的抽穗期QTLqHD7、Lee等[32]定位的抽穗期QTLqHD7.1在相同的染色體區(qū)段上；qHD7.2與Shen等[26]定位的抽穗期QTL qHD7.3、何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-7、曾晶等[33]定位的抽穗期QTLqhd7a在相同的染色體區(qū)段上；qHD7.4與Lee等[32]定位的抽穗期QTLqHD7.2、曾晶等[33]定位的抽穗期QTLqhd7b在相同的染色體區(qū)段上；qHD8.1與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-8-1、張永生等[30]定位的抽穗期QTLqHd-8、Pei等[37]定位的抽穗期QTLqHD8.1在相同或位置相近的染色體區(qū)段上；qHD8.4與Shen等[26]定位的抽穗期QTLqHD8、何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-8-2、Lee等[32]定位的抽穗期QTLqHD8.2在相同的染色體區(qū)段上；qHD9.2與何鳳華等[27]定位的抽穗期QTLqHD-9-2、曾晶等[33]定位的抽穗期QTLqhd9在相同的染色體區(qū)段上；qHD10.2與張永生等[30]定位的抽穗期QTLqHd-10、Lee等[32]定位的抽穗期QTLqHD10.1在相同或位置相近的染色體區(qū)段上；qHD11.1與Shen等[26]定位的抽穗期QTLqHD11在染色體上位置相近。

染色體右側(cè)為分子標記名稱, 左側(cè)數(shù)字代表物理位置(單位Mb)。黑色區(qū)段顯示19個新抽穗期相關(guān)QTL所在的位置范圍, 灰色區(qū)段顯示與前人研究具有相同區(qū)段的21個抽穗期相關(guān)QTL所在的位置。

The molecular markers are indicated in the right side, and the physical locations (Mb) of each marker are indicated in the left side. The regions of 19 newly detected QTLs for heading date are shown in black, and the regions of the other 21 QTLs which share the same regions with the previously detected QTLs are shown in gray.

圖3多態(tài)性標記的物理位置及40個抽穗期QTL在水稻12條染色體上的分布

Fig. 3. Physical locations of polymorphic markers and the distribution of 40 QTLs for heading date on 12 rice chromosomes.

與已經(jīng)克隆的抽穗期QTL進行比較發(fā)現(xiàn)，qHD3.1定位區(qū)段內(nèi)含有抽穗期QTLDTH3；qHD3.4定位區(qū)段內(nèi)含有抽穗期QTLHd6、Hd16；qHD6.1定位區(qū)段內(nèi)含有抽穗期QTLHd3a；qHD7.4定位區(qū)段內(nèi)含有抽穗期QTLGhd7.1；qHD10.2定位區(qū)段內(nèi)含有抽穗期QTLEhd2。本研究中定位出的其他的抽穗期相關(guān)的QTL尚未見報道(圖3)。本研究定位的40個抽穗期QTL中有13個QTL在3個以上的不同群體中都被定位到，其中qHD3.4和qHD7.1在5個不同群體中被定位；4個QTL定位區(qū)間內(nèi)含有5個已經(jīng)克隆的抽穗期QTL。這一方面說明這些QTL的穩(wěn)定性，同時也進一步證明染色體單片段代換系是定位和克隆復(fù)雜性狀QTL的理想材料。

本研究中定位到的40個抽穗期相關(guān)的QTL可以分為5種類型(表1)：Ⅰ類包括13個QTL，這些QTL在南京自然高溫長日照環(huán)境(E1)下促進廣陸矮4號提早抽穗，在三亞自然低溫短日照環(huán)境(E2)下也促進廣陸矮4號提早抽穗；Ⅱ類包括3個QTL，這些QTL在E1環(huán)境下抑制廣陸矮4號延遲抽穗，在E2環(huán)境下也抑制廣陸矮4號延遲抽穗；Ⅲ類包括5個QTL，這些QTL在E1環(huán)境下抑制廣陸矮4號延遲抽穗，在E2環(huán)境下促進廣陸矮4號提早抽穗；Ⅳ類包括15個QTL，這些QTL只在E1環(huán)境中被定位到，表現(xiàn)為抑制廣陸矮4號延遲抽穗；Ⅴ類包括4個QTL，這些QTL只在E2環(huán)境中被定位到，表現(xiàn)為促進廣陸矮4號提早抽穗。這為進一步研究這些QTL的功能以及利用這些QTL選育適宜生育期的水稻新品種提供理論依據(jù)。

參考文獻:

[1] Chang T T, Li C C, Vergara B S. Component analysis of duration from seeding to heading in rice by the basic vegetative phase and the photoperiod-sensitive phase.Euphytica, 1969, 18(1): 79-91.

