王小雷 李煒星 曾博虹 孫曉棠 歐陽(yáng)林娟 陳小榮 賀浩華,* 朱昌蘭,*

基于染色體片段置換系對(duì)水稻粒形及千粒重QTL檢測(cè)與穩(wěn)定性分析

王小雷1李煒星1曾博虹2孫曉棠1歐陽(yáng)林娟1陳小榮1賀浩華1,*朱昌蘭1,*

1江西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 江西省超級(jí)稻工程技術(shù)研究中心, 江西南昌 330045;2江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 / 江西省超級(jí)水稻研究發(fā)展中心, 江西南昌 330200

粒形及千粒重是水稻產(chǎn)量的重要影響因素, 通過挖掘這些性狀的優(yōu)異基因, 對(duì)水稻超高產(chǎn)育種具有重要意義。本研究利用1套以秈稻恢復(fù)系昌恢121為背景親本, 粳稻越光為供體親本構(gòu)建的染色體片段代換系為材料, 在3個(gè)環(huán)境下對(duì)水稻粒形及千粒重進(jìn)行QTL檢測(cè)及穩(wěn)定性分析, 共檢測(cè)到59個(gè)QTL, 分布于1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、10號(hào)、11號(hào)和12號(hào)染色體上, 貢獻(xiàn)率為0.77%~36.26%, 其中發(fā)現(xiàn)10個(gè)QTL多效位點(diǎn)。值得關(guān)注的是、、、、和這6個(gè)QTL能在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測(cè)到, 其中為新鑒定的QTL位點(diǎn)。這些結(jié)果為進(jìn)一步開展水稻粒形基因的精細(xì)定位、克隆和分子輔助育種奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

水稻; 染色體片段置換系; 粒形; 千粒重; 數(shù)量性狀座位

粒形及千粒重是影響水稻產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀, 受多基因控制[1-2]。目前通過構(gòu)建高世代群體和高通量測(cè)序技術(shù), 已經(jīng)挖掘出大量控制水稻粒形及千粒重的QTL (quantitative trait locus)。彭偉業(yè)等[3]以粳稻魔王谷和秈稻CO39配組衍生的280個(gè)重組自交系為材料, 2年檢測(cè)到17個(gè)水稻粒形QTL。周夢(mèng)玉[4]利用晚粳稻品種春江16B (CJ16B)和廣親和中秈稻背景恢復(fù)系C84為親本構(gòu)建188個(gè)家系的重組自交系群體, 在海南陵水和浙江杭州兩地共檢測(cè)到30個(gè)籽粒相關(guān)主效QTL。丁膺賓[5]和孫妍[6]以海南普通野生稻為供體親本, 9311為受體親本構(gòu)建的染色體片段置換系群體分別鑒定到1個(gè)粒長(zhǎng)和粒寬相關(guān)的和, 并分別成功精細(xì)定位到第12號(hào)和第8號(hào)染色體上, 物理距離分別為15.69 kb和10 kb區(qū)間內(nèi)。Feng等[7]利用全基因組關(guān)聯(lián)定位技術(shù), 在水稻4個(gè)籽粒性狀中鑒定了27個(gè)顯著位點(diǎn), 解釋了各性狀表型變異的44.93%~65.90%, 總共預(yù)測(cè)了424個(gè)候選基因。迄今為止,根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)Gramene (http://www.gramene.org/)公布的數(shù)據(jù), 水稻已有500多個(gè)控制水稻粒形及粒重性狀的QTL被定位, 分布于12條染色體上。在不同遺傳研究中, 已有近30個(gè)基因/QTL被克隆并被驗(yàn)證可以調(diào)控籽水稻粒形和粒重性狀, 如[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13-14]、[15]、[16-17]、[18]、[19]等。繼續(xù)挖掘不同遺傳資源中的水稻粒形及粒重相關(guān)QTL, 對(duì)于了解水稻粒形性狀的遺傳機(jī)制有著重要意義, 也可為遺傳育種提供更多的優(yōu)異基因資源。秈稻和粳稻是亞洲栽培稻2個(gè)亞種, 具有強(qiáng)大的雜種優(yōu)勢(shì)潛力, 其基因組存在著高度的遺傳分化, 后代群體的農(nóng)藝性狀、生理和生態(tài)特性等各方面表現(xiàn)出超親現(xiàn)象。利用秈稻和粳稻構(gòu)建染色體片段置換系(chromosome segment substitute lines, CSSLs)群體, 可以更準(zhǔn)確研究代換片段上所攜帶基因之間的互作, 同時(shí)可以將多個(gè)優(yōu)良基因/QTL進(jìn)行聚合育種。昌恢121是本課題組選育的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)秈稻恢復(fù)系, 培育出農(nóng)業(yè)部超級(jí)稻淦鑫688等一系列強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交稻組合[20]。本研究利用昌恢121為受體親本與粳稻越光為供體親本構(gòu)建的208個(gè)CSSLs, 在2016年江西南昌、2017年海南三亞和2017年江西南昌3個(gè)環(huán)境對(duì)水稻粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重進(jìn)行QTL檢測(cè), 旨在進(jìn)一步挖掘控制水稻粒形及粒重性狀的優(yōu)異等位基因/QTL, 為水稻的超高產(chǎn)育種提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究材料為1套以秈稻昌恢121為輪回親本和粳稻越光為供體親本構(gòu)建的染色體片段置換系群體, 包含208個(gè)株系。2016年在江西南昌(E1)、2017年海南三亞(E2)和2017年江西南昌(E3)江西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地種植。每個(gè)株系種植3個(gè)重復(fù), 每個(gè)重復(fù)3行, 每行10株, 種植行株距16.7 cm × 18.7 cm, 常規(guī)田間管理。

