徐曉明　張迎信　王會(huì)民 　任翠 　王汝慈 　沈希宏　 占小登吳瑋勛 　程式華,*　曹立勇,*

(1中國(guó)水稻研究所 國(guó)家水稻改良中心， 杭州 310006；2杭州師范大學(xué)， 杭州 310036； 3浙江省超級(jí)稻研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310006；

?

一個(gè)水稻根長(zhǎng)QTLqRL4的分離鑒定

徐曉明1,2,3,#張迎信1,3,#王會(huì)民1,4任翠5王汝慈1,3沈希宏1,3占小登1,3吳瑋勛1,3程式華1,3,*曹立勇1,3,*

(1中國(guó)水稻研究所 國(guó)家水稻改良中心， 杭州 310006；2杭州師范大學(xué)， 杭州 310036；3浙江省超級(jí)稻研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310006；

4江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 南昌 330200；5河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 鄭州 450002；*通訊聯(lián)系人，E-mail：shcheng@mail.hz.zj.cn，caolycgf@mail.hz.zj.cn)

XUXiaoming，ZHANGYingxin，WANGHuimin，etal.IdentificationofqRL4,amajorquantitativetraitlocusassociatedwithricerootlength.ChinJRiceSci, 2016, 30(4): 363-370.

徐曉明, 張迎信, 王會(huì)民, 等. 一個(gè)水稻根長(zhǎng)QTLqRL4的分離鑒定. 中國(guó)水稻科學(xué)， 2016， 30(4)： 363-370.

摘要:為了分離鑒定 qRL4，以超級(jí)稻協(xié)優(yōu) 9308 衍生重組自交系與輪回親本中恢9308(R9308)回交多代的高代回交群體為材料，利用瓊脂無(wú)土栽培技術(shù),開(kāi)展水稻根長(zhǎng)QTL qRL4的分離鑒定研究，最后將 qRL4定位在第4染色體分子標(biāo)記RM5687與InDel49間624.6 kb范圍內(nèi)。此基因的定位與分離鑒定將有助于水稻根長(zhǎng)相關(guān)遺傳機(jī)理的研究，為探究在基因水平上的水稻根系形態(tài)建成奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:水稻； 根長(zhǎng)； 數(shù)量性狀基因座

植物生長(zhǎng)過(guò)程中，根系發(fā)揮著不可或缺的作用，包括固定，水分和養(yǎng)分的吸收等[1-2]，如具有扎根深、健壯且分支多的根系的植物在逆境中(如缺水以及養(yǎng)分匱乏)具有更強(qiáng)的生命力。由于根系研究技術(shù)的局限性和起步較晚，人們對(duì)根系的認(rèn)識(shí)深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及地上部，如產(chǎn)量、品質(zhì)、株型、葉型、抗病蟲(chóng)和抗非生物脅迫等性狀[3]。但是研究者們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到開(kāi)展水稻根系及遺傳育種研究的必要性。近年來(lái)，圍繞水稻根系遺傳研究的報(bào)道也有很多，在水稻根系QTL作圖與基因克隆研究方面取得了重大突破[4]。其中，對(duì)于控制根系生長(zhǎng)的各性狀研究主要通過(guò)QTL分析，這些性狀涉及根系生物量、根長(zhǎng)和根數(shù)(以及在特殊環(huán)境下的表型)等[5-12]。由于根系生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜，而且很難獲得完整的根系，導(dǎo)致表型鑒定準(zhǔn)確性很低，因而精細(xì)定位根系相關(guān)性狀QTLs難度較大。這可能是水稻根系相關(guān)QTLs很少被克隆的原因。

迄今為止，已克隆的根系相關(guān)基因大多是利用水稻突變體材料獲得。其中，包括根冠形成相關(guān)基因[13-15]、不定根系形成相關(guān)基因[16-18]、根長(zhǎng)基因[19-23]、水稻硝態(tài)氮吸收基因 NIA[24]、水稻穗部長(zhǎng)出不定根突變體基因[25]、水稻根系中特異表達(dá)銨同化基因GS8[26]、水稻磷高效吸收利用的轉(zhuǎn)錄因子 OsPTF1[27]、硅吸收轉(zhuǎn)運(yùn)基因LsiL[28-29]以及二價(jià)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)基因OsIRT1[30]。這些根系相關(guān)基因的定位、分離、克隆研究，對(duì)人們揭示根系形態(tài)建成的遺傳機(jī)理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為開(kāi)展水稻根系育種提供了有價(jià)值的參考信息。