[2] Tsai K H．Gene loci and alleles controlling the duration of basic vegetative growth of rice.RiceGenet, 1986, 5(6): 339-349.

[3] 胡時開, 蘇巖, 葉衛(wèi)軍, 等. 水稻抽穗期遺傳與分子調(diào)控機理研究進展. 中國水稻科學(xué), 2012, 26(3): 373-382.

Hu S K, Su Y, Ye W J, et al. Advances in genetic analysis and molecular regulation mechanism of heading date in rice (OryzasativaL.).ChinJRiceSci, 2012, 26(3): 189-196. (in Chinese with English abstract)

[4] Yano M, Katayose Y, Ashikari M, et al.Hd1, a major photoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice, is closely related to the arabidopsis flowering time gene constans.PlantCell, 2000, 12(12): 2473-2483.

[5] Itoh H, Nonoue Y, Yano M, et al. A pair of floral regulators sets critical day length forHd3aflorigen expression in rice.NatGenet, 2010, 42(7): 635-638.

[6] Takahashi Y, Shomura A, Sasaki T, et al.Hd6, a rice quantitative trait locus involved in photoperiod sensitivity, encodes the a subunit of protein kinase CK2.ProcNatlAcadSciUSA, 2001, 98(14): 7922-7927.

[7] Hori K, Ogiso-Tanaka E, Matsubara K, et al.Hd16, a gene for casein kinase I, is involved in the control of rice flowering time by modulating the day-length response.PlantJ, 2013, 76(1): 36-46.

[8] Matsubara K, Ogiso-Tanaka E, Hori K, et al. Natural variation inHd17, a homolog of arabidopsis ELF3 that is involved in rice photoperiodic flowering.PlantCellPhysiol, 2012, 53(4): 709-716.

[9] Doi K, Izawa T, Fuse T, et al.Ehd1, a B-type response regulator in rice, confers short-day promotion of flowering and controls FT-like gene expression independently ofHd.GenesDev, 2004, 18(8): 926-936.

[10]Matsubara K, Yamanouchi U, Wang Z X, et al.Ehd2, a rice ortholog of the maizeINDETERMINATE1 gene, promotes flowering by up-regulatingEhd.PlantPhysiol, 2008, 148(3): 1425-1435.

[11]Matsubara K, Yamanouchi U, Nonoue Y, et al.Ehd3, encoding a plant homeodomain finger-containing protein, is a critical promoter of rice flowering.PlantJ, 2011, 66(4): 603-612.

[12]Gao H, Zheng X M, Fei G , et al.Ehd4 encodes a novel and Oryza-genus-specific regulator of hotoperiodic flowering in rice.PLoSGenet, 2013, 9(2): e1003281.

[13]Andrés F, Galbraith D W, Talón M, et al. Analysis of photoperiod sensitivity sheds light on the role of phytochromes in photoperiodic flowering in rice.PlantPhysiol, 2009, 151(2): 681-690.

[14]Xue W Y, Xing Y Z, Weng X Y, et al. Natural variation inGhd7 is an important regulator of heading date and yield potential in rice.NatGenet, 2008, 40(6): 761-767.

[15]Yan W H, Liu H Y, Zhou X C, et al. Natural variation inGhd7.1 plays an important role in grain yield and adaptation in rice.CellRes, 2013, 23(7): 969-971.

[16]Wu W X, Zheng X M, Lu G W, et al. Association of functional nucleotide polymorphisms atDTH2 with the northward expansion of rice cultivation in Asia.ProcNatlAcadSciUSA, 2013, 110(8): 2775-2780.

[17]Wei X J, Xu J F, Guo H N, et al.DTH8 Suppresses flowering in rice, influencing plant height and yield potential simultaneously.PlantPhysiol, 2010, 153(4): 1747-1758.

