圣忠華　朱子亮 　馬寧　李威　賀記外　魏祥進(jìn) 　邵高能 　王建龍 　胡培松　唐紹清,*

(1中國(guó)水稻研究所， 杭州 310006； 2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410128； #共同第一作者； *通訊聯(lián)系人，E-mail: sqtang@126.com)

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超級(jí)稻品種中嘉早17產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL定位研究

圣忠華1,#朱子亮2, #馬寧1李威2賀記外1魏祥進(jìn)1邵高能1王建龍2胡培松1唐紹清1,*

(1中國(guó)水稻研究所， 杭州 310006；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410128；#共同第一作者；*通訊聯(lián)系人，E-mail: sqtang@126.com)

圣忠華, 朱子亮, 馬寧, 等. 超級(jí)稻品種中嘉早17產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL定位研究. 中國(guó)水稻科學(xué)， 2016， 30(1)： 35-43.

摘要:以中嘉早17/D50 F2和F(2∶3)群體為材料，考查各群體株系產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀，同時(shí)構(gòu)建其遺傳連鎖圖譜，最后定位到與產(chǎn)量性狀相關(guān)的66個(gè)QTL，其貢獻(xiàn)率變幅為0.08% ～ 20.45%，分布于除第9染色體外的其他各染色體上。兩個(gè)群體在第3、7、10染色體某區(qū)段同時(shí)定位到多個(gè)與產(chǎn)量性狀相關(guān)的QTL， 這些QTL的加性效應(yīng)來(lái)自中嘉早17。在定位到的66個(gè)QTL中，F(xiàn)2和F(2∶3)群體均檢測(cè)到，且貢獻(xiàn)率較大的QTL qPH-10(株高)、qFLW-4(劍葉寬)、qTGW-2(千粒重) 加性效應(yīng)均來(lái)自中嘉早17。初步檢測(cè)到超級(jí)稻品種中嘉早17攜帶多個(gè)高產(chǎn)QTL，為今后將中嘉早17的優(yōu)良基因?qū)肫渌酒贩N進(jìn)而培育產(chǎn)量更高、綜合性狀更優(yōu)良的超級(jí)稻新品種提供理論和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:QTL 定位; 產(chǎn)量性狀; 超級(jí)稻

水稻是世界上主要糧食作物，一半以上世界人口以大米為主食。近年來(lái)，全球每年對(duì)稻米的需求以1.2%幅度增長(zhǎng)，然而，全球水稻單產(chǎn)每年增幅卻不足1%[1-2]。在我國(guó)，隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，全國(guó)水稻種植面積正逐年遞減，因而提高水稻單產(chǎn)是解決我國(guó)糧食安全問(wèn)題的最有效最重要的途徑。提高水稻單產(chǎn)的措施主要有兩方面：1)栽培措施改良提高水稻單產(chǎn)；2)培育高產(chǎn)水稻品種。通過(guò)栽培措施改良一般需要投入較大的物力財(cái)力，培育高產(chǎn)水稻新品種則相對(duì)經(jīng)濟(jì)高效[3-4]。水稻產(chǎn)量性狀主要包括有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等[5-6]。由于水稻產(chǎn)量性狀大多屬于數(shù)量性狀，故目前對(duì)其研究應(yīng)用較多的是QTL分析法：分析其產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL位點(diǎn)，之后構(gòu)建次級(jí)分離群體以及近等基因系精細(xì)定位產(chǎn)量相關(guān)性狀基因，最后通過(guò)圖位克隆的方法克隆目的基因[7-8]。