我們?cè)谇捌谘芯恐校诘?染色體定位到一個(gè)控制根長(zhǎng)的主效QTLqRL4，相對(duì)根長(zhǎng)表型貢獻(xiàn)率最高達(dá)到36.5%，成株期可以顯著縮短根長(zhǎng)8.1cm[31]。為了分離鑒定 qRL4，本研究以超級(jí)稻協(xié)優(yōu)9308衍生的重組自交系(RIL)與輪回親本中恢9308(R9308)回交多代的高代回交群體為材料，利用瓊脂無(wú)土栽培技術(shù)，借助經(jīng)典數(shù)量遺傳學(xué)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)手段開(kāi)展水稻根長(zhǎng)QTLqRL4的分離鑒定研究。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本研究小組前期利用協(xié)青早B(XB)與中恢9308(R9308)雜交構(gòu)建的RILs對(duì)相關(guān)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了QTL定位，于第4染色體長(zhǎng)臂上分子標(biāo)記RM307與RM1205之間定位到一個(gè)QTL簇，包括不同時(shí)期的相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)根冠比、相對(duì)根干質(zhì)量和相對(duì)植株干質(zhì)量等性狀。 qRL4被定位于標(biāo)記RM3317-RM1205之間，表型貢獻(xiàn)率達(dá)36.5%，在抽穗期可以顯著縮短根長(zhǎng)8.1cm，屬于主效QTL[31]。

基于本研究小組前期利用RIL定位的結(jié)果，采用攜帶qRL4的RIL家系與R9308進(jìn)行回交的方法，每代結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇篩選目標(biāo)片段，用于在高世代回交材料中篩選含有目標(biāo)QTL、背景較純合的近等基因系材料。結(jié)果在BC4F2世代挑選得到2個(gè)目標(biāo)片段為雜合型的株系X15-1和X15-2，每個(gè)株系都含有目標(biāo)QTL代換區(qū)間，且代換區(qū)間為雜合狀態(tài)，遺傳背景盡量與輪回親本一致，自交獲得BC4F3群體。其中，在BC4F3群體中得到兩個(gè)目標(biāo)片段純合的家系qRL4-NIL1和qRL4-NIL2用來(lái)驗(yàn)證之前定位的結(jié)果，而X15-1和X15-2自交后獲得的次級(jí)分離群體共2450個(gè)單株用來(lái)縮小目標(biāo)QTL的區(qū)間。為了確認(rèn)分離鑒定的群體中含有目標(biāo)QTL，調(diào)查了BC4F3：4群體的根系等農(nóng)藝性狀。

1.2種植方法

所有試驗(yàn)材料均采用瓊脂種植。具體步驟如下：1) 將種子用70%酒精消毒1min，然后用蒸餾水清洗干凈，再用5%次氯酸鈉溶液消毒30min，用蒸餾水清洗干凈，之后把種子均勻平鋪于滅菌培養(yǎng)皿上，放少許蒸餾水使種子保持濕潤(rùn)，于35℃下催芽待用；2) 將催好芽的種子均勻播于灌好瓊脂的插槽內(nèi)，一個(gè)槽大約可以播16株；3) 將種植好的箱體置于培養(yǎng)箱內(nèi)(晝夜溫度分別為30℃±2℃和21℃±2℃，自然光，每天光照14h，相對(duì)濕度70%)，種植水稻的插槽里面要一直保持瓊脂濕潤(rùn)，以防瓊脂干枯裂口和長(zhǎng)菌(圖1)。

瓊脂的配制方法：按照國(guó)際水稻所營(yíng)養(yǎng)液配方[32]，根據(jù)需要稍作修改，用配好的營(yíng)養(yǎng)液溶解瓊脂(瓊脂和營(yíng)養(yǎng)液的質(zhì)量體積比為1∶20)，并煮沸使瓊脂溶液呈無(wú)色透明狀，然后立即將無(wú)色透明的瓊脂溶液灌入插槽內(nèi)，待其冷凝后則完成培養(yǎng)基的配制。

1.3表型考查

苗期分別對(duì)7個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，具體方法如下：1)用直尺測(cè)量每株水稻的株高和根長(zhǎng)，然后將水稻完整根系從植株上分離下來(lái)，按單根一條條分開(kāi)，統(tǒng)計(jì)每株的根數(shù)；2) 將分離好的莖葉和根系分別裝在信封中，于烘箱中105℃下殺青1h，然后65℃下烘干至恒重，稱量莖葉干質(zhì)量和根系干質(zhì)量，計(jì)算獲得植株干質(zhì)量和根冠比等數(shù)據(jù)。

