姚 姝 張亞?wèn)| 劉燕清 趙春芳 周麗慧 陳 濤 趙慶勇 朱 鎮(zhèn) Balakrishna Pillay 王才林,*

水稻Wx背景下和等位變異及其互作對(duì)蒸煮食味品質(zhì)的影響

姚 姝1張亞?wèn)|1劉燕清1趙春芳1周麗慧1陳 濤1趙慶勇1朱 鎮(zhèn)1Balakrishna Pillay2,*王才林1,*

1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/ 江蘇省優(yōu)質(zhì)水稻工程技術(shù)研究中心 / 國(guó)家水稻改良中心南京分中心, 江蘇南京 210014;2夸祖魯-納塔爾大學(xué)(西維爾校區(qū))農(nóng)業(yè)工程科學(xué)院生命科學(xué)系, 南非夸祖魯-納塔爾省德班市 4000

為了明確Wx基因背景下不同半糯粳稻品質(zhì)差異的原因, 以淀粉合成酶基因和表現(xiàn)多態(tài)性而其他淀粉合成相關(guān)基因無(wú)多態(tài)性的武粳13和關(guān)東194 (Milky Princess)雜交后代衍生的64個(gè)半糯品系為材料, 分析了Wx基因背景下,和基因等位變異對(duì)直鏈淀粉含量(amylose content, AC)、膠稠度(gel consistency, GC)、糊化溫度(gelatinization temperature, GT)及RVA譜特征值的影響。結(jié)果表明,和等位變異對(duì)AC、GC、GT和RVA譜特征值都有顯著影響, 且2個(gè)基因間存在互作效應(yīng)。2和2(2表示該基因來(lái)源于非半糯親本武粳13)有使AC增高的趨勢(shì), 分別使AC提高1.87%和1.23%, 2年結(jié)果基本接近。單個(gè)和等位變異對(duì)GT無(wú)顯著影響, 而基因型11(1表示該基因來(lái)源于半糯親本關(guān)東194)的GT比22高1.34℃, 達(dá)顯著水平, 表明2個(gè)基因的互作對(duì)GT有顯著影響。GC在不同基因型間均存在極顯著差異,2和1可分別使GC增加8.74 mm和9.62 mm。從2個(gè)基因的互作效應(yīng)來(lái)看, 基因型21的GC比基因型12和22分別增加10.64 mm和16.95 mm。2使最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值增加, 回復(fù)值和消減值下降; 而2的效應(yīng)則相反。2個(gè)基因的互作效應(yīng), 最高黏度、熱漿黏度和冷膠黏度均以21最大, 崩解值和回復(fù)值均以22最大, 消減值21最小。本研究結(jié)果為半糯粳稻蒸煮食味品質(zhì)的改良提供了一定的理論依據(jù)。

半糯粳稻;;; 蒸煮食味品質(zhì); 等位基因效應(yīng); 互作

水稻是我國(guó)的主要糧食作物之一, 長(zhǎng)期以來(lái)一直以高產(chǎn)作為育種的主要目標(biāo)。近年來(lái), 隨著產(chǎn)量和生活水平的提高及消費(fèi)觀念的變化, 人們對(duì)稻米品質(zhì)有了更高的要求, 優(yōu)質(zhì)特別是優(yōu)良食味品質(zhì)成為育種的首要目標(biāo)[1]。稻米直鏈淀粉含量是影響食味品質(zhì)的關(guān)鍵因素。鄂志國(guó)等通過(guò)對(duì)1979—2018年我國(guó)省級(jí)以上審定的9563個(gè)水稻品種的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn), 長(zhǎng)江中下游稻區(qū)中秈品種和黃淮海與長(zhǎng)江下游稻區(qū)粳稻品種的直鏈淀粉含量明顯降低, 食味品質(zhì)提升[2]。低直鏈淀粉含量的稻米以其柔軟、富有彈性的米飯質(zhì)地特點(diǎn), 越來(lái)越受到人們的青睞[3-5]。我們以含有半糯基因Wx的日本品種關(guān)東194 (Milky Princess)為親本, 與江蘇粳稻武香粳14、武粳13、武粳15等雜交, 育成了南粳46[6]、南粳5055[7]、南粳9108[8]、南粳3908[9]、南粳2728[10]等不同生育期類型的優(yōu)良食味半糯粳稻系列品種, 在生產(chǎn)上已累計(jì)推廣種植超過(guò)400萬(wàn)公頃, 生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)大米深受廣大消費(fèi)者歡迎。

我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn), 在主效基因Wx背景下, 不同半糯水稻品種(系)間的直鏈淀粉含量仍有較大差異[11]。這除了與后期氮肥用量和灌漿充實(shí)期溫度等環(huán)境因素有關(guān)以外[12], 主要是親本所攜帶的淀粉合成相關(guān)基因的多態(tài)性所致。已經(jīng)報(bào)道的與淀粉合成相關(guān)的淀粉合成酶基因有10個(gè), 分別為()和[13]。其中,是控制稻米糊化溫度(GT)的主效基因[14]。Umemoto等[15]將基因定位在水稻6號(hào)染色體短臂位點(diǎn)上, 并通過(guò)單倍型分析發(fā)現(xiàn), GT主要受第8外顯子的3個(gè)SNP組合突變類型控制, 等位變異類型主要分為A-GC、G-GC和G-TT三種組合類型[16]。Bao等[17]檢測(cè)到在第8外顯子中GC/TT的變異對(duì)糊化溫度的變異具有較大影響。Waters等[18]測(cè)定了3個(gè)澳大利亞水稻品種的基因序列, 發(fā)現(xiàn)了4個(gè)SNPs, 其中第8外顯子的2個(gè)SNPs可把70個(gè)品種分成高GT和低GT兩種類型。

位于8號(hào)染色體上, 在支鏈淀粉的合成中, 負(fù)責(zé)長(zhǎng)鏈B1和B2鏈(DP25-35)的合成, 且與其他淀粉合成酶存在互作[19-20]。Fujita等[21]研究表明,不僅對(duì)支鏈淀粉長(zhǎng)鏈的延長(zhǎng)起作用, 并且對(duì)SSI、GBSS和AGPase的表達(dá)起調(diào)節(jié)作用。楊博文等[22]研究表明,與基因的互作對(duì)水稻表觀直鏈淀粉含量、糊化溫度、最高黏度、崩解值和成糊溫度有極顯著影響, 且基因?qū)蚓哂酗@性上位性。還有研究表明,主要在胚乳中表達(dá)[23-25], 與稻米品質(zhì)的關(guān)系比更密切。

本研究選擇可溶性淀粉合成酶基因和表現(xiàn)多態(tài)性, 而其他淀粉合成酶基因相同的武粳13和關(guān)東194雜交后代衍生的半糯品系為材料, 利用分子標(biāo)記, 對(duì)含有Wx主效基因的半糯品系進(jìn)行和基因型鑒定, 分析Wx基因背景下,和等位變異對(duì)直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度及RVA譜特征值的影響, 探討在Wx基因背景下稻米蒸煮食味品質(zhì)的變異原因, 為優(yōu)良食味水稻新品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

為了明確Wx基因背景下淀粉合成相關(guān)基因和對(duì)蒸煮食味品質(zhì)的影響, 供試材料采用含有Wx基因的半糯水稻品系與、基因位點(diǎn)有差異的粳稻品種(Wx)雜交, 構(gòu)建、、基因的不同基因型群體。