1.2 性狀測(cè)定與考察

粒長(zhǎng)和粒寬的測(cè)定: 在水稻成熟期, 從2個(gè)親本和每個(gè)染色體片段置換株系的株行取中間8個(gè)單株分別進(jìn)行混收, 脫粒后的谷粒經(jīng)自然條件風(fēng)干, 去除雜質(zhì)和空癟粒, 每個(gè)株系隨機(jī)選取成熟飽滿谷粒約300粒, 用萬(wàn)深SC-G自動(dòng)考種儀(杭州萬(wàn)深檢測(cè)科技有限公司)測(cè)定粒長(zhǎng)和粒寬, 重復(fù)測(cè)定3次, 取其平均值。千粒重的測(cè)定: 從2個(gè)親本和每個(gè)株系中隨機(jī)選取成熟飽滿的谷粒500粒, 稱其重量, 換算成千粒重, 重復(fù)測(cè)定3次, 取其平均值。

1.3 DNA提取與PCR擴(kuò)增以及擴(kuò)增產(chǎn)物電泳

抽穗期采集親本和CSSLs群體各家系葉片, 采用CTAB法抽提基因組DNA。PCR擴(kuò)增體系10 μL, 包括 DNA 模板 2.0 μL, 引物1 μL, 7 μL PCR混合體系(5.7 μL ddH2O; 1 μL 10×buffer; 0.2 dNTPs; 0.1 μL 5 U μL–1酶)。擴(kuò)增程序如下: 94℃ 5 min, 94℃ 30 s, 55~58℃ 30 s, 72℃ 30 s, 35個(gè)循環(huán); 72℃ 10 min, 4℃保存。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用8%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。

1.4 QTL定位和數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和圖表繪制采用 Microsoft Excel 2003表格完成。顯著性分析使用SPSS 16.0獨(dú)立樣本檢驗(yàn)分析(<0.01具有極顯著性差異; 0.05>>0.01具有顯著性差異;>0.05不具有顯著性差異)。遺傳連鎖圖使用MapChart[21]軟件進(jìn)行繪制。QTL檢測(cè)利用QTL IciMapping 4.1軟件中的CSL程序(ICIM-CSL)[22-23]進(jìn)行檢測(cè)。LOD閾值設(shè)為2.5。如果表型與標(biāo)記的關(guān)聯(lián)性LOD>2.5, 表明在該位置存在1個(gè)QTL。QTL的命名參照McCouch等[24]提出的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 208個(gè)株系的圖示標(biāo)記基因型鑒定

利用180個(gè)在兩親本間有多態(tài)性的標(biāo)記對(duì)208個(gè)CSSLs進(jìn)行基因分型, 該180個(gè)有多態(tài)的SSR標(biāo)記, 均勻覆蓋在12條染色體上, 覆蓋水稻全基因組的1427.7 cM, 平均間距為7.93 cM, 最大間距為25.3 cM (圖1)。208個(gè)代換系群體的單株基因型的分析結(jié)果見附表1。