1.4InDel引物開(kāi)發(fā)及qRL4定位

在SSR標(biāo)記RM3317與RM1205之間首先采用實(shí)驗(yàn)室已有的公共引物以及Gramene(http：//www.gramene.org)上公布的84對(duì)公共引物和63對(duì)InDel引物，對(duì) qRL4進(jìn)行定位。利用實(shí)驗(yàn)室已測(cè)序的親本協(xié)青早B和中恢9308的測(cè)序信息(北京華大基因研究中心)，分別截取第4染色體RM3317和RM1205標(biāo)記在兩親本上的DNA序列，利用LaserGene軟件MegAlign和Editseq工具對(duì)親本上截取的兩段DNA堿基序列進(jìn)行比對(duì)分析，找出兩段序列之間插入缺失(Insertion/Deletion,InDel)序列位點(diǎn)，選取插入缺失的堿基長(zhǎng)度為5～10bp作為設(shè)計(jì)引物序列模體，截取插入缺失位點(diǎn)前后各300bp序列進(jìn)行序列標(biāo)記開(kāi)發(fā)。利用PrimerPremier5.0軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新InDel引物，引物設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)如下：1)長(zhǎng)度18～24bp；2)GC含量40%～60%；3)Tm值50℃～65℃；4)沒(méi)有二級(jí)結(jié)構(gòu)、發(fā)夾結(jié)構(gòu)、3個(gè)連續(xù)相同堿基；5)引物3′末端堿基最好為C或者G；6)設(shè)計(jì)好的引物采用RAPDB(http://rapdb.dna.affrc.go.jp/)軟件進(jìn)行染色體物理位置確定和標(biāo)記特異性檢測(cè)，特異性好的標(biāo)記序列由英濰捷基生物有限公司合成(表1)。

A-催芽；B-播種；C-播種后4d;D-播種后20d。

A,Acceleratinggermination；B,Seeding；C,Fourdaysafterseeding；D,Twentydaysafterseeding.

圖1瓊脂種植水稻技術(shù)

Fig. 1.Technologyofricecultivationbyagargel.

2結(jié)果與分析

2.1農(nóng)藝性狀的遺傳表現(xiàn)

CSSL群體與兩個(gè)親本的7個(gè)農(nóng)藝性狀值(表2)。株高為20.02cm，根長(zhǎng)為5.25cm，根數(shù)均值為6.9，莖葉干質(zhì)量為81.5mg，根干質(zhì)量為33.8mg，植株干質(zhì)量均值為0.1153g，根冠比均值為0.44，7個(gè)性狀的最大值都超過(guò)了高值親本，最小值也都小于低值親本。親本協(xié)青早B與中恢9308的根長(zhǎng)、根數(shù)、莖葉干質(zhì)量、根干質(zhì)量、植株干質(zhì)量及根冠比等6個(gè)性狀均差異明顯，高值親本比低值親本至少高10%。由表3可知，7個(gè)性狀兩兩之間的相關(guān)性均達(dá)極顯著水平。其中莖葉干質(zhì)量與植株干質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98，在所有性狀間表現(xiàn)為最大。其余各性狀間相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.1以上，大部分集中于0.2到0.6之間，只有根長(zhǎng)與根冠比為0.75，根數(shù)與根冠比為0.78，莖葉干質(zhì)量與根冠比為-0.63，根干質(zhì)量與植株干質(zhì)量為0.74，絕對(duì)值均大于0.6。

表1用于qRL4基因精細(xì)定位的標(biāo)記

Table1.MarkersusedinfinemappingofqRL4.

標(biāo)記Marker正向引物Forwardprimer(5'-3')反向引物Reverseprimer(5'-3')退火溫度Annealingtemperature/℃RM3317AGCAACCTGACAGAAGAATGTCTCGTTGAGTTGGAAGAAG55RM7279TGAAGGAGATACACCGAAACGGCTTGAGAGCGTTTGTAG55InDel9TGGATTTGTAGACATGTTTTTGGATAGTTTGGTTTTTGAT50RM5687AGAGAAGAAGGGAAGGAGGAAGGAGTGACTTGTGGGTGACTTGTGG55InDel49TGGTATCTCACTGCTGAAGAAACAGGGAGTACAGAAGGAT50InDel52TACGAGCGAAGGGGAGACGTGAAAACCGTTGGAGTG50RM16752TGTGAGGAGTGCCACATAGATACGGCTTAGATAGGGAACTTGTGGTTTGC55