截至目前，已被精細(xì)定位甚至克隆的水稻產(chǎn)量相關(guān)性狀基因包括株高、生育期、粒形、千粒重等相 關(guān)基因。其中Ghd7是一個(gè)能同時(shí)控制水稻每穗粒數(shù)、株高和抽穗期的主效QTL，利用珍汕97和明恢63構(gòu)建的F2∶3和重組自交系群體將Ghd7最初定位于水稻第7染色體上標(biāo)記R1440和C1023 之間；進(jìn)一步，Ghd7被精細(xì)定位到RM5436和RM2256之間的79 kb區(qū)間內(nèi)。Ghd7的CDS全長(zhǎng)1013 bp，編碼一個(gè)由257個(gè)氨基酸組成的核蛋白，該產(chǎn)物是一個(gè)CCT(CO, CO-LIKE 和 TIMING OF CAB1)結(jié)構(gòu)蛋白。長(zhǎng)日照條件下，Ghd7的增強(qiáng)表達(dá)能使抽穗期延遲并增加株高和每穗粒數(shù)，而功能減弱的自然變異品系能夠種植到溫帶甚至更冷的地區(qū)。因此，Ghd7在增加全球水稻產(chǎn)量潛力和提高適應(yīng)性方面有著非常重要的作用[9]。GS3是控制水稻粒重和粒長(zhǎng)的主效QTL，被定位于水稻第3染色體著絲粒區(qū)域，與標(biāo)記GS09和MRG5881連鎖。同時(shí)，GS3也是控制水稻粒寬和籽粒充實(shí)度的微效QTL，在調(diào)節(jié)籽粒和器官大小中發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)子的功能[10-11]。另外，影響稻谷粒寬和粒重的GW2,其等位基因顯著增加谷粒粒寬和粒重。GW2的CDS包含有8個(gè)外顯子，全長(zhǎng)1634 bp，編碼425個(gè)氨基酸的蛋白產(chǎn)物。由于WY3第4外顯子上一個(gè)堿基的缺失，引起GW2等位基因在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中提前終止[12]。水稻產(chǎn)量性狀受多基因共同調(diào)節(jié)，其代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)極其復(fù)雜，對(duì)控制水稻產(chǎn)量性狀基因的挖掘有利于豐富和完善其代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而從分子水平闡明水稻高產(chǎn)機(jī)理。

中嘉早17是中國(guó)水稻研究所培育的超級(jí)稻新品種，2008年通過(guò)浙江省品種審定，2009年通過(guò)國(guó)家品種審定，2012年通過(guò)湖北省品種審定；平均單產(chǎn)7500 kg/hm2左右。中嘉早17是目前我國(guó)年推廣面積最大的秈稻品種。為了挖掘和分析中嘉早17高產(chǎn)相關(guān)基因，闡明其高產(chǎn)機(jī)理，本研究以中嘉早17與熱帶粳稻品系D50為親本，構(gòu)建中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體；并于2013年早季和2014年早季分別考查各群體株系的產(chǎn)量相關(guān)性狀，構(gòu)建F2群體的遺傳連鎖圖譜，分析中嘉早17高產(chǎn)相關(guān)性狀QTL，以期闡明中嘉早17高產(chǎn)機(jī)理。

1材料與方法

1.1供試材料

2012年將超級(jí)稻品種中嘉早17與熱帶粳稻品種D50雜交，2012年冬季在海南陵水種植中嘉早17/D50 F1。 2013年早季種植中嘉早17/D50 F2群體及親本。2013年秋季隨機(jī)收取中嘉早17/D50 F2群體及親本單株300個(gè)，2014年早季種植中嘉早17/D50 F2∶3群體共225個(gè)株系。

1.2材料種植與農(nóng)藝性狀考查

中嘉早17、D50及中嘉早17/D50 F2群體于2013年3月26日播種，4月27日移栽，株行距為16.5 cm×22.1 cm，單本栽插。中嘉早17、D50及中嘉早17/D50 F2∶3群體于2014年3月28日播種，4月30日移栽，每個(gè)株系種植6行，每行8株，株行距為16.5 cm×22.1 cm，單本栽插。田間水肥管理及病蟲(chóng)害防治同常規(guī)大田。

成熟時(shí)，親本中嘉早17、D50及中嘉早17/D50 F2,F2∶3群體取中間單株考查農(nóng)藝性狀，其中親本中嘉早17與D50各選取整齊一致的5個(gè)單株考查農(nóng)藝性狀。 F2群體在中間選取300個(gè)單株考查各單株農(nóng)藝性狀，在F2群體300個(gè)單株的基礎(chǔ)上，衍生出300個(gè)F2∶3株系，即F2∶3群體；F2∶3群體各株系選中間8個(gè)單株考查各農(nóng)藝性狀。按照考種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各單株的株高、劍葉長(zhǎng)、劍葉寬、有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、單株總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重共8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行考查，利用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

1.3SSR分子標(biāo)記連鎖圖譜構(gòu)建及QTL定位分析

利用本實(shí)驗(yàn)室556對(duì)公共SSR引物對(duì)中嘉早17和D50兩親本進(jìn)行多態(tài)性篩選[13]；所有的SSR引物由上海英駿生物技術(shù)有限公司合成。DNA提取方法采用SDS法[14]。