2.2 親本與群體的性狀表現(xiàn)

2個(gè)親本和208個(gè)CSSLs株系的粒長(zhǎng)(grain length, GL)、粒寬(grain width, GW)、千粒重(thousand grain weight, TGW)性狀表現(xiàn)(表1), 2親本的粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重在3個(gè)環(huán)境中均存在顯著或極顯著差異。在CSSLs群體中, 粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重的變幅很大, 表型值均表現(xiàn)為連續(xù)變異, 且存在超親分離現(xiàn)象。

表1 CSSLs及其親本昌恢121和越光的性狀表現(xiàn)

E1: 2016江西南昌; E2: 2017海南三亞; E3: 2017江西南昌。a表中數(shù)值為平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差。**和*分別表示昌恢 121 的粒形性狀與越光之間的差異達(dá)1%和5%顯著水平。

E1: Nanchang in Jiangxi province in 2016; E2: Sanya in Hainan province in 2017; E3: Nanchang in Jiangxi province in 2017. GL: grain length; GW: grain width; TGW: thousand grain weight; CCSL: chromosome segment substitution lines.aThe values in the column are mean ± standard deviation.**and*mean the level of 1% or 5% of significant differences between rice grain shape of Changhui 121 and Koshihikari, respectively.

2.3 QTL定位分析

利用208個(gè)CSSLs對(duì)水稻的粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重進(jìn)行QTL檢測(cè), 共檢測(cè)到59個(gè)QTL,分布于除第8號(hào)和9號(hào)染色體以外的其他10條染色體上(表2和圖1)。

千粒重: 檢測(cè)到16個(gè)控制千粒重的QTL, 分布于除8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)和12號(hào)染色體以外的其他8條染色體上, 表型貢獻(xiàn)為2.88%~36.26%, 其中、、、和在2個(gè)環(huán)境中都被檢測(cè)到。、、、和的增效等位基因來自昌恢121;、、、、和的增效等位基因來自越光。

粒寬: 檢測(cè)到25個(gè)控制粒寬的QTL, 分布于除7號(hào)、8號(hào)和9號(hào)染色體以外的其他9條染色體上, 表型貢獻(xiàn)為0.77%~35.01%, 其中和在3個(gè)環(huán)境中都被檢測(cè)到;、和在2個(gè)環(huán)境中被檢測(cè)到。、、、、、和的增效等位基因來自昌恢121;、、、、和的增效等位基因來自越光。

粒長(zhǎng): 檢測(cè)到18個(gè)控制粒長(zhǎng)的QTL, 分布于1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、10號(hào)和12號(hào)染色體上, 表型貢獻(xiàn)為2.70%~23.05%, 其中和在3個(gè)環(huán)境中都被檢測(cè)到;和在2個(gè)環(huán)境中被檢測(cè)到。和的增效等位基因來自昌恢121;、、、、、、、和的增效等位基因來自越光。

2.4 QTL的多效性

3個(gè)環(huán)境中共檢測(cè)到59個(gè)粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重QTL, 分布在除8號(hào)和9號(hào)染色體以外的其余10條染色體上, 發(fā)現(xiàn)10個(gè)QTL多效位點(diǎn), 分布于1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和10號(hào)染色體上(表3)。其中1號(hào)染色體RM5389–RM6696區(qū)域附近的QTL控制著GW和GL; 2號(hào)染色體上有2個(gè)QTL多效位點(diǎn), 分別位于RM1358–RM5812和RM8030–RM1092區(qū)間, 控制著TGW、GW和GL; 3號(hào)染色體上有2個(gè)QTL多效位點(diǎn), 分別位于RM3646–RM3513和RM3513–RM2334區(qū)間, 控制著TGW、GW和GL; 4號(hào)染色體RM6089–RM5503區(qū)間, 控制著TGW和GW; 5號(hào)染色體RM3295– RM3476區(qū)域, 控制著TGW和GW; 6號(hào)染色體RM8258–RM2615區(qū)間控制著GW和GL; 7號(hào)染色體RM3186–RM3404區(qū)間控制著TGW和GL; 10號(hào)染色體RM5271–RM2125區(qū)間控制著GW和GL, 這些QTL成簇分布是一因多效或基因連鎖引起, 還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)認(rèn)證。同時(shí)多個(gè)QTL能在2個(gè)及2個(gè)以上的環(huán)境中被重復(fù)檢測(cè)到, 并且多個(gè)被重復(fù)檢測(cè)到的位點(diǎn)和已克隆的QTL/基因處于相鄰區(qū)域, 說明這些QTL簇確實(shí)存在并且穩(wěn)定表達(dá)。

表2 利用208 個(gè)CSSLs定位到的水稻粒形及千粒重QTL

縮寫同表1。Abbreviations are the same as those given in Table 1.