2.2包含qRL4近等基因系的構(gòu)建

為了驗(yàn)證前面定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，從BC4F3群體中挑選了兩個(gè)包含 qRL4代換區(qū)段的株系進(jìn)行近等基因系的構(gòu)建(圖2)。圖中黑色部分代表供體親本協(xié)青早B的基因型片段，白色部分代表輪回親本中恢9308的基因型片段。由圖3可知， qRL4-NIL1和 qRL4-NIL2根長(zhǎng)介于兩個(gè)親本之間， qRL4-NIL1為5.12cm，偏向于低值親本協(xié)青早B，而 qRL4-NIL2為6.33cm，偏向于高值親本中恢9308，兩者間差異達(dá)到1.21cm。從基因型上分析， qRL4-NIL1和 qRL4-NIL2只在第4染色體有一個(gè)區(qū)段的差異，雖然第5染色體也各有一個(gè)代換片段，但是因?yàn)閮烧叩拇鷵Q區(qū)段完全一致，所以引起表型差異的遺傳區(qū)段不在這兩個(gè)雜合片段內(nèi)，只可能存在于第4染色體的代換區(qū)段內(nèi)。結(jié)合分子標(biāo)記信息，第4染色體上的代換區(qū)段為RM3317-RM1205，正好包含了之前定位到的 qRL4，證明兩者之間的表型差異是由 qRL4引起的，也更進(jìn)一步表明 qRL4位于標(biāo)記RM3317和RM1205間。

2.3根長(zhǎng)qRL4的精細(xì)定位

結(jié)合根長(zhǎng)表型，X15-1和X15-2兩個(gè)群體共篩選到289個(gè)隱性單株，利用具有多態(tài)性的9個(gè)分子標(biāo)記進(jìn)行分離鑒定(表4)。由表3可知，區(qū)間越大，交換單株越多，隨著標(biāo)記間距離的縮小，交換單株數(shù)量越來(lái)越少，最后在標(biāo)記RM5687與InDel49之間沒(méi)有找到交換單株，最后將 qRL4定位在標(biāo)記RM5687與InDel49之間、物理距離為624.6kb范圍內(nèi)(圖4)。

表2水稻染色體片段代換系群體7個(gè)農(nóng)藝性狀的表型特征

Table2.CharacterofsevenphenotypictraitsinCSSLpopulationofrice.

性狀Traits親本Parent協(xié)青早BXieqingzaoB中恢9308R9308CSSL群體CSSLpopulation平均值±標(biāo)準(zhǔn)差Mean±SD變幅Range峰度Kurtosis偏度Skewness株高PH/cm19.34±0.4620.33±0.3520.02±2.7611.4～27.01.64-0.83根長(zhǎng)RT/cm4.67±0.256.47±1.07**5.25±1.61.3～9.7-0.21-0.04根數(shù)RN8.4±0.57.0±1.1**6.9±1.63.0～12.00.230.68莖葉干質(zhì)量DWS/mg84.33±13.679.00±8.03**81.5±7.231.0～177.00.250.78根干質(zhì)量DWR/mg39.00±7.6033.00±7.04**33.8±8.313.0～75.01.190.65植株干質(zhì)量TDW/mg123.33±7.40111.00±4.06**115.3±3.853.0～230.00.440.85根冠比RS0.46±0.080.42±0.06**0.44±0.130.15～1.781.771.29

PH，Plantheight;RL，Rootlength；RN，Rootnumber；DWS，Dryweightofshoots；DWR，Dryweightofroots；TDW，Totaldryweight；RS，Root/Shoot；SD，Standarddeviation.*and**，Significantat0.05and0.01levels,respectively.Thesameasbelow.

表3水稻染色體片段代換系群體7個(gè)性狀的相關(guān)性分析

Table3.CorrelationcoefficientsofseventraitsinCSSLpopulationofrice.

性狀Trait株高PH根長(zhǎng)RT根數(shù)RN莖葉干質(zhì)量DWS根干質(zhì)量DWR植株干質(zhì)量TDW株高PH根長(zhǎng)RT0.44**根數(shù)RN0.33**0.24**莖葉干質(zhì)量DWS0.49**0.28**0.49**根干質(zhì)量DWR0.22**0.12**0.34**0.59**植株干質(zhì)量TDW0.46**0.26**0.49**0.98**0.74**根冠比RS-0.45**0.75**0.78**-0.63**0.18**-0.47**

白色和黑色分別代表純合的中恢9308和協(xié)青早B的基因型。

WhiteandblackboxesrepresenthomozygousallelesfromZhonghui9308andXieqingzaoB,respectively.

圖2兩個(gè)攜帶qRL4近等基因系的基因型

Fig. 2.GenotypesoftwoneartsogeniclinesharboringqRL4.