1999年以江蘇省(武進(jìn))水稻研究所育成的粳稻品種武粳13為母本, 日本半糯水稻品種關(guān)東194 (Milky Princess)為父本雜交, 經(jīng)多代自交獲得的64個(gè)穩(wěn)定品系為試驗(yàn)材料(圖1)。64個(gè)品系的抽穗期均在8月下旬。在和位點(diǎn)上關(guān)東194與武粳13帶有不同的等位基因[26], 利用分子標(biāo)記關(guān)東194在和位點(diǎn)上可分別檢測(cè)到344 bp和248 bp條帶, 武粳13可分別檢測(cè)到248 bp和177 bp條帶。為方便起見(jiàn), 將來(lái)源于關(guān)東194的基因型表示為“1”, 來(lái)源于武粳13的基因型表示為“2”。

圖1 來(lái)源于武粳13/關(guān)東194的64個(gè)半糯品系的培育

1.2 試驗(yàn)材料的種植與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料分別于2013年和2014年正季種植在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所試驗(yàn)田。每個(gè)株系種成1個(gè)小區(qū), 每小區(qū)種植4行, 每行10株。行、株距分別為27 cm和17 cm。試驗(yàn)材料順序排列, 重復(fù)3次。5月10日播種, 6月10日移栽。田間管理同大田生產(chǎn)。取分蘗盛期的幼嫩葉片用于DNA的提取, 待種子成熟后收獲用于稻米理化指標(biāo)和品質(zhì)性狀的測(cè)定。

1.3 基因型檢測(cè)

在半糯品系培育過(guò)程中, 從F5開(kāi)始, 分蘗盛期在各小區(qū)中間行選取5個(gè)單株進(jìn)行Wx基因型鑒定, 直至獲得穩(wěn)定的半糯品系。2013年和2014年在對(duì)Wx基因型確認(rèn)的基礎(chǔ)上, 利用和基因的STS分子標(biāo)記L22和L25進(jìn)行基因型分型。

分蘗盛期在各小區(qū)中間行第2株開(kāi)始, 連續(xù)取6個(gè)單株的新鮮幼嫩葉片, 用CTAB法提取DNA[27]。Wx基因的檢測(cè), 利用四引物擴(kuò)增受阻突變體系PCR技術(shù)[28]。、基因的檢測(cè), 利用文獻(xiàn)報(bào)道的淀粉合成途徑中的調(diào)控基因及所用到的分子標(biāo)記信息[29-31], 由上海英俊生物科技有限公司合成分子標(biāo)記檢測(cè)引物, 表1為用于半糯品系檢測(cè)的淀粉合成相關(guān)基因的分子標(biāo)記及其引物序列。根據(jù)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的片段大小以及膠的分辨能力, 選擇1.5%瓊脂糖凝膠或者9%聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè)。

1.4 稻米理化性狀的測(cè)定

水稻種子成熟后, 在每小區(qū)中間隨機(jī)收獲5個(gè)單株, 風(fēng)干至含水量14.5%左右時(shí)按單株脫粒。用韓國(guó)雙龍礱谷機(jī)(SY88-TH)去殼出糙, 用臺(tái)州伯利恒小型精米機(jī)(BLH-3120)出精米, 用瑞士產(chǎn)水分分析儀(Metteler)測(cè)定精米含水量, 用瑞典產(chǎn)FOSS旋風(fēng)式磨粉機(jī)(CT193)研磨成米粉, 過(guò)100目網(wǎng)篩后, 用于品質(zhì)性狀測(cè)定。AC的測(cè)定按照農(nóng)業(yè)部頒布標(biāo)準(zhǔn)NY147-88[32]進(jìn)行, AC的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品(1.5%、10.4%、16.2%和26.5%)購(gòu)自中國(guó)水稻研究所。每個(gè)樣品測(cè)定3次。米粉膠稠度(GC)按國(guó)標(biāo)GB/T 22294-2008[33]測(cè)定。用差示掃描量熱儀DSC (200-F3, Netzsch German)測(cè)定的峰值溫度(TP)表示糊化溫度(GT)。每個(gè)性狀每份樣品均測(cè)定3次, 取平均值為性狀表型值。

1.5 稻米R(shí)VA譜特征值的測(cè)定

采用澳大利亞Newport Scientific公司生產(chǎn)的3-D型黏度速測(cè)儀(RVA儀)及其配套軟件TCW, 按照美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)定。黏度單位用cP表示。淀粉黏度參數(shù)有5個(gè)一級(jí)數(shù)據(jù)和3個(gè)二級(jí)數(shù)據(jù), 一級(jí)數(shù)據(jù)包括峰值黏度(peak viscosity, PKV)、熱漿黏度(hot viscosity, HPV)、冷漿黏度(cool paste viscosity, CPV)、起漿溫度(pasting temperature, PaT)、峰值時(shí)間(peak time, PeT); 二級(jí)參數(shù)有: 崩解值(breakdown viscosity, BDV = PKV-HPV)、消減值(setback viscosity, SBV = CPV-PKV)和回復(fù)值(consistency viscosity, CSV = CPV-HPV)。每個(gè)樣品測(cè)定3次, 取平均值為性狀表型值。

表1 SSIIa、SSIIIa和Wxmp基因分子標(biāo)記

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

按照莫惠棟[34]介紹的方法進(jìn)行方差分析和差異顯著性測(cè)驗(yàn), 多重比較采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試材料的基因型檢測(cè)結(jié)果

2.1.1Wx基因型的檢測(cè) 根據(jù)孟德?tīng)栠z傳原理, 攜帶基因的粳稻與攜帶Wx基因的半糯粳稻雜交后, 分離世代有、WxWx和Wx3種基因型。利用四引物受阻擴(kuò)增突變體系PCR系統(tǒng)可以同時(shí)檢測(cè)3種基因型[28]。結(jié)果表明, 64個(gè)半糯品系與2個(gè)親本都能擴(kuò)增出439 bp的特異性條帶。另外, 64份半糯品系與關(guān)東194還能擴(kuò)增出292 bp的特異性條帶, 而不含Wx的武粳13不能擴(kuò)增出292 bp條帶, 但能擴(kuò)增出一條200 bp的特異條帶(圖2), 表明這64份供試材料都含有Wx基因。

圖2 64個(gè)半糯品系Wxmp基因的檢測(cè)

M: marker; 1~7: 部分半糯品系; 8: 關(guān)東194; 9: 武粳13。

M: marker; 1–7: part of the semi-waxy lines; 8: Kantou 194;9: Wujing 13.

2.1.2和基因型的檢測(cè) 利用和基因位點(diǎn)設(shè)計(jì)的STS分子標(biāo)記L22和L25對(duì)64個(gè)半糯品系進(jìn)行檢測(cè)。如果含有來(lái)源于半糯親本關(guān)東194的和基因, 就能分別檢測(cè)到251 bp和197 bp條帶, 如果含有來(lái)源于非半糯親本武粳13的和基因, 就能分別檢測(cè)到248 bp和177 bp條帶(圖3)。檢測(cè)結(jié)果表明, 檢測(cè)到1(1表示該基因來(lái)源于半糯親本關(guān)東194, 下同)和2(2表示該基因來(lái)源于非半糯親本武粳13)基因型的品系分別為23個(gè)和41個(gè),1和2基因型的品系分別為49個(gè)和15個(gè)。2個(gè)基因的4種基因型11、12、21和22的品系分別為10個(gè)、13個(gè)、39個(gè)和2個(gè)(表2)。

圖3 64個(gè)半糯品系SSIIa (A)和SSIIIa (B)基因的檢測(cè)

1~7: 部分半糯品系; 8: 關(guān)東194; 9: 武粳13。

1–7: part of the semi-waxy lines; 8: Kantou 194; 9: Wujing 13.