圖1 水稻粒形及千粒重性狀QTL在染色體上的分布

GL: grain length; GW: grain width; TGW: thousand grain weight.

表3 多效性區(qū)域分析

GL: grain length; GW: grain width; TGW: thousand grain weight.

2.5 水稻粒形及千粒重性狀QTL的穩(wěn)定性分析

在3個(gè)環(huán)境中對(duì)粒形及千粒重性狀QTL進(jìn)行檢測(cè), 發(fā)現(xiàn)、、、、和均能在3個(gè)環(huán)境下檢測(cè)到, 其余53個(gè)QTL在3個(gè)環(huán)境下未被重復(fù)檢測(cè)到, 說明水稻粒形及千粒重性狀QTL定位結(jié)果易受環(huán)境的影響。、和的增效等位基因來自昌恢121;、和增效等位基因來自越光。利用來自越光的增效等位基因?qū)?、和的加性效?yīng)和環(huán)境穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證,定位于2號(hào)染色體RM8030–RM1092區(qū)段內(nèi), 對(duì)應(yīng)的染色體片段置換系為X208, 其粒寬與昌恢121在3個(gè)環(huán)境中表型差異均達(dá)到極顯著水平(圖2);定位于3號(hào)染色體RM3646–RM3513區(qū)段內(nèi), 對(duì)應(yīng)的染色體片段置換系為X122, 其粒長(zhǎng)與昌恢121連續(xù)在3個(gè)環(huán)境下表型差異達(dá)到極顯著水平(圖2);定位于12號(hào)染色體RM19–RM6296區(qū)段內(nèi), 對(duì)應(yīng)的染色體片段置換系為X8, 其粒長(zhǎng)與昌恢121連續(xù)在3個(gè)環(huán)境下表型差異達(dá)到極顯著水平(圖2)。利用X208、X122和X8分別驗(yàn)證了、和的加性效應(yīng), 并驗(yàn)證了這3個(gè)QTL的環(huán)境穩(wěn)定性。