圖3qRL4-NIL1和qRL4-NIL2 苗期根長(zhǎng)比較

Fig. 3.RootlengthofqRL4-NIL1andqRL4-NIL2atseedlingstage.

3討論

3.1瓊脂種植水稻技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

水稻根系的研究方法很多，主要有土鉆法、土柱法、容器法、三維坐標(biāo)容器法和虛擬根系模型等。這些方法獲取的根系都會(huì)受到不同程度損傷，難以獲得完整的根系。瓊脂種植水稻技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，是本研究小組經(jīng)過(guò)上百次反復(fù)試驗(yàn)探索出來(lái)的一項(xiàng)固體基質(zhì)無(wú)土栽培技術(shù)。該技術(shù)采用瓊脂和營(yíng)養(yǎng)液配置培養(yǎng)基，把配制好的瓊脂培養(yǎng)基灌入特制的箱體槽中，冷凝之后把水稻催芽種子種于瓊脂上即可。使用此技術(shù)種植水稻可以更好地模擬水稻植株在土壤環(huán)境中生長(zhǎng)，使根系的生長(zhǎng)具有一定的阻力，可以更接近于土壤環(huán)境中的生長(zhǎng)狀況，比水培種植水稻技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。此外，該技術(shù)還便于檢測(cè)水稻苗期生長(zhǎng)過(guò)程中各種性狀，例如生理生化、脅迫、蛋白提取、根系掃描測(cè)定等，且不受時(shí)間、空間和環(huán)境影響，取材方便，管理方便。此法的缺點(diǎn)是操作繁瑣，種子和瓊脂要消毒滅菌，不消毒滅菌瓊脂就容易發(fā)霉腐爛，影響水稻生長(zhǎng)。另一缺點(diǎn)是瓊脂表面極易干裂，要定期澆水以保證瓊脂表面濕潤(rùn)。該技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家專利。

3.2控制根長(zhǎng)的一個(gè)主效QTL

根深才能葉茂,要獲得繁茂的地上部植株，地下部根系也必須生長(zhǎng)良好。關(guān)于水稻根系特征的研究已經(jīng)有很多相關(guān)報(bào)道，例如，Uga等[38]定位的一個(gè)與地表根生長(zhǎng)有關(guān)的主效QTLqSOR1，位于第7染色體上標(biāo)記RM21941與RM21976間，物理距離為812kb；Kamoshita等[39]研究了在淹水條件下一個(gè)水稻群體根系相關(guān)農(nóng)藝性狀的QTL。Mitsuhiro等[40]采用水培方法，在不同NH4+濃度條件下，將一個(gè)水稻苗期根長(zhǎng)主效QTLqRL6.1，定位于C11635-P3A2標(biāo)記間337kb的范圍內(nèi)，可解釋的表型變異為13.5%～21.1%，并且可以增加產(chǎn)量。一些在陸稻中可以增加產(chǎn)量的根系性狀相關(guān)QTL已有相關(guān)研究[41]。然而，有關(guān)水稻根系性狀克隆的基因極少，這可能是因?yàn)榇筇锃h(huán)境下水稻根系很難獲取，且性狀很難考查，而普通營(yíng)養(yǎng)液水培法又工作量太大、可操作性不高的緣故。利用構(gòu)建染色體片段代換系的高代回交群體BC4F4為材料對(duì)其進(jìn)行精細(xì)定位，最后將 qRL4定位在第4染色體靠近著絲粒的一個(gè)624.6kb的區(qū)域內(nèi)(圖4)。依據(jù)水稻注解工程數(shù)據(jù)庫(kù)(RiceAnnotationProject,RAP3,http://rapdb.dna.affrc.go.jp/)，在此區(qū)間 qRL4有89個(gè)候選基因，由于候選基因較多，尚不能預(yù)測(cè) qRL4精確的候選基因。今后的工作主要是縮小 qRL4所在區(qū)間的范圍，爭(zhēng)取預(yù)測(cè)并克隆該基因，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行功能互補(bǔ)和分子機(jī)理探索。

A-第4染色體遺傳圖；B-qRL4區(qū)間確定。分子標(biāo)記對(duì)應(yīng)的數(shù)字為日本晴基因組第4染色體的物理距離(Mb)。

A,LinkagemapoftheRILsderivedfromXieqingzaoB×R9308.B，IdentificationofqRL4.ThenumbersinparenthesesbesidetheDNAmarkersindicatetheirphysicalmapposition(Mb)onchromosome4ofNipponbare.

圖4qRL4的精細(xì)定位

Fig. 4.LocationofqRL4onricechromosome4.

表4不同標(biāo)記間重組單株數(shù)

Table4.NumberofrecombinationplantsforInDelmarkers.