將篩選出的在親本中嘉早17與D50之間有多態(tài)性的引物標(biāo)記用于中嘉早17與D50 F2群體各單株的基因型分型，利用Mapmaker 3.0進(jìn)行連鎖圖譜的構(gòu)建，標(biāo)記分組(group)取LOD≥2.5，采用最大似然值算法進(jìn)行作圖，利用Kosambi函數(shù)將重組率轉(zhuǎn)化為圖距[15]。利用構(gòu)建好的遺傳連鎖圖譜，結(jié)合表型農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)值，采用Win QTL cartographer 2.5軟件進(jìn)行QTL分析[16]；采用McCouch 的命名系統(tǒng)對(duì)定位到的QTL進(jìn)行命名[17]。

2結(jié)果與分析

2.1F2、F2∶3群體及其親本與產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的表型值分析

2013年中嘉早17/D50 F2群體及其親本、2014年中嘉早17/D50 F2∶3群體及其親本的8個(gè)與產(chǎn)量性狀相關(guān)的農(nóng)藝性狀的表型統(tǒng)計(jì)參數(shù)及分布見(jiàn)表1與圖1。與雙親的各性狀表型值比較分析結(jié)果表明：中嘉早17/D50 F2群體與中嘉早17/D50 F2∶3群體的各種性狀分離明顯，具有雙親的各種重組類型；而且大部分性狀表現(xiàn)出雙向超親分離現(xiàn)象，并呈連續(xù)分布狀態(tài)。峰值和偏值在F2群體中表現(xiàn)超過(guò)1的性狀為有效穗數(shù)、單株總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率。峰值和偏值在F2∶3群體中表現(xiàn)超過(guò)1的性狀有劍葉寬與結(jié)實(shí)率。在這8個(gè)與產(chǎn)量相關(guān)的性狀表型值中，除了株高、劍葉長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、單株總粒數(shù)的高值表現(xiàn)為親本D50之外；其他性狀的高值表現(xiàn)為親本中嘉早17。圖1結(jié)果分析表明，除單株總粒數(shù)之外其他性狀無(wú)論在F2群體還是F2∶3群體均呈單峰分布，表明這些性狀呈正態(tài)分布，受數(shù)量性狀遺傳控制；另外除有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、單株總粒數(shù)及千粒重之外其他性狀在F2與F2∶3群體兩世代表現(xiàn)出較好的重復(fù)性，表明這些性狀受環(huán)境影響較小在世代間能穩(wěn)定遺傳。

2.2F2、F2∶3群體不同產(chǎn)量相關(guān)性狀間的相關(guān)系數(shù)分析

對(duì)中嘉早17/D50 F2和F2∶3群體產(chǎn)量性狀間相關(guān)分析表明，部分產(chǎn)量相關(guān)性狀間存在顯著甚至極顯著的相關(guān)性(表2)。其中，株高與劍葉長(zhǎng)、株高與劍葉寬、劍葉長(zhǎng)與劍葉寬、有效穗數(shù)與穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)與單株總粒數(shù)、單株總粒數(shù)與穗長(zhǎng)、單株總粒數(shù)與結(jié)實(shí)率等性狀間在F2和F2∶3群體均檢測(cè)到顯著甚至極顯著的相關(guān)性，且方向一致。其他產(chǎn)量相關(guān)性狀間在F2群體或F2∶3群體也檢測(cè)到顯著或極顯著的相關(guān)性。如：F2群體中穗長(zhǎng)與株高(r=0.268)、劍葉長(zhǎng)(r=0.153)存在極顯著相關(guān)；有效穗數(shù)與千粒重(r= - 0.136)顯著相關(guān)。在F2∶3群體，結(jié)實(shí)率與千粒重(r=0.118)顯著相關(guān)。表明水稻產(chǎn)量是一個(gè)復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，構(gòu)成產(chǎn)量的各因素間關(guān)系密切，共同影響水稻產(chǎn)量的形成。

表1中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體及親本的農(nóng)藝性狀表型

Table 1. Agronomic traits performances of F2and F2∶3populations of Zhongjiazao 17 × D50.