3 討論

粳稻(ssp.)和秈稻(ssp.)是亞洲栽培稻中的2個(gè)亞種, 通過挖掘和研究秈(或粳)稻的等位基因在粳(或秈)稻遺傳背景中的遺傳特點(diǎn), 對(duì)于秈粳雜種優(yōu)勢(shì)的利用以及秈粳亞種間優(yōu)良基因之間的互換方面等具有重要的理論和實(shí)踐意義。水稻產(chǎn)量主要由3個(gè)因素構(gòu)成: 單株穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重[25]。粒形指標(biāo)由粒長(zhǎng)、粒寬、長(zhǎng)寬比和粒厚來綜合評(píng)價(jià), 這4個(gè)性狀與千粒重成正相關(guān)[26]。與大多數(shù)農(nóng)藝性狀一樣, 水稻粒形及千粒重是受多基因控制的數(shù)量性狀。Lin等[27]利用突變體克隆出基因, 該基因是的1個(gè)新的位點(diǎn)突變, 參與了油菜素類固醇(BR)信號(hào)通路,通過促進(jìn)細(xì)胞分裂和調(diào)節(jié)穎片上表皮細(xì)胞數(shù)量來調(diào)節(jié)籽粒大小。Hu等[28]克隆出了1個(gè)新的主要數(shù)量性狀位點(diǎn)QTL (, 它控制水稻的籽粒大小和重量。Shi等[29]最新報(bào)道1個(gè)控制大粒的基因編碼1種組成性表達(dá)的泛素特異性蛋白酶, 通過調(diào)節(jié)的表達(dá)量來調(diào)控籽粒的大小。本研究利用同一套染色體片段置換系群體, 在3個(gè)環(huán)境下進(jìn)行QTL的檢測(cè), 共檢測(cè)到59個(gè)水稻粒形及千粒重QTL, 這些QTL大部分與前人已報(bào)道的QTL/基因處于相近區(qū)域, 如2號(hào)染色體RM1358–RM5812區(qū)域的與已克隆的控制粒形及粒重基因[29]、[8]位于相近區(qū)域;與已定位的[4]位于相近區(qū)域。3號(hào)染色體上的與已定位到的[30]處于相鄰區(qū)域;與已經(jīng)克隆的控制粒重和粒長(zhǎng)的主效基因[11]都位于3號(hào)染色體著絲粒附近區(qū)域;與3號(hào)染色體上已經(jīng)克隆的控制粒重和粒長(zhǎng)的主效基因[16-17]位于相近區(qū)域。粒寬與5號(hào)染色體上已經(jīng)克隆的控制稻谷的粒寬和粒重[9]基因位于相臨區(qū)域。7號(hào)染色體RM3186~RM3404區(qū)域的、和Xu等[31]已經(jīng)克隆的處于相鄰區(qū)域。12號(hào)染色體上的與已定位到的[4]處于相鄰區(qū)域。其中在多個(gè)研究中能重復(fù)檢測(cè)到而尚未克隆和功能驗(yàn)證的QTL值得進(jìn)一步重點(diǎn)研究。當(dāng)然這些QTL與前人已報(bào)道的QTL/基因是否處于同一位點(diǎn), 也還需要進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。本研究發(fā)現(xiàn)了一些前人沒有報(bào)道的新QTL位點(diǎn), 比如能在3個(gè)環(huán)境下重復(fù)檢測(cè)到的, 為1個(gè)新鑒定的能穩(wěn)定遺傳的QTL位點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)、、、和能在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測(cè)到, 說明這6個(gè)QTL能夠在多個(gè)環(huán)境條件下穩(wěn)定表達(dá)。在3個(gè)環(huán)境條件下對(duì)親本昌恢121與、和相應(yīng)位點(diǎn)被置換株系的相關(guān)性狀進(jìn)行比較, 發(fā)現(xiàn)被置換株系的粒型性狀和千粒重與輪回親本昌恢121之間存在顯著差異。如株系X208置換了, 粒寬變寬的同時(shí), 也顯著增加了千粒重; 株系X122置換了, 其粒長(zhǎng)變短, 粒寬變窄, 千粒重減少; 株系X8置換了, 其粒長(zhǎng)變短, 粒寬變寬, 千粒重增加。因此, 充分利用這些穩(wěn)定表達(dá)的QTL對(duì)于水稻高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)育種是有利的。

圖2 水稻粒形性狀QTL對(duì)應(yīng)片段置換系與背景親本昌恢121的表型差異比較

NC和HN分別表示南昌和海南。**表示昌恢121的粒形性狀與目標(biāo)片段置換系之間的差異達(dá)0.01顯著水平,檢驗(yàn)。

NC and HN represent Nanchang and Hainan, respectively.**means significant differences by Student’s-test (< 0.01) between rice grain shape traits of Changhui 121 and the CSSLs harboring the QTL alleles.

4 結(jié)論

本研究利用秈稻恢復(fù)系昌恢121為受體親本和粳稻越光為供體親本構(gòu)建的BC3F6、BC4F5和BC5F4共208個(gè)CSSLs, 在栽培方式相同條件下, 對(duì)3個(gè)環(huán)境下的水稻粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重進(jìn)行QTL檢測(cè), 共有59個(gè)水稻粒形及千粒重QTL被檢測(cè)到, 分別為粒長(zhǎng)18 QTL、粒寬25 QTL和千粒重16 QTL。其中發(fā)現(xiàn)、、、和能在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測(cè)到, 其中為新鑒定的QTL位點(diǎn)。這些定位結(jié)果為進(jìn)一步開展相關(guān)基因的精細(xì)定位、克隆和分子輔助育種奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

[1] 邢永忠, 談移芳, 徐才國(guó), 華金平, 孫新立. 利用水稻重組自交系群體定位谷粒外觀性狀的數(shù)量性狀基因. 植物學(xué)報(bào), 2001, 43: 840–845. Xing Y Z, Tan Y F, Xu C G, Hua J P, Sun X L. Quantitative trait genes of grain appearance traits were identified by rice recombinant inbred population., 2001, 43: 840–845 (in Chinese with English abstract).