群體Population交換單株數(shù)NumberofrecombinationplantsRM3317RM7279InDel9RM5687InDel49InDel52RM16752RM16791RM1205X15-1151040023511X15-2211450012614

3.3qRL4 在水稻育種中的應(yīng)用前景

生產(chǎn)上水分虧缺是一個(gè)限制水稻產(chǎn)量的重要非生物因素[42]。全世界范圍內(nèi)栽培水稻的區(qū)域，將近有一半的地方存在水分虧缺問(wèn)題[43]。因此，改良水稻根系的吸水能力是育種上急需解決的難題。Kamoshita等[44]考查了深根比率和深根量等根系性狀QTLs，將他們定位于第2、3、4、9和11染色體。然而，前人的研究都集中于水稻根系整體特征，沒(méi)有對(duì)根系各性狀進(jìn)行細(xì)分研究，這造成了很多QTL定位結(jié)果很難繼續(xù)深入。 qRL4于苗期可以明顯縮短根長(zhǎng)，在大田生產(chǎn)上屬于劣質(zhì)基因，高產(chǎn)水稻中最好沒(méi)有該基因或者該基因不表達(dá)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們可以利用基因定點(diǎn)敲除技術(shù)，將該基因敲除或者沉默掉，以保證根系長(zhǎng)度不受影響。確定候選基因并且克隆該基因，以及進(jìn)行功能互補(bǔ)驗(yàn)證等，將有助于探明根系功能強(qiáng)大型水稻品種對(duì)水分吸收利用率高的遺傳機(jī)理，為培育根系生理功能旺盛的高產(chǎn)品種打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]川田信一郎. 水稻的根系. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1984.

ShinichiroK.RiceRoots.Beijing:AgriculturePress, 1984. (inChinese)

[2]吳偉明, 程式華. 水稻根系育種的意義與前景. 中國(guó)水稻科學(xué), 2005, 19(2): 174-180.

WuWM,ChengSH.Significanceandprospectsofbreedingforrootsysteminrice(Oryza sativa). Chin J Rice Sci, 2005, 19(2): 174-180. (inChinesewithEnglishabstract)

[3]楊建昌. 水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(1): 36-46.

YangJC.Relationshipsofricerootmorphologyandphysiologywiththeformationofgrainyieldandqualityandthenutrientabsorptionandutilization. China Agric Sci, 2011, 44(1): 36-46. (inChinesewithEnglishabstract)

[4]李鑫, 張戰(zhàn), 趙一洲, 等. 水稻根系研究進(jìn)展. 北方水稻, 2014, 44(2): 72-75.

LiX,ZhangZ,ZhaoYZ,etal.Researchadvanceonthericeroots. North Rice, 2014, 44(2): 72-75. (inChinesewithEnglishabstract)

[5]KamoshitaA,WadeLJ,AliL,etal.MappingQTLsforrootmorphologyofaricepopulationadaptedtorainfedlowlandconditions. Theor Appl Genet, 2002, 104(5): 880-893.

[6]KamoshitaA,ZhangJ,SiopongcoJ,etal.Effectsofphenotypingenvironmentonidentificationofquantitativetraitlociforricerootmorphologyunderanaerobicconditions. Crop Sci, 2002, 42(1): 255-265.

[7]LiZ,MuP,LiC,etal.QTLmappingofroottraitsinadoubledhaploidpopulationfromacrossbetweenuplandandlowlandjaponicariceinthreeenvironments.Theor Appl Genet, 2005, 110(7): 1244-1252.

[8]QuY,MuP,ZhangH,etal.MappingQTLsofrootmorphologicaltraitsatdifferentgrowthstagesinrice. Genetica, 2008, 133(2): 187-200.

[9]SteeleKA,PriceAH,ShashidharHE,etal.Marker-assistedselectiontointrogressriceQTLscontrollingroottraitsintoanIndianuplandricevariety. Theor Appl Genet, 2006, 112(2): 208-221.

[10]ZhengHG,BabuRC,PathanMS,etal.Quantitativetraitlociforroot-penetrationabilityandrootthicknessinrice:comparisonofgeneticbackgrounds. Genome, 2000, 43(1): 53-61.

[11]ZhengBS,YangL,ZhangWP,etal.MappingQTLsandcandidategenesforriceroottraitsunderdifferentwater-supplyconditionsandcomparativeanalysisacrossthreepopulations.Theor Appl Genet， 2003, 107(8): 1505-1515.

[12]ZhengBS,YangL,MaoCZ,etal.QTLsandcandidategenesforricerootgrowthunderfloodinganduplandconditions. J Genet Genom， 2006, 33(2): 141-151.