表2 來(lái)源于武粳13/關(guān)東194的64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)的基因型

1表示該基因來(lái)源于半糯親本關(guān)東194,2表示該基因來(lái)源于非半糯親本武粳13。

1indicated that the allele was derived from the semi-waxy parent of Kantou 194, and2indicated that the allele was derived from the parent of Wujing 13.

2.2 Wxmp背景下不同SSIIa和SSIIIa基因型蒸煮食味品質(zhì)的變異

2.2.1 直鏈淀粉含量、膠稠度和糊化溫度的變異 對(duì)直鏈淀粉含量(AC)、糊化溫度(GT)以及膠稠度(GC)進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果表明(圖4), 64個(gè)半糯品系的AC分布在7.0%~11.0%之間, 其中分布在8.0%~ 10.0%之間的有54份, 占測(cè)定總數(shù)的85.71%。GT主要分布在68.2~73.0℃之間, 主要集中在69~71℃,但總體變化不大, 變異系數(shù)為1.56%。GC主要分布在50.0~102.0 mm之間, 平均值為79.6 mm, 變異系數(shù)為16.05%。

圖4 64個(gè)半糯品系A(chǔ)C、GC、GT的頻率分布

AC: 直鏈淀粉含量; GC: 膠稠度; GT: 糊化溫度。

AC: amylose content; GC: gel consistency; GT: gelatinization temperature.

2.2.2 RVA譜特征值的變異 64個(gè)半糯品系RVA譜特征值的分布見(jiàn)圖5。最高黏度的變異幅度在1746~3511 cP之間, 其中分布在2099~3158 cP之間的有52份, 占測(cè)定總數(shù)的82.5%。熱漿黏度的變異幅度在925~2160 cP之間, 其中分布在1172~1913 cP之間的有51份, 占測(cè)定總數(shù)的81.0%。冷膠黏度的變異幅度在1533~2769 cP之間, 其中分布在1780~2521 cP之間的有50份, 占測(cè)定總數(shù)的79.4%。崩解值的變異幅度在617~1646 cP之間, 其中分布在822~1646 cP之間的有60份, 占測(cè)定總數(shù)的95.2%。消減值的變異幅度在–1018~-1 cP之間, 分布在各區(qū)間的相對(duì)均勻?；貜?fù)值的變異幅度在480~752 cP之間, 其中分布在588~752 cP之間的有56份, 占測(cè)定總數(shù)的88.9%。其中消減值的變異幅度最大, 其變異系數(shù)達(dá)到了42.4%, 其次為崩解值、熱漿黏度、最高黏度、冷膠黏度和回復(fù)值。

2.3 SSIIa和SSIIIa不同等位基因蒸煮食味品質(zhì)的效應(yīng)分析

2.3.1 直鏈淀粉含量 對(duì)2013年和2014年種植的64個(gè)半糯品系的AC進(jìn)行方差分析的結(jié)果見(jiàn)表3。AC在64個(gè)品系間、年份間和年份與品系的互作間都存在極顯著的差異。進(jìn)一步分析表明, 盡管AC在11、12、21和22四種基因型內(nèi)的差異均達(dá)到極顯著水平, 但4種基因型間的差異更大。除了基因型11與12間的AC差異不顯著以外, 其余基因型間AC的差異均達(dá)極顯著水平。

表4列出了2013—2014年64個(gè)半糯品系和位點(diǎn)不同基因型AC的平均值。無(wú)論是位點(diǎn)還是位點(diǎn), 其AC均是非半糯親本基因型高于半糯親本基因型。平均而論,2基因型的AC比SSIIa基因型高出1.87個(gè)百分點(diǎn),2基因型的AC比SSIIIa基因型高出1.23個(gè)百分點(diǎn), 表明的效應(yīng)大于。

圖5 64個(gè)半糯品系RVA特征值的頻率分布

PKV: 峰值黏度; HPV: 熱漿黏度; CPV: 冷漿黏度; BDV崩解值; SBV消減值; CSV回復(fù)值。

PKV: peak viscosity; HPV: hot paste viscosity; CPV: cool paste viscosity; BDV: breakdown viscosity; SBV: setback viscosity; CSV: consistence viscosity.

表3 64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同基因型不同年份AC的方差分析

11、12、21和22基因型分別表示11、2、21和22基因型。**: 1%水平顯著, NS: 不顯著。

Genotype 11, 12, 21, and 22 represent the four genotypes of11,12,21, and22, respectively. **: significant at the 1% probability level; NS: not significant.

表4 2013年和2014年64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同等位基因?qū)C的效應(yīng)

AC: 直鏈淀粉含量。AC: amylose content.

表5列出了2013—2014年64個(gè)半糯品系和位點(diǎn)4種基因型AC的平均值、最大值、最小值及年份間的差異。4種基因型的AC平均值分為3類, 基因型11和12的AC最低, 兩者間無(wú)顯著差異; 基因型22的AC最高, 基因型21的AC居中, 且3類的AC均達(dá)極顯著水平。從表4的單基因遺傳效應(yīng)來(lái)看, 來(lái)源于非半糯親本基因型的AC均高于半糯親本基因型。但在1基因背景下,2的AC并不比1高, 表明和位點(diǎn)間存在互作。

2.3.2 糊化溫度與膠稠度 不同基因型的糊化溫度和膠稠度數(shù)據(jù)列于表6。不同親本來(lái)源的和基因型間的糊化溫度均無(wú)顯著差異, 而不同基因型間的膠稠度均有極顯著差異, 來(lái)源于武粳13的基因和來(lái)源于關(guān)東194的基因分別使膠稠度增加了8.74 mm和9.61 mm。

表5 64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同基因型不同年份AC的差異

11、12、21和22基因型分別表示11、12、21和22基因型。同一列不同大寫(xiě)字母表示差異達(dá)1%顯著水平。

Genotype 11, 12, 21, and 22 represent the four genotypes of11,12,21, and22, respectively. Different uppercase letters in the same column indicate significant differences at the 1% probability level.

表6 64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同基因型糊化溫度與膠稠度的差異

**, 1%顯著水平; 同一列不同字母表示在5%水平上差異顯著。

**, significant at the 1% probability level; data followed by different lowercase letters in the same column indicated significant at the 5% probabi--lity level.

多重比較結(jié)果顯示, 基因型11的糊化溫度最高, 其次為基因型21、12和22, 但是4種基因型的糊化溫度比較接近。除了基因型11與22之間有顯著差異外, 其余基因型間均無(wú)顯著差異。基因型21的膠稠度最高, 依次為基因型11、12和22, 基因型21與12和22之間達(dá)到顯著差異, 其余基因型相互之間均未達(dá)到顯著差異。

2.3.3 RVA譜特征值 不同基因型RVA譜特征值的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。對(duì)于基因而言, 親本來(lái)源不同的基因型間的特征值都有顯著或極顯著差異; 同樣對(duì)于基因而言, 除了熱漿黏度和冷膠黏度親本來(lái)源不同的基因型間的差異不顯著外, 最高黏度、崩解值、回復(fù)值以及消減值在親本來(lái)源不同的基因型間都具有顯著或極顯著差異。

表7 64個(gè)半糯品系SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同基因型RVA特征值的差異

*,**或同一列數(shù)據(jù)后的不同大、小寫(xiě)字母分別表示在1%和5%水平差異顯著。

PKV: peak viscosity; HPV: hot paste viscosity; CPV: cool paste viscosity; BDV: breakdown viscosity; CSV: consistence viscosity; SBV: setback viscosity. Data followed by*,**or different uppercase and lowercase letters in the same column indicate significant at the 1% and 5% probability levels, respectively.