[2] 余守武, 樊葉楊, 楊長(zhǎng)登, 李西明. 水稻第1染色體短臂粒長(zhǎng)和粒寬QTL的精細(xì)定位. 中國(guó)水稻科學(xué), 2008, 22: 465–471.Yu S W, Fan Y Y, Yang C D, Li X M. Detailed mapping of QTLs for short arm length and grain width in rice chromosome 1., 2008, 22: 465–471 (in Chinese with English abstract).

[3] 彭偉業(yè), 孫平勇, 潘素君, 李魏, 戴良英. 水稻品種魔王谷水稻粒形、劍葉性狀和株高QTL定位. 作物學(xué)報(bào), 2018, 44: 1673–1680. Peng W Y, Sun P Y, Pan S J, Li W, Dai L Y. Mapping of QTL for grain shape, leaf character and plant height of rice variety Mowanggu., 2018, 44: 1673–1680 (in Chinese with English abstract).

[4] 周夢(mèng)玉, 宋昕蔚, 徐靜, 付雪, 李婷, 朱雨晨, 肖幸運(yùn), 毛一劍, 曾大力, 胡江, 朱麗, 任德勇, 高振宇, 郭龍彪, 錢前, 吳明國(guó), 林建榮, 張光恒. 秈稻C84和粳稻春江16B重組自交系遺傳圖譜構(gòu)建及籽粒性狀QTL定位與驗(yàn)證. 中國(guó)水稻科學(xué), 2018, 32: 207–218. Zhou M Y, Song X W, Xu J, Fu X, Li T, Zhu Y C, Xiao X Y, Mao Y J, Zeng D L, Hu J, Zhu L, Ren D Y, Gao Z Y, Gou L B, Qian Q, Wu M G, Lin J R, Zhang G H. Construction of genetic map ofrice C84 andrice Chunjiang 16B recombinant inbred lines and mapping and verification of QTL for grain traits., 2018, 32: 207–218 (in Chinese with English abstract).

[5] 丁膺賓, 張莉珍, 許睿, 王艷艷, 鄭曉明, 張麗芳, 程云連, 吳凡, 楊慶文, 喬衛(wèi)華, 蘭進(jìn)好. 基于染色體片段置換系的野生稻粒長(zhǎng)QTL-的精細(xì)定位. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51: 3435–3444. Ding Y B, Zhang L Z, Xu R, Wang Y Y, Zheng X M, Zhang L F, Cheng Y L, Wu F, Yang Q W, Qiao W H, Lan J H. Fine localization of wild rice grain length QTL-based on chromosome fragment replacement line., 2018, 51: 3435–3444 (in Chinese with English abstract).

[6] 孫妍, 蘇龍, 喬衛(wèi)華, 鄭曉明, 齊蘭, 丁膺賓, 許睿, 張麗芳, 程云連, 蘭進(jìn)好, 楊慶文. 基于染色體片段置換系的野生稻粒寬QTL-的精細(xì)定位. 植物遺傳資源學(xué)報(bào), 2018, 19: 135–142. Sun Y, Su L, Qiao W H, Zheng X M, Qi L, Ding Y B, Xu R, Zhang L F, Cheng Y L, Lan J H, Yang Q W. Precise mapping of grain width QTL-in wild rice based on chromosome fragment replacement line., 2018, 19: 135–142 (in Chinese with English abstract).

[7] Feng Y, Lu Q, Zhai R, Zhang M, Xu Q, Yang Y, Wang S, Yuan X, Yu H, Wang Y, Wei X. Genome wide association mapping for grain shape traits inrice., 2016, 244: 819.

[8] Song X J, Huan W, Shi M, Zhu M Z, Lin X. A QTL for rice grain width and weight encodes a previously unknown RING-type E3 ubiquitin ligase., 2007, 39: 623–630.

[9] Wan X Y, Weng J F, Zhai H Q, Wang J K, Lei C L, Liu X L, Guo T, Jian L, Su N, Wan J M. Quantitative trait loci (QTL) analysis for rice grain width and fine mapping of an identified QTL allelein a recombination hotspot region on chromosome 5., 2008, 179: 2239–2252.