性狀與世代TraitandgenerationF2/F2∶3分離群體Segregationpopulations變幅VariationX±SD峰值Peak偏值Partial親本ParentD50中嘉早17Zhongjiazao17株高PH/cm F267.13～123.0092.52±0.660.180.1590.5077.71 F2∶371.76～130.70101.92±0.710.37-0.2691.2079.30劍葉長(zhǎng)LFL/cm F220.14～53.8934.04±0.340.830.3031.4030.80 F2∶319.10～44.5431.76±0.32-0.100.1633.1030.30劍葉寬WFL/cm F21.06～2.231.65±0.010.200.011.311.79 F2∶31.18～3.771.66±0.022.263.521.351.81有效穗數(shù)NTPP F25.50～36.0014.12±0.351.981.0513.6015.10 F2∶34.38～12.007.62±0.10-0.130.5212.8015.60穗長(zhǎng)PL/cm F218.56～33.2525.54±0.170.52-0.1726.8620.74 F2∶317.21～26.4422.00±0.110.10-0.3027.1019.80單株總粒數(shù)NFGP F2897.00～4295.001654.35±33.245.281.692188.431586.63 F2∶3594.88～1747.881076.50±15.30-0.010.521785.301521.36結(jié)實(shí)率SSR F20.09～0.880.57±0.011.24-0.5662.2971.30 F2∶30.20～0.870.63±0.011.14-0.6465.3078.10千粒重TGW/g F215.17～29.0022.97±0.150.440.0622.0025.60 F2∶318.25～33.2527.09±0.170.23-0.1722.5026.20

PH, Plant height; LFL, Length of flag leaf; WFL, Width of flag leaf; NTPP, Number of panicles per plant; PL, Panicle length; NFGP, Number of filled grains per plant; SSR, Seed-setting rate; TGW, 1000-grain weight. The same as in tables below.

YK17-中嘉早17。

YK17， Zhongjiazao 17.

圖1中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體農(nóng)藝性狀表型頻率分布

Fig. 1. Phenotypic frequency distributions of agronomic traits in F2and F2∶3populations of Zhongjiazao 17 × D50.

2.3F2、F2∶3群體與產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL分析

利用Win QTL cartographer 2.5軟件進(jìn)行QTL區(qū)間作圖分析(表3和圖2)，結(jié)果表明在這8個(gè)與產(chǎn)量相關(guān)的性狀中都檢測(cè)到QTL的存在，共有66個(gè)QTL，其中，檢測(cè)到QTL最多的性狀是劍葉長(zhǎng)和穗長(zhǎng)，都檢測(cè)到12個(gè)QTL位點(diǎn)；檢測(cè)到QTL數(shù)最少的性狀是單株總粒數(shù)和千粒重，都檢測(cè)到5個(gè)QTL。在所有檢測(cè)到的QTL中，F(xiàn)2和F2∶3群體均檢測(cè)到的QTL數(shù)為13個(gè)，其中株高6個(gè)：qPH-1、qPH-3-2、qPH-5、qPH-6、qPH-7、qPH-10；劍葉長(zhǎng)2個(gè)：qFLL-2和qFLL-7-2；劍葉寬1個(gè)：qFLW-4；穗長(zhǎng)1個(gè)：qPL-3-3；千粒重3個(gè)：qTGW-2、qTGW-3和qTGW-6。在F2和F2∶3群體均檢測(cè)到的QTL中，除部分株高QTL的加性效應(yīng)來(lái)自D50之外，其他均來(lái)自中嘉早17。另外，有效穗數(shù)和千粒重所定位到的QTL的加性效應(yīng)基本都來(lái)自中嘉早17。

所有檢測(cè)到的QTL貢獻(xiàn)率變幅為0.08% ～ 20.45%，其中,在F2和F2∶3群體均能檢測(cè)到且貢獻(xiàn)率均大于9%的QTL有qPH-10(株高)、qFLW-4(劍葉寬)、qTGW-2(千粒重)。所有檢測(cè)到的QTL除第9染色體外，在其他染色體上均有分布；其中，在第1染色體上分布最多，為11個(gè)；在第8染色體上分布最少，為1個(gè)；另外，第3、7、10染色體某些區(qū)域內(nèi)同時(shí)定位到多個(gè)與產(chǎn)量相關(guān)的QTLs，如在第3染色體SSR標(biāo)記RM1373與RM7389之間同時(shí)定位到控制株高、劍葉長(zhǎng)、穗長(zhǎng)的QTL；在第7染色體標(biāo)記RM118與RM248之間也同時(shí)定位到控制株高、劍葉長(zhǎng)、穗長(zhǎng)的QTL；在第10染色體標(biāo)記RM1375與RM25664之間同時(shí)檢測(cè)到控制株高、劍葉長(zhǎng)、劍葉寬、穗長(zhǎng)和有效穗數(shù)的QTL。

表2中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體不同性狀間的相關(guān)系數(shù)

Table 2. Correlation coefficients among agronomic traits in F2and F2∶3populations of Zhongjiazao 17 × D50.