進(jìn)一步對(duì)2個(gè)基因的4種基因型間RVA譜各特征值進(jìn)行多重比較的結(jié)果顯示, 4種基因型間各特征值都存在顯著或極顯著的差異。當(dāng)基因的親本來(lái)源都為關(guān)東194 (即基因型為1)時(shí), 不同親本來(lái)源的基因型(即1與2)之間, 各特征值的差異均不顯著; 當(dāng)基因的親本來(lái)源都為武粳13 (即基因型為2)時(shí), 除了回復(fù)值在不同親本來(lái)源的基因型(即1與2)之間的差異極顯著外, 其他特征值均無(wú)顯著差異。當(dāng)基因的親本來(lái)源都為關(guān)東194 (即基因型為1)時(shí), 除了回復(fù)值在不同親本來(lái)源的基因型(即1與2)之間的差異不顯著外, 其他特征值均具有顯著或極顯著差異; 當(dāng)基因的親本來(lái)源都為武粳13 (即基因型為2)時(shí), 不同親本來(lái)源的基因型(即1與2)之間, 最高黏度、熱漿黏度和冷膠黏度的差異不顯著, 消減值的差異顯著, 崩解值和回復(fù)值的差異極顯著。由此可見(jiàn), 影響RVA譜特征值的基因主要是。半糯品系的最高黏度和崩解值大于親本武粳13, 熱漿黏度、冷膠黏度、回復(fù)值以及消減值均小于親本武粳稻13。隋炯明等[35]研究認(rèn)為RVA譜特征值與食味品質(zhì)指標(biāo)間存在極為密切的關(guān)系, 說(shuō)明以RVA譜特征值反映稻米食味品質(zhì)優(yōu)劣的可行性。進(jìn)一步研究表明, 崩解值、消減值、回復(fù)值對(duì)評(píng)價(jià)食味品質(zhì)的優(yōu)劣較為準(zhǔn)確, 可以作為選擇食味品質(zhì)優(yōu)良材料的有效指標(biāo)。崩解值較高且消減值和回復(fù)值較低的品種, 其蒸煮食味品質(zhì)較好。本試驗(yàn)中崩解值較高的是21和22兩種基因型, 兩者沒(méi)有顯著差異?；貜?fù)值較低的是21和11, 兩者沒(méi)有顯著差異, 消減值較低的是21和22兩種基因型, 兩者也沒(méi)有顯著差異。由此推斷基因型為21的品種, 其蒸煮食味品質(zhì)較好, 其次為22基因型。

3 討論

3.1 SSIIa和SSIIIa的遺傳效應(yīng)

研究表明, 稻米蒸煮食味品質(zhì)除了受主效基因控制外, 還受到其他淀粉合成相關(guān)基因的調(diào)控[36]?？扇苄缘矸酆铣擅富蛞脖环Q為糊化溫度控制基因[37], 負(fù)責(zé)將支鏈淀粉的短支鏈(A+B1)合成至中等長(zhǎng)度的分支鏈(B2+B3)。據(jù)報(bào)道,基因有3種單倍型, 高GT的G-GC單倍型、低GT的G-TT和A-GC單倍型[37-38]。我們?cè)谇捌诘难芯勘砻? 武粳13和關(guān)東194在和位點(diǎn)分別含有不同的等位基因[26]。本研究對(duì)來(lái)源于武粳13/關(guān)東194的64個(gè)半糯品系進(jìn)行基因型分類研究的結(jié)果表明, 不同親本來(lái)源的和等位基因?qū)C、GT、GC和RVA譜特征值都有影響。來(lái)源于非半糯親本武粳13的和基因有使AC增高的趨勢(shì), 分別使AC提高1.87個(gè)和1.23個(gè)百分點(diǎn), 2年結(jié)果基本接近。不同親本來(lái)源的或等位基因?qū)瘻囟葻o(wú)顯著影響, 而基因型11的糊化溫度顯著高于22, 表明雖然單個(gè)和基因等位變異對(duì)糊化溫度無(wú)顯著影響, 但2個(gè)基因同時(shí)存在時(shí)對(duì)糊化溫度有顯著影響, 基因型的糊化溫度比22高1.34℃。膠稠度在不同基因型間均存在極顯著差異, 來(lái)源于武粳13的基因和來(lái)源于關(guān)東194的基因可分別使膠稠度增加8.74 mm和9.62 mm。從2個(gè)基因的聯(lián)合效應(yīng)來(lái)看, 基因型21的膠稠度最高, 比基因型12和22分別增加10.64 mm和16.95 mm, 差異達(dá)到顯著水平。

一般認(rèn)為,是控制糊化溫度的主效基因。本研究表明等位變異對(duì)糊化溫度無(wú)顯著影響, 但與基因同時(shí)存在時(shí)對(duì)糊化溫度有顯著影響; 此外,等位變異對(duì)AC也有顯著影響, 這與以往研究結(jié)果不盡一致。我們分析,和等基因都是微效基因, 與主效基因相比, 效應(yīng)要小得多, 而糊化溫度在粳稻中的差異較小, 在半糯粳稻中的差異更小, 可能是主效基因Wx掩蓋了基因的作用。此外,和基因在不同主效基因(如Wx,Wx,Wx)背景下的效應(yīng)也不同, 即基因之間存在相互作用。實(shí)際上, Gao等[37]的研究雖然證實(shí)可溶性淀粉合成酶基因是控制糊化溫度的主要基因, 但對(duì)AC、GC和淀粉的糊化特性也有影響。Tian等[39]關(guān)聯(lián)分析結(jié)果也表明,()對(duì)AC、GC和GT都有影響, 此外,、()、和對(duì)AC也有影響。He等[40]利用“NJ11/Balilla”的DH群體進(jìn)行研究, 除了主效基因外, 也檢測(cè)到了、和基因?qū)C、GC、GT的遺傳效應(yīng)。因此, 關(guān)于和等淀粉合成相關(guān)基因?qū)κ澄镀焚|(zhì)的影響機(jī)制值得進(jìn)一步研究。

RVA譜特征值尤其是崩解值、回復(fù)值和消減值可以反映水稻品種間蒸煮食味的差異, 可以作為評(píng)價(jià)稻米食味品質(zhì)的輔助手段。吳洪凱等[41]的研究表明, 糯稻中的基因?qū)VA譜特征值有重要影響。本研究中不同親本來(lái)源的等位基因間, 各特征值幾乎都有顯著或者極顯著差異; 而等位基因間, 影響品質(zhì)的幾個(gè)主要的特征值都無(wú)顯著差異, 說(shuō)明對(duì)RVA譜特征值的作用大于。隋烔明等[35]認(rèn)為具有較低的熱漿黏度、冷膠黏度、消減值、回復(fù)值、較短的峰值時(shí)間, 較低的起漿溫度以及較高的崩解值, 可能具有較好的柔軟性、粘性、冷飯質(zhì)地和較高的綜合評(píng)分。舒慶堯等[42]認(rèn)為RVA譜特征值中最高黏度、崩解值、消減值以及回復(fù)值可以反映食味品質(zhì)的優(yōu)劣, 不管是秈稻還是粳稻品種, 具有相對(duì)較高的最高黏度和崩解值、相對(duì)較低的回復(fù)值和消減值的品種, 其食味品質(zhì)相對(duì)較好。本研究中所有半糯品系的崩解值幾乎都大于親本武粳13, 最高黏度, 熱漿黏度, 冷膠黏度, 回復(fù)值和消減值均小于親本武粳13, 而半糯品系具有較好的柔軟性、彈性和粘性, 這與前人研究一致。