[10] Wang S K, Wu K, Yuan Q B, Liu X Y, Liu Z B, Lin X Y, Zeng R Z, Zhu H T, Dong G J, Qian Q, Zhang G Q, Fu X D. Control of grain size, shape and quality byin rice., 2012, 44: 950–954.

[11] Fan C C, Xing Y Z, Mao H L, Lu T T, Han B, Xu C G, Li X H, Zhang Q F., a major QTL for grain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes a putative transmembrane protein., 2006, 112: 1164–1171.

[12] Li Y B, Fan C C, Xing Y Z, Jiang Y H, Luo L J, Sun L, Shao D, Xu C J, Li X H, Xiao J H, He Y Q, Zhang Q F. Natural variation inplays an important role in regulating grain size and yield in rice., 2011, 43: 1266–1269.

[13] Wang S K, Li S, Liu Q, Wu K, Zhang J Q, Wang S S, Wang Y, Chen X B, Zhang Y, Gao C X, Wang F, Huang H X, Fu X D. Theregulatory module determines grain shape and simultaneously improves rice yield and grain quality., 2015, 47: 949–954.

[14] Wang Y X, Xiong G S, Hu J, Jiang L, Yu H, Xu J, Fang Y X, Zeng L J, Xu E B, Xu J, Ye W J, Meng X B, Liu R F, Chen H Q, Jing Y H, Wang Y H, Zhu X D, Li J Y, Qian Q. Copy number variation at thelocus contributes to grain size diversity in rice., 2015, 47: 944–948.

[15] Wu W G, Liu X Y, Wang M H, Rachel S M, Luo X J, Marie N N, Tan L B, Zhang J W, Wu J Z, Cai H W, Sun C Q, Wang X K, Rod A W, Zhu Z F. A single-nucleotide polymorphism causes smaller grain size and loss of seed shattering during African rice domestication., 2017, 3: 1–7.

[16] Qi P, Lin Y S, Song X J, Shen J B, Huang W, Shan J X, Zhu M Z, Jiang L W, Gao J P, Lin H X. The novel quantitative trait locuscontrols rice grain size and yield by regulating., 2012, 22: 1666–1680.

[17] Zhang X J, Wang J F, Huang J, Lan H X, Wang C L, Yin C F, Wu Y Y, Tang H J, Qian Q, Li J Y, Zhang H S. Rare allele ofassociated with grain length causes extra-large grain and a significant yield increase in rice., 2012, 109: 21534–21539.

[18] Ken I, Naoki H, Yuka M, Naomi M, Nao H, Haruko O, Takayuki K, Kazuhiro U, Bunichi S, Atsuko O, Hisashi M, Etsuko K. Loss of function of the IAA-glucose hydrolase geneenhances rice grain weight and increases yield., 2013, 45: 707–711.

[19] Ying Z J, Ma M, Bai C, Huang X H, Liu J L, Fan Y Y, Song X J., a major QTL that negatively modulates grain length and weight in rice., 2018, 11: 750–753.

[20] 賀浩華, 傅軍如, 朱昌蘭. 香型超級(jí)雜交稻新組合淦鑫688. 雜交水稻, 2008, (3): 80–82.He H H, Fu J R, Zhu C L. Ganxin 688, a new combination of fragrant super hybrid rice., 2008, (3): 80–82 (in Chinese with English abstract).

[21] Voorrips R E. MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and QTLs., 2002, 93: 77–78

[22] Wang J K, Wang X Y, Crossa J, Crouch J T, Weng J F, Zhai H Q, Wan J M. QTL mapping of grain length in rice (L.) using chromosome segment substitution lines., 2006, 88: 93–104.

[23] Meng L, Li H H, Zhang L Y, Wang J K. QTL IciMapping: integrated software for genetic linkage map construction and quantitative trait locus mapping in biparental populations., 2015, 3: 269–283.

[24] McCouch S R. Gene nomenclature system for rice., 2008, 1: 72–84.

[25] 劉健, 牛付安, 江建華, 孫程, 陳蘭, 郭媛, 付淑換, 洪德林. 多環(huán)境下粳稻產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的條件和非條件QTL定位. 中國(guó)水稻科學(xué), 2012, 26: 144–154.Liu J, Niu F A, Jiang J H, Su C, Chen L, Gou Y, Fu S H, Hong D L. Location of conditional and unconditional QTL forrice yield and its related traits in multiple environments., 2012, 26: 144–154 (in Chinese with English abstract).