[13]InukaiY,MiwaM,NagatoY,etal.Characterizationofricemutantsdeficientintheformationofcrownroots. Breeding Sci, 2001, 51(2): 123-129.

[14]InukaiY,MiwaM,NagatoY,etal. RRL1, RRL2andCRL2lociregulatingrootelongationinrice. Breeding Sci, 2001, 51(4): 231-239.

[15]ZhaoY,HuYF,DaiMG,etal.TheWUSCHEL-relatedhomeoboxgeneWOX11isrequiredtoactivateshoot-bornecrownrootdevelopmentinrice. Plant Cell, 2009, 21(3): 736-748.

[16]LiuW,XuZH,LuoD,etal.RolesofOsCKH1,aricecaseinkinaseI,inrootdevelopmentandplanthormonesensitivity. Plant J, 2003, 36(2): 189-202.

[17]LiuH,WangS,YuX,etal.ARL1,aLOB-domainproteinrequiredforadventitiousrootformationinrice. Plant J, 2005, 43(1): 47-56.

[18]XuML,JiangJF,GeL,etal.FPF1transgeneleadstoalteredfloweringtimeandrootdevelopmentinrice. Plant Cell Rep, 2005, 24(2): 79-85.

[19]LiangZW,IchiiM.Morphologicalcharacterizationoftheseedlingofshort-rootmutantLM10selectedfromrice(Oryza sativaL.cv.IR8). Crop Sci, 1996, 65(3): 473-478.

[20]YaoSG,TakedaS,IchiiM.Isolationandcharacterizationofanabscisicacid-insensitivemutationthataffectsspecificallyprimaryrootelongationinrice(Oryza sativaL.). Plant Sci, 2003, 164(6): 971-978.

[21]YaoSG,MushikaJ,TakedaS,etal.Theshort-rootmutationsrt5definesasugar-mediatedrootgrowthinrice(Oryza sativaL.). Plant Sci, 2004, 167(1): 49-54.

[22]InukaiY,MiwaM,NagatoY,etal.Mechanicalstimulus-sensitivemutation,rrl3,affectsthecellproductionprocessintherootmeristematiczoneinrice. Plant Prod Sci, 2003, 6(4): 265-273.

[23]JiangH,WangS,DangL,etal.Anovelshort-rootgeneencodesaglucosamineacetyltransferaserequiredformaintainingnormalrootcellshapeinrice. Amer Soc Plant Bio, 2005, 138(1): 232-242.

[24]ChoiHK,KieinhofsA,AnG.Nucleotidesequenceofricenitratereductasegenes. Plant Mol Biol, 1989, 13(6): 731-733.

[25]TaniguchiM,FutsuharaY.Adensepaniclemutantproducingadventitiousrootsfromspikelets. Rice Gene Newsl, 1988， 5: 113-114.

[26]SakamotoA,OgawaM,MasumuraT,etal.ThreecDNAsequencescodingforglutaminesynthetasepolypeptidesinOryza sativaL. Plant Mol Biol, 1989, 13(5): 611-614.

[27]JiangH,WangS,DangL,etal.Anovelshort-rootgeneencodesaglucosamineacetyltransferaserequiredformaintainingnormalrootcellshapeinrice. Plant Physiol, 2005, 138(1): 232-242.

[28]MaJF,GotoS,TamaiK,etal.Roleofroothairsandlateralrootsinsiliconuptakebyrice. Plant Physiol, 2001, 127(4): 1773-1780.

[29]MaJF,TamaiK,YamajiN,etal.Asilicontransporterinrice. Nature, 2006, 440: 688-691.

[30]NaimatullahB,HirotakaY,NishizawaNK,etal.Cloninganiron-regulatedmetaltransporterfromrice. J Exp Bot, 2002, 53(374): 1677-1682.

[31]王汝慈. 兩個(gè)生育時(shí)期水稻耐低磷脅迫相關(guān)性狀的QTL定位. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2009.

WangRC.QTLmappingofphosphorusdeficiencytoleranceattwodevelopmentstagesinrice(OryzasativaL.).Beijing:ChineseAcademyofAgriculturalSciences, 2009. (inChinesewithEnglishabstract)

[32]YoshidaS,FornoDA,CockJH,etal.LaboratoryManualforPhysiologicalStudiesofRice. 3rded.Manila:IRRI,1976:61- 64.

[33]吳朝暉, 周建群, 青先國(guó). 水稻根系分布形態(tài)研究法現(xiàn)狀及展望. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008(5): 11-14.