參與淀粉合成的酶數(shù)目眾多, 包括顆粒淀粉合成酶(granule-bound starch synthase, GBSS), 可溶性淀粉合成酶(soluble starch synthase, SSS)、分支酶(starch branching enzyme, SBE)、脫分支酶(starch debranching enzyme, DBE)等, 其對(duì)應(yīng)的基因有20多個(gè)[36,41,43]。因此, 淀粉的合成是由一系列淀粉合成酶的協(xié)同作用來(lái)完成, 不同的基因之間存在互作效應(yīng), 基因間的相互作用比較復(fù)雜且多樣, 1個(gè)性狀的改變大多是由多個(gè)基因所控制的幾個(gè)生化過(guò)程的連鎖反應(yīng)的結(jié)果, 基因之間形成了復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本研究分析了和基因?qū)Φ久渍糁笫澄镀焚|(zhì)的效應(yīng), 作者最近還報(bào)道了和基因等位變異的效應(yīng)[44], 對(duì)于其他淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久渍糁笫澄镀焚|(zhì)的效應(yīng)有待于進(jìn)一步研究。

3.2 SSIIa與SSIIIa間的互作效應(yīng)

生物體的各個(gè)性狀都由一系列的基因所調(diào)控, 形成一個(gè)復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。不同基因之間必然存在相互作用。水稻淀粉的生物合成途徑已經(jīng)非常明確, 直鏈淀粉和支鏈淀粉共用底物ADP葡萄糖在不同酶催化下分別合成, 2條合成途徑存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[45]。直鏈淀粉由顆粒結(jié)合淀粉合成酶催化合成,而支鏈淀粉由可溶性淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶協(xié)同合成。參與編碼這些酶的基因有20多個(gè), 包括10個(gè)編碼淀粉合成酶的基因(); 6個(gè)編碼淀粉分支酶和去分支酶的基因、等[46-47]。He等[40]在“NJ11/Balilla”的DH群體中曾檢測(cè)到較多的淀粉合成酶基因相關(guān)間的互作效應(yīng)。本研究涉及和淀粉合成酶基因。從單基因效應(yīng)看, 無(wú)論是位點(diǎn)還是位點(diǎn), AC均是非半糯親本武粳13的基因型高于半糯親本關(guān)東194的基因型。2年平均基因效應(yīng),和分別為1.87個(gè)和1.23個(gè)百分點(diǎn)(表4)。但在1基因背景下,的平均基因效應(yīng)只有0.03個(gè)百分點(diǎn), 而在2基因背景下,的平均基因效應(yīng)高達(dá)2.42個(gè)百分點(diǎn)。同樣, 在1基因背景下,的平均基因效應(yīng)只有0.67個(gè)百分點(diǎn), 而在2基因背景下,的平均基因效應(yīng)高達(dá)3.07個(gè)百分點(diǎn)(表5)。表明與2基因間存在互作效應(yīng)(圖6)。

同樣, GT、GC、最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值、回復(fù)值和消減值在不同親本基因型背景下和的遺傳效應(yīng)均不完全相同(表8)。除了GT在不同親本基因型背景下和的遺傳效應(yīng)差異均不顯著外, 其余性狀的差異均達(dá)顯著水平, 表明這些性狀在和基因間均存在互作效應(yīng)。

圖6 SSIIa和SSIIIa位點(diǎn)不同基因型間的互作

AC: 直鏈淀粉含量。AC: amylose content.

3.3 本研究結(jié)果在優(yōu)良食味粳稻品質(zhì)改良中的應(yīng)用

半糯粳稻因具有較低的直鏈淀粉含量而呈現(xiàn)出乳白色、云霧狀不透明的表型, 這對(duì)稻米外觀品質(zhì)具有不利影響, 但不同半糯基因的直鏈淀粉含量不同, 因此, 半糯基因的選擇對(duì)培育優(yōu)良食味粳稻有重要意義。我們的育種實(shí)踐表明, 含半糯基因的稻米食味品質(zhì)雖然總體上均較好, 但半糯粳稻的直鏈淀粉含量也不是越低越好。直鏈淀粉含量過(guò)低(低于8%), 米粒不透明, 外觀品質(zhì)變差, 口感太軟, 缺乏彈性; 在半糯基因背景下適當(dāng)提高直鏈淀粉含量, 可以使外觀品質(zhì)得到改善, 而食味品質(zhì)保持不變。當(dāng)直鏈淀粉含量達(dá)到12%以上, 不僅米飯柔軟性好, 富有彈性, 冷而不硬, 口感潤(rùn)滑, 符合長(zhǎng)三角地區(qū)人們喜食軟糯粳米的口感需求, 而且外觀品質(zhì)變好(圖7)。來(lái)源于日本粳稻越光的EMS突變體Wx的直鏈淀粉含量在9%左右, 但即使來(lái)源于含Wx基因的同一組合的不同半糯品系之間, 其直鏈淀粉含量仍有很大差異, 表明除了位點(diǎn)以外, 還有其他基因影響直鏈淀粉的合成。本研究發(fā)現(xiàn)在半糯基因Wx背景下, 武粳13來(lái)源的和等位基因可分別使直鏈淀粉含量提高1.87和1.23個(gè)百分點(diǎn), 同時(shí)擁有這2基因則可以使直鏈淀粉含量提高3.1個(gè)百分點(diǎn), 達(dá)到12%左右。這樣的半糯品系不僅食味品質(zhì)優(yōu)良, 而且外觀透亮。因此, 通過(guò)和不同等位基因型的選擇, 可以使半糯粳稻既好吃又好看。

表8 不同親本基因型背景下SSIIa和SSIIIa的遺傳效應(yīng)

AC: 直鏈淀粉含量; GT: 糊化溫度; GC: 膠稠度。縮寫(xiě)同表7。*表示在= 0.05水平上差異顯著。

AC: amylose content; GT: gelatinization temperature; GC: gel consistency. Abbreviations were the same as those given in Table 7.*-values are significant at= 0.05.

圖7 不同直鏈淀粉含量半糯粳稻米粒的外觀品質(zhì)

當(dāng)然, 影響稻米品質(zhì)的基因還有很多。研究某個(gè)基因的遺傳差異或效應(yīng), 必須在其他基因背景相同的情況下進(jìn)行, 最好是利用近等基因系或通過(guò)基因編輯研究其功能。但實(shí)際育種工作中所遇到的常常是1個(gè)多基因系統(tǒng)控制下的復(fù)雜個(gè)體。相對(duì)于同一背景下特定地研究某個(gè)基因的遺傳效應(yīng)或某些基因之間的互作效應(yīng), 在復(fù)雜遺傳背景下分析不同基因間的聯(lián)合效應(yīng)和變異趨勢(shì)更符合育種實(shí)際, 而目前有關(guān)這方面的研究報(bào)道不多。本研究采用來(lái)源于和等位基因有差異、其他淀粉合成相關(guān)基因相同的武粳13和關(guān)東194雜交后代衍生的半糯品系為材料, 在Wx基因背景下, 研究和等位基因的遺傳效應(yīng)及其互作對(duì)食味品質(zhì)的影響, 用以指導(dǎo)實(shí)際育種。同時(shí), 為了盡可能排除生育期、環(huán)境因素等的影響, 供試材料都選取生育期相近(8月22日至30日抽穗)的64份材料。由于選擇過(guò)程中偏向于品質(zhì)和產(chǎn)量等性狀的選擇, 4種基因型品系數(shù)的分布不均衡, 最少的基因型只有2個(gè), 難免對(duì)研究結(jié)果有一定影響, 但其變異趨勢(shì)仍然具有參考價(jià)值。我們正是通過(guò)這些遺傳信息的利用, 在南粳46、南粳5055和南粳9108之后, 選出了符合市場(chǎng)需要, 受農(nóng)民歡迎的南粳晶谷、南粳5718、南粳2728等南粳系列后續(xù)品種, 這些品種在保持優(yōu)良食味品質(zhì)的基礎(chǔ)上, 外觀品質(zhì)、抗性和產(chǎn)量性狀均有提高。通過(guò)對(duì)更多品質(zhì)相關(guān)基因遺傳效應(yīng)的研究, 可以為培育更多符合市場(chǎng)需要、食味品質(zhì)優(yōu)良的理想基因型的優(yōu)質(zhì)水稻品種提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