性狀Trait(F2)株高PH劍葉長(zhǎng)LFL劍葉寬WFL有效穗數(shù)NTPP穗長(zhǎng)PL單株總粒數(shù)NFGP結(jié)實(shí)率SSR千粒重TGW性狀Trait(F2∶3)株高PH0.322**0.242**0.0040.066-0.009-0.0080.080株高PH劍葉長(zhǎng)LFL0.323**0.211**-0.0090.0490.003-0.035-0.038劍葉長(zhǎng)LFL劍葉寬WFL0.407**0.271**-0.0660.0700.023-0.119*0.036劍葉寬WFL有效穗數(shù)NTPP-0.099-0.014-0.107-0.184**0.671**-0.0020.111有效穗數(shù)NTPP穗長(zhǎng)PL0.268**0.153**0.087-0.158**0.205**-0.151**-0.073穗長(zhǎng)PL單株總粒數(shù)NFGP-0.0100.003-0.152**0.312**0.123*-0.119*-0.013單株總粒數(shù)NFGP結(jié)實(shí)率SSR0.0140.026-0.022-0.213**0.050-0.260**0.118*結(jié)實(shí)率SSR千粒重TGW0.084-0.0770.081-0.136*-0.008-0.055-0.070千粒重TGW

*，**分別表示P<0.05、P<0.01顯著水平。

*and**mean significant levels atP<0.05 andP<0.01，respectively.

表3中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體檢測(cè)到的產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL分布情況

Table 3. QTL distributions of yield related traits detected in F2and F2∶3populations of Zhongjiazao 17 × D50.

性狀TraitQTL染色體Chromosome標(biāo)記區(qū)間MappingintervalLOD值LODvalueF2F2∶3加性效應(yīng)AdditiveeffectF2F2∶3貢獻(xiàn)率Contributerate/%F2F2∶3株高PHqPH-11RM3148-RM37464.182.76-4.96-3.0211.684.25qPH-3-13RM7576-RM148983.86-4.779.63qPH-3-23RM1373-RM738912.226.975.624.3314.627.87qPH-4-14RM6659-RM167592.60-2.723.51qPH-4-24RM16759-RM168522.59-2.543.07qPH-55RM163-RM31702.753.25-2.37-1.972.731.76qPH-66RM162-RM54633.446.23-3.70-5.657.3915.34qPH-77RM118-RM2485.792.672.852.414.282.97qPH-1010RM25366-RM256643.864.424.364.919.4611.37qPH-1212RM28607-RM12272.76-3.284.99劍葉長(zhǎng)LFLqFLL-11RM3746-RM80714.59-2.3612.08qFLL-22RM6-RM63074.776.63-1.87-2.266.6311.01qFLL-33RM3329-RM73893.560.290.18qFLL-44RM17377-RM176263.591.504.93qFLL-5-15RM163-RM37904.71-1.121.65qFLL-5-25RM3790-RM59073.241.997.09qFLL-7-17RM11-RM2345.991.958.31qFLL-7-27RM118-RM2483.252.611.761.066.272.26qFLL-1010RM1375-RM34512.52-1.535.03qFLL-1111RM286-RM3322.521.243.40qFLL-12-112RM3747-RM2472.660.861.78qFLL-12-212RM247-RM5193.100.651.04劍葉寬WFLqFLW-1-11RM1329-RM13443.08-0.0910.31qFLW-1-21RM1344-RM80714.30-0.1014.10qFLW-1-31RM212-RM35203.69-0.0911.08qFLW-33RM3199-RM36842.50-0.075.90qFLW-44RM17377-RM176268.104.760.100.1214.379.04qFLW-1010RM25366-RM256645.850.2020.45qFLW-1111RM202-RM266522.840.020.90qFLW-1212RM519-RM285462.650.020.48有效穗數(shù)NTPPqETP-1-11RM1329-RM37463.640.565.44qETP-1-21RM3746-RM13444.380.859.72qETP-1-31RM8071-RM4932.81-0.100.16qETP-66RM20522-RM54633.152.379.41qETP-77RM234-RM1183.052.558.15qETP-1010RM25366-RM256642.98-1.725.48穗長(zhǎng)PLqPL-1-11RM3148-RM13294.89-0.514.45qPL-1-21RM212-RM35203.880.617.08qPL-22RM6307-RM73376.51-1.5017.60qPL-3-13RM7576-RM148982.97-0.779.32qPL-3-23RM6929-RM69143.07-0.351.25qPL-3-33RM3329-RM73892.542.770.210.830.347.48qPL-44RM3708-RM173034.620.602.88qPL-6-16RM20069-RM201552.50-0.642.96qPL-6-26RM20155-RM1622.75-0.835.13qPL-6-36RM3765-RM54632.81-0.626.73qPL-77RM118-RM2485.450.532.32qPL-1010RM25366-RM256643.090.835.66單株總粒數(shù)NFGPqNGP-3-13RM5480-RM71973.28-106.499.90qNGP-3-23RM15012-RM36013.6691.777.67qNGP-66RM3183-RM200693.10-96.608.69qNGP-77RM234-RM1182.71238.257.97qNGP-1212RM1300-RM12272.53-59.343.31結(jié)實(shí)率SSRqSSR-11RM8068-RM37463.980.047.01qSSR-3-13RM6914-RM154902.92-0.058.41qSSR-3-23RM3199-RM36843.17-0.057.92qSSR-44RM3708-RM38393.010.021.65