WuCH,ZhouJQ,QingXG.Advancesinmethodsofstudyingricerootsystem. Hunan Agric Sci, 2008(5): 11-14. (inChinesewithEnglishabstract)

[34]黃沆, 陳光輝. 水稻根系育種的研究現(xiàn)狀及展望. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009, 35(1): 35-39.

HuangH,ChenGH.Statusandprospectsofresearchonricerootbreeding. J Hunan Agric Univ: Nat Sci, 2009, 35(1): 35-39. (inChinesewithEnglishabstract)

[35]魏磊, 董華林, 武曉智, 等. 水稻根系育種研究進(jìn)展. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 51(11): 2161-2163.

WeiL,DongHL,WuXZ,etal.Researchadvancesonricerootbreeding. Hubei Agric Sci, 2012, 51(11): 2161-2163. (inChinesewithEnglishabstract)

[36]魏道智. 根系的研究進(jìn)展. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2009, 25(17): 105-112.

WeiDZ.Advancesofresearchonroots. Chin Agric Sci Bull, 2009, 25(17): 105-112. (inChinesewithEnglishabstract)

[37]蔡昆爭(zhēng). 作物根系生理生態(tài)學(xué). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011, 149-162.

CaiKZ.PhysiologicalEcologyofCropRoots.Beijing:ChemicalIndustryPress, 2011: 149-162.(inChinese)

[38]UgaY,HanzawaE,NagaiS,etal.IdenticationofqSOR1,amajorriceQTLinvolvedinsoil-surfacerootinginpaddyelds. Theor Appl Genet, 2012, 124(1): 75-86.

[39]KamoshitaA,WadeJ,AliL,etal.MappingQTLsforrootmorphologyofaricepopulationadaptedtorainfedlowlandconditions. Theor Appl Genet, 2002, 104(5): 880-893.

[40]MitsuhiroO,TamuraW,EbitaniT,etal.Fine-mappingofqRL6.1,amajorQTLforrootlengthofriceseedlingsgrownunderawiderangeofNH4+concentrationsinhydroponicconditions. Theor Appl Genet, 2010, 121(3): 535-547.

[41]SteeleKA,PriceAH,WitcombeJR,etal.QTLsassociatedwithroottraitsincreaseyieldinuplandricewhentransferredthroughmarker-assistedselection. Theor Appl Genet, 2012, 126(1): 101-108.

[42]KirkGJD,GeorgeT,CourtoisB,etal.Opportunitiestoimprovephosphorusefciencyandsoilfertilityinrainfedlowlandanduplandriceecosystems. Field Crops Res, 1998, 56(1): 73-92.

[43]IsmailAM,HeuerS,MichaelJ,etal.Geneticandgenomicapproachestodevelopricegermplasmforproblemsoils. Plant Mol Biol, 2007, 65(4): 547-570.

[44]KamoshitaA,ZhangJ,SiopongcoJ,etal.Effectsofphenotypingenvironmentonidentificationofquantitativetraitlociforricerootmorphologyunderanaerobicconditions. Crop Sci, 2002, 42(1): 255-265.

收稿日期:2015-04-20； 修改稿收到日期: 2015-07-30。

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAD35B02); 浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ14C130003)。

中圖分類號(hào):Q343.1+5; S511.032

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-7216(2016)04-0363-08

IdentificationofqRL4,aMajorQuantitativeTraitLocusAssociatedwithRiceRootLength

XUXiao-ming1,2,3,#,ZHANGYing-xin1,3,#,WANGHui-min1,4,RENCui5,WANGRu-ci1,3,SHENXi-hong1,3,ZHANXiao-deng1,3,WUWei-xun1,3,CHENGShi-hua1,3,*,CAOLi-yong1,3,*

(1NationalRiceImprovementCenter，ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou310006,China;2HangzhouNormalUniversity,Hangzhou310036,China;3KeyLaboratoryforZhejiangSuperRiceResearch,Hangzhou310006,China;4JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang330200,China;5HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China;*Correspondingauthors,E-mail：shcheng@mail.hz.zj.cn;caolycgf@mail.hz.zj.cn)

Abstract:To identify the qRL4, rice lines derived from the hybrid rice Xieyou 9308 with genetic backgroud of Zhonghui 9308 (R9308) and substituted segements from Xieqingzao B (XB) were agar-cultivated for phenotyping of rice seedling root length and molecular marker-based genotyping. The qRL4 was finally narrowed to a 624.6 kb interval (RM5687-InDel49) on chromosome 4. The identification of qRL4 will be helpful to clarify genetic factors controlling root architecture in rice.

Key words:rice； root length； QTL