林 靜，張所兵，張?jiān)戚x，汪迎節(jié)，方先文

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所/江蘇省種質(zhì)資源保護(hù)與利用研究中心，江蘇 南京 210014)

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利用染色體片段置換系定位水稻苗期耐鹽QTLs

林 靜，張所兵，張?jiān)戚x，汪迎節(jié)，方先文

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所/江蘇省種質(zhì)資源保護(hù)與利用研究中心，江蘇 南京 210014)

【目的】挖掘水稻耐鹽新基因，為水稻耐鹽性遺傳改良奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā勘狙芯恳远i稻品種9311和粳稻品種日本晴為親本培育的高代回交置換系為材料，在0.5 %NaCl鹽脅迫條件下，以存活率為耐鹽指標(biāo)，對水稻苗期耐鹽性QTL進(jìn)行定位。采用QTL IciMapping v3.1軟件對存活率進(jìn)行QTL分析?！窘Y(jié)果】在第3染色體相鄰標(biāo)記RM1350附近檢測到1個(gè)苗期耐鹽相關(guān)QTL(QSst3)，所在遺傳區(qū)間為113.2～132.8 cM，貢獻(xiàn)率17.75 %，加性效應(yīng)10.9?！窘Y(jié)論】來自供體親本日本晴相應(yīng)QTL使苗期耐鹽性變強(qiáng)。

水稻；苗期耐鹽；染色體片段置換系(CSSLs)；數(shù)量性狀基因(QTL)定位

【研究意義】世界人口的高速增長以及可耕地面積的持續(xù)下降，作為作物育種首要目標(biāo)的高產(chǎn)一直很受重視。但隨著地球環(huán)境惡化以及不合理灌溉、施肥等因素，全球鹽漬化土地面積日趨增加，且分布廣泛，遍及六大洲的30多個(gè)國家，總面積約9.56億hm2。我國大約有9913.3萬hm2鹽堿地，占世界面積的10 %左右。水稻作為我國的主要糧食作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)受土壤鹽濃度的影響巨大。鹽堿地種植的水稻一般都會減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至絕收。因此，通過遺傳改良等方法，培育耐鹽水稻新品種，是解決鹽堿化土地水稻生產(chǎn)的根本途徑，從而有效緩解糧食供求矛盾，保障我國糧食安全?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】早在20世紀(jì)60年代就有研究者報(bào)道水稻的耐鹽性是受多基因控制的數(shù)量性狀，遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，存在加性效應(yīng)和上位性效應(yīng)[1-4]。研究還發(fā)現(xiàn)水稻不同生育期對鹽害的耐受性也不同，其中2葉1心期最為敏感[5]。同時(shí)有研究表明苗期和成熟期的耐鹽性具有一定的相關(guān)性[6]，Zang等認(rèn)為苗期和分蘗期的遺傳基礎(chǔ)有部分重疊[7]。因此，目前水稻耐鹽性的遺傳研究主要集中在苗期[2, 8-14]。評價(jià)水稻苗期耐鹽性的指標(biāo)有很多，主要包括鹽脅迫處理后幼苗的存活天數(shù)、幼苗地上部Na+含量和K+含量、根部Na+含量和K+含量、幼苗高度、地上部和根的干物質(zhì)、Na+/K+比率、幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)等[6-7,15-16]。水稻苗期耐鹽性的遺傳和QTL定位研究多使用F2、BC1、BC2F8自交系、RIL等群體?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】為了更好的剖析水稻耐鹽性遺傳機(jī)理，本研究利用水稻染色體片段置換系(CSSSLs)，在0.5 % NaCl處理下對水稻幼苗期耐鹽性的QTL進(jìn)行了初步分析?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以期挖掘到新的水稻耐鹽基因，為水稻耐鹽性分子機(jī)理的研究和育種利用提供資源和利用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以秈稻品種9311為輪回親本，粳稻品種日本晴為供體親本，通過雜交和連續(xù)回交構(gòu)建該CSSSLs，具體構(gòu)建過程見Zhu等[17]，由于部分置換系中交換片段長度較大以及部分區(qū)段未被覆蓋等原因，在Zhu等的基礎(chǔ)上，從原有BC4F1保存的材料中選出檢測背景一致而覆蓋區(qū)段不同的系自交選取純系、選取BC4F2純合系中片段長度過大的材料與輪回親本雜交獲得F1從中挑選片段小的系自交選取純系，同時(shí)原置換系中片段長度過大的材料與輪回親本回交，從后代中挑選片段較小的系自交，共獲得24個(gè)新增純系，組成119個(gè)水稻染色體片段置換系用于本試驗(yàn)。置換系總長度(去除重疊片段)為1202 cM，占染色體總長度的比例約為78.6 %。