在Wx基因背景下, 淀粉合成酶基因和等位變異對(duì)直鏈淀粉含量(AC)、膠稠度(GC)、糊化溫度(GT)及RVA譜特征值有顯著影響, 且2個(gè)基因間存在互作效應(yīng)。2和2分別使AC提高1.87%和1.23%?；蛐?1的糊化溫度比22高1.34℃,2和1分別使膠稠度增加8.74 mm和9.62 mm, 基因型21的膠稠度比基因型12和22分別增加10.64 mm和16.95 mm。2使最高黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值增加, 回復(fù)值和消減值下降; 而2的效應(yīng)則相反。最高黏度、熱漿黏度和冷膠黏度均以21最大, 崩解值和回復(fù)值均以22最大, 消減值21最小。綜合各性狀的效應(yīng), 基因型21的直鏈淀粉含量適中, 膠稠度最高, 最高黏度、崩解值最大, 回復(fù)值和消減值最小, 蒸煮食味品質(zhì)最佳。和基因的等位變異及其互作效應(yīng)對(duì)半糯粳稻蒸煮食味品質(zhì)的改良有重要參考價(jià)值。

[1] 王才林, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 陳濤, 趙慶勇, 趙凌, 周麗慧, 姚姝, 趙凌, 李余生. 水稻優(yōu)質(zhì)抗病高產(chǎn)育種的研究與實(shí)踐. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 28: 921–927. Wang C L, Zhang Y D, Zhu Z, Chen T, Zhao Q Y, Zhou L H, Yao S, Zhao L, Li Y S. Studies and practice on the development ofrice varieties with good quality, disease resistance and high yield.2012, 28: 921–927 (in Chinese with English abstract).

[2] 鄂志國(guó), 程本義, 孫紅偉, 汪玉軍, 朱練峰, 林海, 王磊, 童漢華, 陳紅旗. 近40年我國(guó)水稻育成品種分析. 中國(guó)水稻科學(xué), 2019, 33: 523–531. E Z G, Cheng B Y, Sun H W, Wang Y J, Zhu L F, Lin H, Wang L, Tong H H, Chen H Q. Analysis on Chinese improved rice varieties in recent four decade., 2019, 33: 523–531 (in Chinese with English abstract).

[3] Suto M, Ando I, Numaguchi K. Breeding of low amylose content paddy rice variety Milk Queen with good eating quality., 1996, 46: 221–224.

[4] 黃祖六, 許如根, 陳德輝, 陳勇. 中泰軟米資源直鏈淀粉含量的遺傳研究. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 2003, 24: 34–36.Huang Z L, Xu R G, Chen D H, Chen Y. Research on inheritance for amylose content of soft rice from China and Thailand.(Agric Life Sci Edn), 2003, 24: 34–36 (in Chinese with English abstract).

[5] 趙春芳, 岳紅亮, 黃雙杰, 周麗慧, 趙凌, 張亞?wèn)|, 陳濤, 朱鎮(zhèn), 趙慶勇, 姚姝, 梁文化, 路凱, 王才林. 南粳系列水稻品種的食味品質(zhì)與稻米理化特性. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52: 909–920. Zhao C F, Yue H L, Huang S J, Zhou L H, Zhao L, Zhang Y D, Chen T, Zhu Z, Zhao Q Y, Yao S, Liang W H, Lu K, Wang C L. Study on eating quality and physicochemical properties in Nanjing rice varieties., 2019, 52: 909–920 (in Chinese with English abstract).

[6] 王才林, 陳濤, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 趙凌, 林靜. 通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇培育優(yōu)良食味水稻新品種. 中國(guó)水稻科學(xué), 2009, 23: 25–30. Wang C L, Chen T, Zhang Y D, Zhu Z, Zhao L, Lin J. Breeding of a new rice variety with good eating quality by marker assisted selection., 2009, 23: 25–30 (in Chinese with English abstract).

[7] 王才林, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 陳濤, 趙慶勇, 趙凌, 周麗慧, 姚姝. 優(yōu)良食味粳稻新品種南粳5055的選育及利用. 農(nóng)業(yè)科技通訊, 2012, (2): 84–87. Wang C L, Zhang Y D, Zhu Z, Chen T, Zhao Q Y, Zhao L, Zhou L H, Yao S. Breeding and application of new good eating quality rice variety Nanjing 5055., 2012, (2): 84–87 (in Chinese with English abstract).

[8] 王才林, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 姚姝, 趙慶勇, 陳濤, 周麗慧, 趙凌. 優(yōu)良食味粳稻新品種南粳9108的選育與利用. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 41: 86–88. Wang C L, Zhang Y D, Zhu Z, Yao S, Zhao Q Y, Chen T, Zhou L H, Zhao L. Breeding and application of new good eating quality rice variety Nanjing 9108., 2013, 41: 86–88 (in Chinese with English abstract).

[9] 陳濤, 張亞?wèn)|, 趙慶勇, 朱鎮(zhèn), 姚姝, 周麗慧, 趙凌, 趙春芳, 王波, 王才林. 優(yōu)良食味抗病高產(chǎn)晚粳稻新品種南粳3908的選育和栽培技術(shù). 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 47: 72–74. Chen T, Zhang Y D, Zhao Q Y, Zhu Z, Yao S, Zhou L H, Zhao L, Zhao C F, Wang B, Wang C L. Breeding and cultivation technique of a newrice variety Nanjing 3908 with good eating quality, resistant diseases and high yield., 2019, 47: 72–74 (in Chinese with English abstract).

[10] 蔡鋒, 吳俊生, 王才林. “南粳2728”特征特性及栽培技術(shù)要點(diǎn). 上海農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, (373): 44. Cai F, Wu J S, Wang C L. Characteristics and cultivation techniques of “Nanjing 2728”., 2019, (373): 44 (in Chinese).

[11] 于新, 趙慶勇, 趙春芳, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 趙凌, 陳濤, 周麗慧, 姚姝, 王才林. 攜帶基因的不同類型水稻新品種(系)直鏈淀粉含量分析. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 28: 1218–1222. Yu X, Zhao Q Y, Zhao C F, Zhang Y D, Zhu Z, Zhao L, Chen T, Zhou L H, Yao S, Wang C L. Analysis of amylose content in different types of new rice varieties (lines) carryinggene., 2012, 28: 1218–1222 (in Chinese with English abstract).