圖2中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體均檢測(cè)到的產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL及其所包含的已被精細(xì)定位和克隆的產(chǎn)量相關(guān)基因在染色體上的分布情況

Fig. 2. QTLs distribution of yield related traits on chromosomes detected both in F2and F2∶3populations of Zhongjiazao 17× D50, and some fine mapped or cloned yield related genes in the mapped QTL intervals.

中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體檢測(cè)到的與產(chǎn)量相關(guān)QTL具體分析如下：

1)株高。本研究在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到控制株高QTL有10個(gè)，分布于第1、3、4、5、6、7、10、12染色體上，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率從1.76%至15.34%不等。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體中均能檢測(cè)到的株高QTL有6個(gè)，分別位于第1、3、5、6、7、10染色體上，加性效應(yīng)來(lái)自親本中嘉早17的有3個(gè)，來(lái)自親本D50的有3個(gè)。

2)劍葉長(zhǎng)。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到劍葉長(zhǎng)QTL有12個(gè)，分布于第1、2、3、4、5、7、10、11、12染色體，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率從0.18%至12.08%不等。劍葉長(zhǎng)在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體中均檢測(cè)到的QTL有2個(gè)，qFLL-2和qFLL-7-2，分別位于第2和第7染色體；位于第2染色體的QTL-qFLL-2，其等位基因加性效應(yīng)來(lái)自D50，位于第7染色體的QTL-qFLL-7-2，來(lái)自親本中嘉早17的等位基因使其劍葉長(zhǎng)度增加。

3)劍葉寬。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到劍葉寬的QTL有8個(gè)，分別位于第1、3、4、10、11和12染色體上，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率從0.48%至20.45%不等。劍葉寬在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體中均檢測(cè)到的QTL為1個(gè)，位于第4染色體，對(duì)表型的貢獻(xiàn)率在F2和F2∶3群體分別為14.37%和9.04%，來(lái)自親本中嘉早17的等位基因能使其劍葉寬增加。

4)有效穗數(shù)。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到有效穗數(shù)的QTL有6個(gè)，分別位于第1、6、7、10染色體上，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率從0.16%至9.72%不等；其加性效應(yīng)大多數(shù)來(lái)自親本中嘉早17。

5)穗長(zhǎng)。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到穗長(zhǎng)的QTL有12個(gè)，其貢獻(xiàn)率變幅為0.34%～17.6%，在F2和F2∶3群體中均能檢測(cè)到的穗長(zhǎng)QTL為1個(gè)，位于第3染色體，其貢獻(xiàn)率分別為0.34%和7.48%；來(lái)自親本中嘉早17的等位基因能增加其穗長(zhǎng)。