1.2 水稻幼苗期鹽脅迫處理

利用0.5 %NaCl鹽濃度對119個(gè)染色體片段置換系及其親本9311、日本晴進(jìn)行苗期耐鹽性鑒定。水稻種子置于9 cm直徑培養(yǎng)皿中，各培養(yǎng)皿添加12 mL dH2O，28 ℃暗培養(yǎng)3 d。取出芽長基本一致的種子置于96孔班上，8粒/行，每材料3行，3次重復(fù)。將96孔板置于加水周轉(zhuǎn)箱中，并置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)。培養(yǎng)箱的設(shè)置為：光照13 h/d，白天28 ℃，夜間24 ℃。待幼苗長至2葉1心期，使用含0.5 % NaCl的水稻營養(yǎng)液進(jìn)行鹽脅迫處理，鹽脅迫處理時(shí)間為21 d，每3 d更換1次含鹽營養(yǎng)液。處理結(jié)束后，用營養(yǎng)液恢復(fù)生長7 d，調(diào)查各系及親本的幼苗存活情況。

1.3 苗期耐鹽性調(diào)查

苗期處理21 d后，調(diào)查各置換系及親本存活率，并進(jìn)行耐鹽性評價(jià)。

存活率=存活株數(shù)/總株數(shù)×100 %

1.4 數(shù)據(jù)分析與QTL定位

采用Wang等[18]的RSTEP-LRT方法，利用其開發(fā)軟件QTL IciMapping v3.1(LOD值為2.0)，將分子標(biāo)記檢測的結(jié)果和苗期存活率比值相結(jié)合，對置換系群體各株系進(jìn)行全基因組范圍內(nèi)上苗期耐鹽性QTL分析研究，QTL的命名遵循McCouch等[19]的原則。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及119個(gè)CSSLs的苗期耐鹽性

如圖1所示，該性狀屬于較為復(fù)雜且明顯受多基因控制的數(shù)量性狀。2個(gè)親本苗期耐鹽性存在顯著差異，受體親本9311的苗期存活率較高，為32 %；供體親本日本晴的苗期存活率較低，為12.35 %。119個(gè)置換系苗期存活率最低為1.7 %，最高55.7 %，并呈連續(xù)分布，主要集中在20 %～40 %，低于20 %以及高于40 %的均較少，共有21個(gè)置換系。

2.2 水稻苗期耐鹽性QTL分析

利用IciMapping v3.1軟件，將分子標(biāo)記檢測結(jié)果與苗期耐鹽性相結(jié)合，在第3染色體檢測到1個(gè)苗期耐鹽性相關(guān)QTL。QTL在第3染色體上的定位區(qū)域如圖2 顯示，QSst3位于相鄰標(biāo)記RM1350附近，所在遺傳區(qū)間為113.2～132.8 cM，貢獻(xiàn)率17.75 %。加性效應(yīng)10.9，說明來自供體親本日本晴相應(yīng)QTL使苗期耐鹽性變強(qiáng)。

3 討 論

本研究利用苗期耐鹽性存在差異的秈稻品種9311與粳稻品種日本晴構(gòu)建的119個(gè)CSSSLs群體為材料，在水稻幼苗期采用0.5 %的NaCl進(jìn)行脅迫處理，對水稻苗期耐鹽性相關(guān)QTL進(jìn)行了分析。染色體片段代換系(Chromosome Segment Substitution Lines，CSSSLs)是在相同的遺傳背景中導(dǎo)入供體親本的染色體片段。其可以降低效應(yīng)較大QTL對效應(yīng)較小QTL的遮蓋作用，減少了QTL之間的互作，從而使微效QTL被檢測出來。并且在初級定位基礎(chǔ)上，可快速構(gòu)建次級分離群體，并將QTL定位分析限定在較小的置換片段區(qū)域內(nèi)，能大大加快精細(xì)定位的進(jìn)程。同時(shí)，本試驗(yàn)用于苗期耐鹽性鑒定的染色體片段置換系選擇芽長基本一致的種子進(jìn)行鹽脅迫處理，有效減少了因生長勢不同而導(dǎo)致的試驗(yàn)偏差，提高了表型鑒定的準(zhǔn)確性。

圖1 CSSLs苗期鹽脅迫處理后存活率分布Fig.1 Distribution of survival rate after salt stress treatment at seedling stage of CSSLs

圖2 苗期耐鹽性QTL在第3染色體上的定位Fig.2 Location of QTL for salt tolerance on chromosome 3 at seedling stage