[12] 姚姝, 于新, 周麗慧, 陳濤, 趙慶勇, 朱鎮(zhèn), 張亞?wèn)|, 趙春芳, 趙凌, 王才林. 氮肥用量和播期對(duì)優(yōu)良食味粳稻直鏈淀粉含量的影響. 中國(guó)水稻科學(xué), 2016, 30: 535–549. Yao S, Yu X, Zhou L H, Chen T, Zhao Q Y, Zhu Z, Zhang Y D, Zhao C F, Zhao L, Wang C L. Effects of nitrogen and sowing date on amylose content in good eating quality rice (L.)., 2016, 30: 535–549 (in Chinese with English abstract).

[13] Sato H. Genetics and breeding of high eating quality rice: status and perspectives on the researches of low amylose content rice., 2002, 77: 20–28.

[14] Gao Z Y, Zeng D L, Cui X, Zhou Y H, Yan M X, Huang D N, Li J Y, Qian Q. Map-based cloning of thegene, which controls the gelatinization temperature of rice.-, 2003, 46: 661–668.

[15] Umemoto T, Yano M, Satoh H, Shomura A, Nakamura Y. Mapping of a gene responsible for the difference in amylopectin structure between-type and-type rice varieties., 2002, 104: 1–8.

[16] Umemoto T, Aoki N. Single-nucleotide polymorphisms in ricethat alter starch gelatinisation and starch association of the enzyme.,2005, 32: 763–768.

[17] Bao J S, Corke H, Sun M. Nucleotide diversity inand validation of single nucleotide polymorphisms in relation to starch gelatinization temperature and other physicochemical properties in rice (L.).,2006, 113: 1171–1183.

[18] Waters D, Henry R J, Reinke R F, Fitzgeraid M A. Gelatinization temperature of rice explained by polymorphisms in starch synthase., 2006, 4: 115–122.

[19] Commuri P D, Keeling P L. Chain-length specificities of maize starch synthase I enzyme: studies of glucan affinity and catalytic properties., 2001, 25: 475–486.

[20] Hirose T, Terao T. A comprehensive expression analysis of the starch synthase genes family in rice (L.)., 2004, 220: 9–16.

[21] Fujita N, Yoshida M, Asakura N, Ohdan T, Miyao A, Hirochika H, Nakamyra Y. Functional and characterization of starch synthase I using mutants in rice., 2006, 140: 1070–1084.

[22] 楊博文, 向珣朝, 許順菊, 許亮, 王茜.基因與基因互作對(duì)稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響. 西北植物學(xué)報(bào), 2017, 37: 879–884. Yang B W, Xiang X C, Xu S J, Xu L, Wang Q. Effects for interaction ofandon rice eating and cooking qualities., 2017, 37: 879–884 (in Chinese with English abstract).

[23] Li S F, Wei X T, Ren Y L, Qiu J H, Jiao G A, Guo X P, Tang S Q, Wan J M, Hu P S.encodes an-glucose transporter involved in starch synthesis and compound granule formation in rice endosperm., 2017, 7: 1–13.

[24] Nuzhdin S V, Friesen M L, Mcintyre L M. Genotype phenotype mapping in a post-GWAS world., 2012, 28: 421–426.

[25] Kong X, Zhu P, Sui Z, Bao J, Physicochemical properties of starches from diverse rice cultivars varying in apparent amylose content and gelatinization temperature combinations.,2015, 172: 433–440.

[26] 劉燕清, 強(qiáng)新濤, 趙春芳, 于新, 姚姝, 周麗慧, 陳濤, 趙慶勇, 朱鎮(zhèn), 張亞?wèn)|, 王才林. 水稻淀粉合成相關(guān)基因分子標(biāo)記的篩選與利用. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 31: 471–476. Liu Y Q, Qiang X T, Zhao C F, Yu X, Yao S, Zhou L H, Chen T, Zhao Q Y, Zhu Z, Zhang Y D, Wang C L. Selection and application of molecular markers for starch synthesis-related genes in rice., 2015, 31: 471–476 (in Chinese with English abstract).

[27] Rogers S O, Bandit A J. Extraction of DNA from plant tissues., 2012, 54: 979–990.

[28] 陳濤, 駱名瑞, 張亞?wèn)|, 朱鎮(zhèn), 趙慶勇, 趙凌, 周麗慧, 姚姝, 王才林. 利用四引物擴(kuò)增受阻突變體系PCR技術(shù)檢測(cè)水稻低直鏈淀粉含量基因. 中國(guó)水稻科學(xué), 2013, 27: 529–534. Chen T, Luo M R, Zhang Y D, Zhu Z, Zhao Q Y, Zhao L, Zhou L H, Yao S, Wang C L. Detection ofgene for low amylose content by tetra-amplification refractory mutation system PCR in rice., 2013, 27: 529–534 (in Chinese with English abstract).

[29] 蔡秀玲, 劉巧泉, 湯述翥, 顧銘洪, 王宗陽(yáng). 用于篩選直鏈淀粉含量為中等的秈稻品種的分子標(biāo)記. 植物生理與分子生物學(xué)報(bào), 2002, 28: 137–144. Cai X L, Liu Q Q, Tang S Z, Gu M H, Wang Z Y. Development of a molecular marker for screening the rice cultivars with intermediate amylose content insubsp.., 2002, 28: 137–144.

[30] 田志喜, 嚴(yán)長(zhǎng)杰, 錢前, 嚴(yán)松, 謝會(huì)蘭, 王芳, 徐潔芬, 劉貴富, 王永紅, 劉巧泉, 湯述翥, 李家洋, 顧銘洪. 水稻淀粉合成相關(guān)基因分子標(biāo)記的建立. 科學(xué)通報(bào), 2010, 55: 2591–2601. Tian Z X, Yan C J, Qian Q, Yan S, Xie H L, Wang F, Xu J F, Liu G F, Wang Y H, Liu Q, Tang S Z, Li J Y, Gu M H. Development of gene-tagged molecular markers for starch synthesis-related genes in rice., 2010, 55: 2591–2601 (in Chinese with English abstract).

[31] 萬(wàn)映秀. 水稻淀粉生物合成途徑中關(guān)鍵酶基因分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 四川成都, 2006.Wan Y X. Development and Application of the Key Enzyme Gene Sequence-tagged Molecular Markers of Starch Biosynthesis in Rice (L.). MS Thesis of Sichuan Agricultural University, Chengdu, Sichuan, China, 2006 (in Chinese with English abstract).

[32] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)米質(zhì)測(cè)定方法NY147–88. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1988. pp 4–6. Standard Rice Quality Measurement Method of Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China NY147-88. Beijing: Standards Press of China, 1988. pp 4–6 (in Chinese).

[33] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 糧油檢驗(yàn)大米膠稠度的測(cè)定, GB/T 22294–2008. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009. National Standard of the People’s Republic of China. Inspection of the Grain and Oil-determination of Rice Adhesive Strength, GB/T 22294–2008. Beijing: Standards Press of China, 2009 (in Chinese).

[34] 莫惠棟. 農(nóng)業(yè)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì). 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1992. pp 151–166.Mo H D. Agricultural Experiment Statistics. Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers, 1992. pp 151–166 (in Chinese).

[35] 隋炯明, 李欣, 嚴(yán)松, 嚴(yán)長(zhǎng)杰, 張蓉, 湯述翥, 陸駒飛, 陳宗祥, 顧銘洪. 稻米淀粉RVA譜特征與品質(zhì)性狀相關(guān)性研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38: 657–663. Sui J M, Li X, Yan S, Yan C J, Zhang R, Tang S Z, Lu J F, Chen Z X, Gu M H. Studies on the rice RVA profile characteristics and its correlation with the quality.2005, 38: 657–663 (in Chinese with English abstract).