6)單株總粒數(shù)。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到單株總粒數(shù)QTL有5個(gè)，分別位于第3、6、7、12染色體上，其對(duì)表型貢獻(xiàn)率變幅為3.31%～9.90%。

7)結(jié)實(shí)率。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到控制結(jié)實(shí)率的QTL有8個(gè)，分別位于第1、3、4、5、6、8、11染色體上，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率變幅為1.65%～13.25%。

8)千粒重。在中嘉早17/D50 F2及F2∶3群體共檢測(cè)到控制千粒重的QTL有5個(gè)，分別位于第2、3、6、10、12染色體上，其對(duì)表型的貢獻(xiàn)率變幅為0.08%～17.33%。在中嘉早17/D50 F2與F2∶3群體中均檢測(cè)到的控制千粒重的QTL為3個(gè)，分別位于第2、3、6染色體上，使千粒重增加的等位基因均來(lái)自親本中嘉早17。

3討論

水稻產(chǎn)量相關(guān)性狀大多屬于數(shù)量性狀，其遺傳特性除了受基因位點(diǎn)本身的遺傳力控制外，還受外界環(huán)境、內(nèi)部其他基因以及不同世代遺傳背景的影響，因而數(shù)量性狀的遺傳比較復(fù)雜[18,19]。本研究以中嘉早17/D50 F2和F2∶3為研究群體，在不同年際間、不同世代群體分析中嘉早17的高產(chǎn)QTL，理論上可以減少外界環(huán)境、內(nèi)部其他基因以及遺傳背景對(duì)水稻產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響。

本研究中，中嘉早17/D50 F2和F2∶3群體中共檢測(cè)到產(chǎn)量相關(guān)QTL有66個(gè)，其中在F2和F2∶3群體中均檢測(cè)到的QTL有13個(gè)，在這13個(gè)QTL中效應(yīng)值較大的有8個(gè)，包括株高：qPH-3-2、qPH-6、qPH-10；劍葉長(zhǎng)QTLqFLL-2；劍葉寬QTLqFLW-4；千粒重QTLqTGW-2、qTGW-3、qTGW-6。在這8個(gè)不同年際間、不同世代群體穩(wěn)定遺傳且效應(yīng)值較大的QTL中，某些QTL區(qū)間包含已經(jīng)克隆的產(chǎn)量相關(guān)基因，其中株高的qPH-3-2與羅炬等[14]之前報(bào)道過(guò)的株高QTLqPH3同屬一個(gè)區(qū)域；qPH-6區(qū)域內(nèi)包含已經(jīng)被克隆的抽穗期基因d35[20]；qPH-10定位區(qū)間內(nèi)包含已被克隆的影響多個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀基因brd2[21]。劍葉寬qFLW-4的區(qū)間已覆蓋之前報(bào)道的、已被克隆的影響葉寬及產(chǎn)量的LSCHL4位點(diǎn)[22]。另外，千粒重qTGW-2、qTGW-3的檢測(cè)區(qū)間分別覆蓋已經(jīng)克隆的影響水稻千粒重和粒形的基因GW2[12]和GS3[11];qTGW-6與此前報(bào)道過(guò)的被精細(xì)定位的GW6屬同一區(qū)域[23]。表明超級(jí)稻品種中嘉早17攜帶許多與高產(chǎn)相關(guān)的基因位點(diǎn)。

前人研究表明，雖然數(shù)量性狀遺傳受外界環(huán)境影響較大，但某些遺傳力較大的QTL在年際間還是能被重復(fù)檢測(cè)到[24-25]。在本研究中也同樣存在此現(xiàn)象。然而在本研究中某些在年際間、不同世代重復(fù)檢測(cè)到的QTL傾向于聚集在同一區(qū)域，如在第3染色體上RM1373與RM7389之間同時(shí)檢測(cè)到株高、劍葉長(zhǎng)和穗長(zhǎng)的QTL；在第7染色體上RM118與RM248之間同時(shí)也檢測(cè)到控制株高、劍葉長(zhǎng)和穗長(zhǎng)的QTL；另外，在第10染色體上RM1375與RM25664之間同時(shí)檢測(cè)到控制株高、劍葉長(zhǎng)、劍葉寬、穗長(zhǎng)和有效穗數(shù)的QTL。對(duì)于控制多個(gè)數(shù)量性狀的QTL聚集于同一染色體區(qū)段的原因，學(xué)者一般認(rèn)為有兩種可能，即某個(gè)重要QTL的功能存在同時(shí)控制水稻多個(gè)農(nóng)藝性狀的作用；另外是控制相關(guān)性狀的QTL呈連鎖分布狀態(tài)位于同一染色體區(qū)域[26-27]；這就能闡釋在水稻遺傳育種過(guò)程中，往往欲改良某個(gè)性狀，但同時(shí)會(huì)引入其他不想要的劣質(zhì)性狀且很難剔除。就本研究中檢測(cè)到的相關(guān)性狀QTL聚集區(qū)域，其各性狀之間相關(guān)性極顯著，因而很可能在這些QTL聚集區(qū)域內(nèi)存在同時(shí)控制多個(gè)農(nóng)藝性狀的QTL，而非不同的QTL呈連鎖分布形式。