[26] 梁云濤, 潘英華, 徐志健. 利用野栽分離群體定位水稻粒型相關(guān)QTL. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 30: 2161–216.Liang Y T, Pan Y H, Xu Z J. Rice grain type-related QTLs were identified by isolated populations in wild cultivation., 2017, 30: 2161–216 (in Chinese with English abstract).

[27] Lin Z, Yan J, Su J, Liu H, Hu C, Li G, Wang F, Lin Y. Novelmutant,, positively regulates grain shape in rice ()., 2019, 46: 857–868.

[28] Hu Z J, Lu S J, Wang M J, He H H, Sun L, Wang H R, Liu X H, Jiang L, Sun J L, Xin X Y, Kong W, Chu C C, Xue H W, Yang J S, Luo X J, Liu J X. A novel QTLencodes the GSK3/SHAGGY-like kinasethat interacts withto negatively regulate grain size and weight in rice., 2018, 11: 736–749.

[29] Shi C L, Ren Y L, Liu L L, Wang F, Zhang H, Tian P, Pan T, Wang Y F, Jing R N, Liu T Z, Wu F Q, Lin Q B, Lei C L, Zhang X, Zhu S S, Guo X P, Wang J L, Zhao Z C, Wang J, Zhai H Q, Cheng Z J, Wan J M. Ubiquitin specific protease 15 has an important role in regulating grain width and size in rice., 2019, 180: 381–391.

[30] Thomson M J, Tai T H, McClung A M, Lai X H, Hinga M E, Lobos K B, Xu Y, Martinez C P, McCouch S R. Mapping quantitative trait loci for yield, yield components and morphological traits in an advanced backcross population betweenand thecultivar Jefferson., 2003, 107: 479–493.

[31] Xu F, Fang J, Ou S J, Gao S P, Zhang F X, Du L, Xiao Y H, Wang H R, Sun X H, Chu J F, Wang G D, Chu C. Variations incoding region influence grain size and yield in rice., 2015, 38: 800–811.

QTL detection and stability analysis of rice grain shape and thousand-grain weight based on chromosome segment substitution lines

WANG Xiao-Lei1, LI Wei-Xing1, ZENG Bo-Hong2, SUN Xiao-Tang1, OU-YANG Lin-Juan1, CHENXiao-Rong1, HE Hao-Hua1,*, and ZHU Chang-Lan1,*

1Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding (Jiangxi Agricultural University), Ministry of Education / Jiangxi Super Rice Engineering Technology Research Center, Nanchang 330045, Jiangxi, China;2Jiangxi Super Rice Research and Development Center of Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, Jiangxi, China

Grain shape and 1000-grain weight are the important factors affecting rice yield. Discovering the excellent genes of these traits is of great significance for super high yield rice breeding. In this study, a set of chromosome segment substitute lines (CSSLs), derived from a cross between Koshihikari (acultivar, as donor patent) and Changhui 121 (anrestorer line, as a background patent), were used to quantitative trait locus (QTLs) detection and stability analysis in three environments. The results showed that a total of 59 QTLs were identified on chromosomes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, and 12, respectively, whose contribution rate was 0.77%–36.26%. Among them, 10 pleiotropic QTLs were found, and,,,,, andcould all be detected in three environments. Furthermore,is a novel identified QTL locus. These results lay a foundation for further fine mapping, cloning and marker-assisted breeding of grain shape genes.

rice; chromosome segment substitution lines (CSSLs); grain shape; 1000-grain weight; quantitative trait locus (QTL)

10.3724/SP.J.1006.2020.02008

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31860373), 國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)(2016-ZX08001-002)和江西省“5511”優(yōu)勢(shì)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2016-5BCB19005)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31860373), the National Major Project for Developing New GM Crops (2016-ZX08001-002), and the “5511” Superior Science and Technology Innovation Team Project of Jiangxi Province, China (2016-5BCB19005).

朱昌蘭, E-mail: zhuchanglan@163.com;賀浩華, E-mail: hhhua64@163.com

E-mail: wxl0vip@163.com

2020-02-13;

2020-06-02;

2020-06-23.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200622.1834.018.html