[36] Nakamura Y. Towards a better understanding of the metabolic system for amylopectin biosynthesis in plants: rice endosperm a model tissue., 2002, 43: 718–725.

[37] Gao Z Y, Zeng D L, Cheng F M, Tian Z X, Guo L B, Su Y, Yan M X, Jiang H, Dong G J, Huang Y C, Han B, Li J Y, Qian Q., the key gene for gelatinization temperature is a modifier gene for gel consistency in rice., 2011, 53: 756–765.

[38] Bao J S. Towards understanding of the genetic and molecular basis of eating and cooking quality of rice., 2012, 57: 148–156.

[39] Tian Z X, Qian Q, Liu Q Q, Yan M, Liu X, Yan C J, Liu G, Gao Z, Tang S, Zeng D, Wang Y, Yu J, Gu M H, Li J Y. Allelic diversities in rice starch biosynthesis lead to a diverse array of rice eating and cooking qualities., 2009, 106: 21760–21765.

[40] He Y, Han Y P, Jiang L, Xu C W, Lu J F, Xu M L. Functional analysis of starch-synthesis genes in determining rice eating and cooking qualities., 2006, 18: 277–290.

[41] 吳洪愷, 梁國(guó)華, 顧燕娟, 單麗麗, 王芳, 韓月澎, 顧銘洪. 水稻淀粉合成相關(guān)基因?qū)Φ久識(shí)VA譜特征的影響. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32: 159–163. Wu H K, Liang G H, Gu Y J, Shan L L, Wang F, Han Y P, Gu M H. The effect of the starch-synthesizing genes on RVA profile characteristics in rice (L.), 2006, 32: 159–163 (in Chinese with English abstract).

[42] 舒慶堯, 吳殿星, 夏英武, 高明尉, McClung A. 稻米淀粉RVA譜特征與食用品質(zhì)的關(guān)系. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 1998, 31: 25–29.Shu Q Y, Wu D X, Xia Y W, Gao M W, McClung A. Relationship between RVA profile character and eating quality inL., 1998, 31: 25–29 (in Chinese with English abstract).

[43] 陳峰, 張正球, 張士永, 張洪瑞, 楊連群, 嚴(yán)長(zhǎng)杰. 稻米淀粉的生物合成與品質(zhì)改良的研究進(jìn)展. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, (3): 20–25.Chen F, Zhang Z Q, Zhang S Y, Zhang H R, Yang L Q, Yan C J. Research progress of rice starch biosynthesis and quality improvement., 2008, (3): 20–25 (in Chinese).

[44] 姚姝, 張亞?wèn)|, 劉燕清, 趙春芳, 周麗慧, 陳濤, 趙慶勇, 朱鎮(zhèn), Pillay B, 王才林.Wx基因背景下和基因?qū)λ菊糁笫澄镀焚|(zhì)的影響. 中國(guó)水稻科學(xué), 2020, 34: 217–227.Yao S, Zhang Y D, Liu Y Q, Zhao C F, Zhou L H, Chen T, Zhao Q Y, Zhu Z, Pillay B, Wang C L. Allelic effects on eating and cooking quality ofandgenes underWxbackground in rice., 2020, 34: 217–227 (in press) (in Chinese with English abstract).

[45] Asai H, Abe N, Matsushima R, Crofts N, Oitome F N, Nakamura Y, Fujita N. Deficiencies in both starch synthaseand branching enzymelead to a significant increase in amylose in-inactiverice seeds., 2014, 65: 5497–5507.

[46] Hannah L, James M. The complexities of starch biosynthesis in cereal endosperms., 2008, 19: 160–165.

[47] Zhou S, Yin L, Xue H. Functional genomics based understanding of rice endosperm development., 2013, 16: 236–246.

Effects ofandalleles and their interaction on eating and cooking quality underWxbackground of rice

YAO Shu1, ZHANG Ya-Dong1, LIU Yan-Qing1, ZHAO Chun-Fang1, ZHOU Li-Hui1, CHEN Tao1, ZHAO Qing-Yong1, ZHU Zhen1, Balakrishna Pillay2,*, and WANG Cai-Lin1,*

1Institute of Food Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences / Jiangsu High Quality Rice Research and Development Center / Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement, Nanjing 210014, Jiangsu, China;2School of Life Sciences, College of Agriculture, Engineering and Science at the University of KwaZulu-Natal (Westville Campus), Durban 4000, Natal, South Africa

In order to explain the variation of eating and cooking quality (ECQ) in different semi-waxy rice lines withWxallele, sixty-four semi-waxy lines withWxwere developed by crossing from Wujing 13 and Kantou 194 (Milky Princess). The polymorphism of markers between the two parents was detected in soluble starch synthesis genesandbut not in other starch synthesis related genes. Genetic effects ofandon the amylose content (AC), gel consistency (GC), gelatinization temperature (GT) and rapid visco analyzer (RVA) profile characteristics were analyzed inWxrice lines. The results showed thatandhad significant effects on the characteristic values of AC, GT, GC and RVA profile, and the interactive effects existed between the two genes.2and2alleles (2indicated that allele was derived from Wujing 13, the same as in the below) had a tendency to increase AC by 1.87% and 1.23%, respectively. This result was consistent in two years. There was no significant effect on GT forandallelic variation, whereas the GT of11(1indicated that the genes were derived from Kantou 194, the same as in the below) was significantly higher than that of22by 1.34°C. This indicated that GT was not significantly affected by single gene ofandbut was remarkably influenced by the interaction of the two genes. The GC was significant varied among rice lines with different genotypes. The2and1alleles could increase GC of 8.74 mm and 9.62 mm respectively. From the interaction of the two genes, the GC of21genotype was 10.64 mm higher than the12genotype, and was 16.95 mm higher than the22genotype. The allele2increased the peak viscosity (PKV), hot paste viscosity (HPV), cool paste viscosity (CPV) and breakdown viscosity (BDV), but decreased the consistency viscosity (CSV) and setback viscosity (SBV). However, the effect of allele2was just the opposite, which decreased the PKV, HPV, CPV, BDV and increased CSV and SBV. For the combination ofand,21genotype showed the largest values in PKV, HPV and CPV,22genotype showed the largest values in BDV and CSV, and21genotype showed the least value in SBV. These results provide a theoretical basis for improving eating and cooking quality of semi-waxyrice.

semi-waxyrice;;; eating and cooking quality; allelic effects; interaction

10.3724/SP.J.1006.2020.02006

本研究由江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20180302), 江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目(CX[18]1001), 江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE2018357), 江蘇省農(nóng)業(yè)重大新品種創(chuàng)制項(xiàng)目(PZCZ201703), 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-1-62)和江蘇省作物基因組學(xué)和分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(PL201902)資助。

This study was supported by the Jiangsu Natural Science Foundation (BK20180302), the Jiangsu Agricultural Science and Technology Innovation Fund (CX[18]1001), the Jiangsu Key Research and Development Program (BE2018357), the Jiangsu Major New Varieties Creation Project (PZCZ201703), the Earmarked Fund of China Agriculture Research System (CARS-1-62), and the Open Project of Key Laboratory of Jiangsu Crop Genomics and Molecular Breeding (PL201902).

王才林, E-mail: clwang@jaas.ac.cn

E-mail: rice19820911@hotmail.com

2020-02-11;

2020-06-02;

2020-07-06.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200706.1152.004.html