對(duì)水稻產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL分析，其最終目的是為了克隆產(chǎn)量相關(guān)的QTL；此外，針對(duì)在年際間、不同世代穩(wěn)定表達(dá)的效應(yīng)值較大的重要農(nóng)藝性狀QTL開(kāi)發(fā)相應(yīng)的分子標(biāo)記，利用分子標(biāo)記輔助選擇對(duì)一些表型難以察覺(jué)的性狀可快速?zèng)Q選，進(jìn)而加快育種進(jìn)程[28]。本研究中檢測(cè)到多個(gè)在年際間、不同世代穩(wěn)定表達(dá)的產(chǎn)量相關(guān)QTL，而且某些檢測(cè)到的QTL區(qū)間包含已被克隆的產(chǎn)量相關(guān)基因，因而可根據(jù)檢測(cè)到的產(chǎn)量相關(guān)QTL進(jìn)一步精細(xì)定位，進(jìn)而開(kāi)發(fā)相應(yīng)的功能標(biāo)記，并利用這些功能標(biāo)記在今后的育種實(shí)踐中快速高效選擇攜帶中嘉早17產(chǎn)量相關(guān)的優(yōu)良基因，進(jìn)而快速培育產(chǎn)量更高、綜合性狀更優(yōu)良的超級(jí)稻新品種。

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QTL Mapping of Yield Related Traits in Super Rice Variety Zhongjiazao 17

SHENG Zhong-hua1, #, ZHU Zi-liang2, #, MA Ning1, LI Wei2, HE Ji-wai1, WEI Xiang-jin1, SHAO Gao-neng1, WANG Jian-long2, HU Pei-song1, TANG Shao-qing1,*

(1ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou310006,China;2CollegeofAgronomy,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China;#Theseauthorscontributedequallytothiswork;*Correspondingauthor,E-mail:sqtang@126.com)

SHENG Zhonghua, ZHU Ziliang, MA Ning, et al. QTL mapping of yield related traits in super rice variety Zhongjiazao 17. Chin J Rice Sci, 2016, 30(1): 35-43.

Abstract:The rice yield related agronomic traits were examined, and the genetic linkage maps were constructed with the F2 populations derived from Zhongjiazao 17 × D50. A total of 66 QTLs for yield related traits were mapped, with the contribution rate ranging from 0.08%～20.45%, distributed on all the 12 chromosomes except for chromosome 9. Numbers of QTLs for yield related traits were mapped in the same intervals on Chr.3, Chr.7 and Chr.10,respectively, in F2 or F(2∶3) populations, and the positive alleles were contributed by Zhongjiazao 17. Among the mapped 66 QTLs,these detected in both F2 and F(2∶3) populations with high contribution rate include qPH-10, qFLW-4, qTGW-2,of which the positive alleles were also contributed by Zhongjiazao 17. In total, 66 QTLs for yield related traits were preliminarily examined in super rice variety Zhongjiazao 17, which will provide theoretical and technical supports to breed new super rice varieties with higher yield and better comprehensive characteristics by transfering excellent genes from Zhongjiazao 17 into other rice varieties.

Key words:QTL mapping; yield related trait; super rice

文章編號(hào):1001-7216(2016)01-0035-09

中圖分類號(hào):Q343.1+5; S511.032

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

基金項(xiàng)目:浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY14C130012)； 浙江省公益基金資助項(xiàng)目(2015C32045)。

收稿日期:2015-04-08； 修改稿收到日期: 2015-07-20。