[18]劉冠明, 李文濤, 曾瑞珍, 等. 水稻單片段代換系代換片段的QTL鑒定. 遺傳學(xué)報, 2004, 31(12): 1395-1400.

Liu G M, Li W T, Zeng R Z, et al. Identification of QTLs on substituted segments in single segment substitution lines of rice.JGenetGenom, 2004, 31(12): 1395-1400. (in Chinese with English abstract)

[19]Eshed Y, Zamir D. An introgression line population of Lycopersicon pennellii in the cultivated tomato enables the identification and fine mapping of yield-associated QTL.Genetics, 1995, 141(3): 1147-1162.

[20]McCouch S R，CGSNL.Gene nomenclature system for rice.Rice，2008,1(1): 72-84.

[21]Paterson A H, Deverna J W, Lanini B, et al. Fine mapping of quantitative trait loci using selected overlapping recombinant chromosomes in an interspecies cross of tomato.Genetics, 1990, 124(3): 735-742.

[22]Young N D, Tanksley S D. Restriction fragment length polymorphism maps and the concept of graphical genotypes.TheorApplGenet, 1989, 77(1): 95-101.

[23]Xu J J, Zhao Q, Du P N, et al. Developing high throughput genotyped chromosome segment substitution lines based on population whole-genome re-sequencing in rice (OryzasativaL.).BMCGenom, 2010, 24(11): 656-669.

[24]Shomura A, Izawa T, Ebana K, et al. Deletion in a gene associated with grain size increased yields during rice domestication.NatGenet, 2008, 40(8): 1023-1028.

[25]Li Y B, Fan C C, Xing Y Z, et al. Natural variation inGS5 plays an important role in regulating grain size and yield in rice.NatGenet, 2011, 43(12): 1266-1269.

[26]Shen G J, Xing Y Z. Two novel QTLs for heading date are identified using a set of chromosome segment substitution lines in rice (OryzasativaL.).JGenetGenom, 2014, 41(12): 659-662.

[27]何風(fēng)華, 席章營, 曾瑞珍, 等. 利用單片段代換系定位水稻抽穗期QTL. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(8): 1505-1513.

He F H, Xi Z Y, Zeng R Z, et al. Mapping of heading date QTLs in rice (OryzasativaL.) using single segment substitution lines.SciAgricSin, 2005, 38(8): 1505-1513. (in Chinese with English abstract)

[28]楊德衛(wèi), 張亞東, 朱鎮(zhèn), 等. 基于CSSL的水稻抽穗期QTL定位及遺傳分析. 植物學(xué)報, 2010, 45 (2): 189-197.

Yang D W, Zhang Y D, Zhu Z, et al. Mapping and genetic analysis of quantitative trait loci for heading date with chromosome segment substitution lines inOryzasativa.ChinBullBot, 2010, 45(2): 189-197. (in Chinese with English abstract)

[29]周勇, 崔國昆, 張言周, 等. 水稻抽穗期主效QTLqHd8.1的精細定位. 中國水稻科學(xué), 2012, 26(1): 43-48.

Zhou Y, Cui G K, Zhang Y Z, et al. Fine mapping of a major QTLqHd8.1 for heading date in rice.ChinJRiceSci, 2012, 26(1): 43-48. (in Chinese with English abstract)

[30]張永生, 江玲, 劉喜, 等. 控制水稻品種Koshihikari 抽穗期的數(shù)量性狀位點. 作物學(xué)報, 2008, 34(11): 1869-1876.

Zhang Y S, Jiang L, Liu X, et al. Quantitative trait loci for rice heading time in Koshihikari.ActaAgronSin, 2008, 34(11): 1869-1876. (in Chinese with English abstract)

[31]Cheng L R, Wang J M, Ye G Y, et al. Identification of stably expressed QTL for heading date using eciprocal introgression line and recombinant inbred line populations in rice.GenetRes(Camb), 2012, 94(5): 245-253.

[32]Lee S, Jia M H, Jia Y L, et al. Tagging quantitative trait loci for heading date and plant height in important breeding parents of rice (Oryzasativa).Euphytica, 2014, 197(2): 191-200.

[33]曾晶, 姜恭好, 何予卿, 等. 利用秈粳交探討水稻株高和抽穗期的遺傳基礎(chǔ). 分子植物育種, 2006, 4(4): 527-534.