本研究在第3染色體檢測到1個(gè)苗期耐鹽性相關(guān)QTL，借助SSR分子標(biāo)記和比較圖譜，將本研究結(jié)果與國內(nèi)外研究者利用不同作圖群體定位到的一些QTL進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)本研究定位到的QSst3所在的染色體區(qū)域與楊靜等利用特青背景倒入系所檢測到的幼苗葉片鹽害級別、幼苗鹽脅迫后存活天數(shù)以及地上部Na+濃度相關(guān)QTL在染色體的位置重合[20]。

本研究檢測到QTL來自苗期耐鹽性較差的親本日本晴。為解釋此結(jié)果，筆者查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，遺傳背景對QTL尤其微效QTL的檢測存在干擾。Mei等利用Lemont/特青雙向?qū)胂祵σ淮沃?shù)、二次枝梗數(shù)和每穗粒數(shù)等穗部性狀的QTL進(jìn)行定位，發(fā)現(xiàn)相同親本的雙向?qū)胂?，在親本背景的導(dǎo)入系中同時(shí)表達(dá)的QTL僅占QTL總數(shù)的21 %[21]。謝文學(xué)等也利用Lemont/特青該套雙向?qū)胂等后w定位紋枯病抗性QTL，2007年在2個(gè)背景中共檢測到11個(gè)抗紋枯病QTL，其中僅2個(gè)(占18.2 %)是相同的，絕大多數(shù)在特青背景下檢測到的主效QTL在Lemont背景下不表達(dá)[22]。楊靜等利用雙向?qū)胂等后w檢測遺傳背景對耐鹽QTL定位的影響發(fā)現(xiàn)，在2個(gè)親本背景導(dǎo)入系中未能檢測到任何相同表達(dá)的QTL[20]。以上這些研究結(jié)果表明QTL表達(dá)可能具有很強(qiáng)的遺傳背景效應(yīng)，同時(shí)也說明這些耐鹽QTL的效應(yīng)可能較小，因而其表達(dá)受遺傳背景的影響較大。

4 結(jié) 論

本研究在第3染色體相鄰標(biāo)記RM1350附近檢測到1個(gè)苗期耐鹽相關(guān)QTL(QSst3)，所在遺傳區(qū)間為113.2～132.8 cM，貢獻(xiàn)率17.75 %，加性效應(yīng)10.9。該QTL來自供體親本日本晴。不同研究者以及不同環(huán)境中均在該區(qū)域檢測到相關(guān)QTL，說明該區(qū)域可能是影響水稻苗期耐鹽性的重要基因組區(qū)域，對分子標(biāo)記輔助選育耐鹽水稻新品系具有一定的應(yīng)用價(jià)值，有待進(jìn)一步的深入研究。

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(責(zé)任編輯 陳 虹)

Mapping of QTLs for Salt Tolerance at Seedling Stage UsingChromosome Segment Substitution Lines of Rice (OryzasativaL.)

LIN Jing, ZHANG Suo-bing, ZHANG Yun-hui, WANG Ying-jie, FANG Xian-wen

(Institute of Germplasm Resources and Biotechnology，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Research Center for Protection and Utilization of Agricultural Germplasm Resource in Jiangsu Province, Jiangsu High Quality Rice R&D Center, Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement, Jiangsu Nanjing 210014, China)

【Objective】The locations of new rice salt-tolerant genes were found to lay foundation for the genetic improvement of salt tolerance rice. 【Method】Chromosome segment substitution lines (CSSLs) fromindica9311 and japonica Nipponbare were employed to map quantitative trait loci (QTL) of rice salt-tolerant genes. Salt tolerance levels of CSSLs under 0.5 % NaCl stress were evaluated by the survival rates. QTLs for salt tolerance at seedling stage by the survival rates were analyzed with IciMapping v3.1 software. 【Result】A rice seedling salt-tolerant QTL(QSst3) near the marker RM1350 of chromosome3 was identified.Its genetic interval was 113.2-132.8 cM, the contribution of total variance was 17.75 %,and the additive effect of QSst3 was 10.9. 【Conclusion】The QTL from Nipponbare enhanced the salt tolerance at rice seedling stage.

Rice; Salt tolerance; Chromosome segment substitution lines (CSSLs); Quantitative trait loci (QTL) mapping

1001-4829(2017)7-1479-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.002

2016-07-10

國家科技支撐計(jì)劃(2015BAD01B01)

林 靜(1981-)，女，江蘇海安人，碩士，副研究員，研究方向：水稻品種資源,E-mail：534663739@qq.com。

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