Zeng J, Jiang G H, He Y Q, et al. The genetic bases analysis of plant height and heading date in Indica/Japonica hybrids.MolPlantBreeding, 2006, 4(4): 527-534. (in Chinese with English abstract)

[34]邵迪, 李秋萍, 吳比, 等. 利用染色體片段代換系定位水稻主效抽穗期QTL. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版: 2009, 35(4): 344-347.

Shao D, Li Q P, Wu B, et al. Mapping of a major QTL for heading date in rice using chromosome segment substitution lines.JHunanAgricUniv:NatSci, 2009, 35(4): 344-347. (in Chinese with English abstract)

[35]馮躍, 翟榮榮, 曹立勇, 等. 不同施氮水平下水稻株高與抽穗期的QTL比較分析. 作物學(xué)報, 2011, 37(9): 1525-1532.

Feng Y, Zhai R R, Cao L Y, et al. QTL analysis for plant height and heading date in rice under two nitrogen levels.ActaAgronSin, 2011, 37(9): 1525-1532. (in Chinese with English abstract)

[36]Wang B B, Zhu C X, Liu X, et al. Fine mapping ofqHD4-1, a QTL controlling the heading date, to a 20.7-kb DNA fragment in rice (OryzasativaL.).PlantMolBiolRep, 2011, 29(3): 702-713.

[37]Pei C G, Liu X, Wang W Y, et al. Fine mapping ofqHD8-1, a QTL controlling the heading date, to a 26-kb DNA fragment in rice (OryzasativaL.).JPlantBiol, 2011, 54(3): 190-198.

QTL Analysis for Heading Date in Rice (OryzasativaL.) Under Different Temperatures and Light Intensities

WANG Jun1,2, ZHU Jin-yan2, ZHOU Yong1, YANG Jie2, FAN Fang-jun2, LI Wen-qi2, WANG Fang-quan2,ZHONG Wei-gong2, LIANG Guo-hua1,*

(1Key Laboratory of Plant Function Genomics, Ministry of Education, Yangzhou University/Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou 225009, China;2Institute of Food Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Nanjing Branch of Chinese National Center for Rice Improvement, Nanjing 210014, China;*Corresponding author, E-mail: ricegb@yzu.edu.cn)

WANG Jun, ZHU Jinyan, ZHOU Yong, et al. QTL analysis for heading date in rice (OryzasativaL.) under different temperatures and light intensities. Chin J Rice Sci, 2016, 30(3): 247-255.

Abstract:QTLs for heading date were identified with 85 rice chromosome single segment substitution lines (CSSSLs) derived from Nipponbare as donor parent in the background of Guanglu’ai 4, for means comparisons between CSSSLs and the recipient parent Guanglu’ai 4 by one-way analysis of variance and Dunnett’s test. A total of 40 QTLs for heading date were identified on all 12 chromosomes under two different temperatures and light intensities with a significance of P≤0.001. Twenty-one QTLs for heading date were mapped in the two environments, 15 QTLs only in Nanjing, and four only in Sanya. Thirty-six QTLs were mapped in Nanjing, the additive effects of which ranged from 2.8 d to 15.7 d, the additive effect percentages from 3.8% to 21.1%; 25 QTLs were mapped in Sanya, the additive effect of which ranged from 1.8 to 12.1 d, the additive effect percentages from 1.7% to 11.3%. The results are important for the QTLs cloning and breeding of new high-quality rice variety in different environments.

Key words:rice; chromosome single segment substitution lines; quantitative trait loci; heading date; substitution mapping

DOI:10.16819/j.1001-7216.2016.5172

收稿日期:2015-11-18； 修改稿收到日期: 2016-01-07。

基金項目:國家973計劃資助項目(2013CBA01405); 國家科技支撐計劃重大項目(2011BAD16B03); 江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金資助項目[CX(12)1003]; 江蘇省科技廳重點研發(fā)計劃資助項目(BE2015341); 研究生科研創(chuàng)新計劃資助項目(CXZZ12-0906)。

中圖分類號:Q343.1+5;S511.01

文獻標識碼:A

文章編號:1001-7216(2016)03-0247-09

中國水稻科學(xué)(Chin J Rice Sci),2016,30(3):247-255

http://www.ricesci.cn