中国水稻科学(Chin J Rice Sci), 2011, 25(5): 475-482 http://www.ricesci.cn DOI: 10.3969/j.issn.10017216.2011.05.004 稻米出饭特性QTL分析及遗传研究 沈年伟1,#来凯凯1,2,# 粘金沯1,3 曾大力1胡江1高振宇1郭龙彪1朱丽1 刘坚1 董国军1颜美仙1钱前1,*张光恒1,* (1 中国水稻研究所 水稻生物学国家重点实验室, 浙江 杭州 310006; 2 杭州师范大学, 浙江 杭州 310036; 3 四川农业大学 水稻研究所, 四川 温江 611130; # 共同第一作者; * 通讯联系人, Email: qianqian188@hotmail.com; zhangguangheng@126.com) Mapping and Genetic Analysis of Quantitative Trait Loci for Related Traits of Cooked Rice SHEN Nianwei1,#, LAI Kaikai1,2,#, NIAN Jinqiang1,3, ZENG Dali1, HU Jiang1, GAO Zhenyu1, GUO Longbiao1, ZHU Li1, LIU Jian1, DONG Guojun1, YAN Meixian1, QIAN Qian1,*, ZHANG Guangheng1,* (1 State Key Laboratory of Rice Biology, China National Rice Research Institute, Hangzhou 310006, China; 2Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China; 3Rice Research Institute, Sichuan Agricultural University, Wenjiang 611130, China; # These authors contributed equally to this paper; * Corresponding authors, Email: qianqian188@hotmail.com; zhangguangheng@126.com) SHEN Nianwei, LAI Kaikai, NIAN Jinqiang, et al. Mapping and genetic analysis of quantitative trait loci for related traits of cooked rice. Chin J Rice Sci, 2011, 25(5): 475482. Abstract: The milled rice length, cooked rice length and elongation traits are very important in the quality of cooked rice. Mapping of quantitative trait locus (QTL) for cooked rice related traits was conducted using a doubled haploid population from a cross between a typical indica rice cultivar ‘TN1’ and a typical japonica rice cultivar ‘Chunjiang 06’. Using a linkage map based on 177 SSR molecular marker loci covering the distance of 1670.92 cM, a total of 14 QTLs were identified for the cooked rice related traits. One putative QTL for milled rice length and one for soaked rice length were mapped on chromosome 2, with the explained variance of 15.20% and 18.50%, respectively. One putative QTL for soaked rice expansion was mapped on chromosome 6, with the explained variance of 13.39%. One putative QTL for boiled rice length was mapped on chromosome 9, with the explained variance of 1360%. Three QTLs for steamed rice length were detected on chromosomes 1, 3 and 12, totally explaining variance of 45.00%. Four QTLs for boiled rice elongation were detected on chromosomes 3, 6, 9 and 10, totally explaining variance of 61.30%. Three QTLs for steamed rice elongation were detected on chromosomes 1, 3, and 6, totally explaining variance of 49.10%. Two QTLs for elongation related traits of cooked rice were detected on the Wx gene cluster and ALK gene cluster, respectively. Comparing to the Wx gene cluster, the QTL in the ALK gene cluster played a much more important role in regulation of related traits of cooked rice with the LOD score of 6.35. These results provide a foundation for further cloning of genes that regulate cooked rice related traits and a theoretical basis for the improvement of rice cooking quality and markerassisted breeding of highyielding and highquality rice varieties. Key words: rice; related traits of cooked rice; quantitative trait locus; doubled haploid population 沈年伟, 来凯凯, 粘金沯, 等. 稻米出饭特性QTL分析及遗传研究. 中国水稻科学, 2011, 25(5): 475482. 摘要: 米粒长、饭粒长和饭粒延伸系数等性状与米饭品质密切相关。以籼稻台中本地1号(TN1)与粳稻春江06为亲本构建的加倍单倍体群体为材料,利用全基因饱和分子标记连锁遗传图谱对多个稻米出饭特性相关的性状进行QTL定位, 共检测到14个QTL。其中,米粒长和米粒浸长QTL各1个,均位于第2染色体上,分别可以解释性状变异的15.20% 和1850%;1个米粒浸泡膨胀率QTL,位于第6染色体上,可解释性状变异的1339%;1个煮饭粒长QTL,位于第9染色体上,可解释性状变异的1360%; 3个蒸饭粒长QTL,分别位于第1、3和12染色体上,共解释性状变异4500%;4个煮饭延伸率QTL, 分别位于第3、6、9和10染色体上,共解释性状变异6130%; 3个蒸饭延伸率QTL分别位于第1、3和6染色体上,共解释性状变异4910%。在已知的Wx和ALK基因所在区域都检测到了米饭延伸性相关的QTL。相比较而言,覆盖ALK基因的QTL对出饭特性的影响更大,LOD值达到了635。该研究结果可为稻米出饭特性相关调控基因的克隆奠定基础,同时对稻米品质的改良及高产优质稻品种的分子标记辅助选育提供理论参考。 关键词: 水稻; 出饭特性; 数量性状基因座; 加倍单倍体群体 中图分类号: Q9432; S511032文献标识码: A文章编号: 10017216(2011)05047508 水稻是一种多型性单子叶粮食作物,在自然界中有着丰富的遗传变异形式,稻米品质性状也不例外。育种家们一直将稻米外观品质、加工品质和理化品质作为研究的重点,进而育成了许多品质优良的水稻品种\[12\]。近年来影响稻米蒸煮品质的出饭特性已越来越受到关注。已有研究表明,稻米出饭特性是一个综合性指标,稻米延伸率通常由稻米吸水体积膨胀性来表示,也可以用相应的米饭延伸性来体现\[3\]。 先前研究认为稻米的出饭特性主要取决于直链 收稿日期: 20110317; 修改稿收到日期: 20110411。 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(30970171);国家转基因培育重大专项(2009ZX08009125B);浙江省杰出青年基金资助项目(R3100100);浙江省科技计划资助项目(2009C32047)。 淀粉含量、胶稠度、糊化温度和稻米淀粉黏滞特征等4个与稻米蒸煮品质密切相关的指标,利用此4项指标衡量稻米品质特性的遗传研究已经取得了较大进展。确定存在于普通籼稻、粳稻、云南软米品种、美国长粒粳稻Lemont和糯稻中的 wx基因是通过自身的变异调控直链淀粉含量来影响稻米出饭特性,而ALK基因影响稻米的出饭特性是通过调控糊化温度来实现的\[47\]。随着与蒸煮出饭品质相关的稻米米粒延伸性遗传基础研究的深入,稻米的米粒延伸性已经成为评价蒸煮出饭或蒸煮食味品质的重要指标之一,蒸煮时米粒纵向延伸明显而横向膨胀很少是很多优质米所具有的特性\[89\]。 沈年伟等: 稻米出饭特性QTL分析及遗传研究 中国水稻科学(Chin J Rice Sci)第25卷第5期(2011年9月)目前,国内外利用不同的种质资源(或遗传群体)在稻米品质性状的遗传上已进行了相关的研究。Hussain等\[10\]研究认为米粒的延伸率性状具有较高的广义遗传率, 表明非加性效应起着重要的调控作用。Vivekanandan等\[11\]进行双列杂交实验发现米粒长、饭粒长和米粒延伸性等指标具有较高的广义遗传率,但米粒长和饭粒长的遗传进度中等,米粒延伸性的遗传进度最少,因而认为这些性状在一定程度上是受显性基因效应调控的。Ahn等\[12\]利用RFLP分子标记将来源于Basmati 370的决定米饭延伸性的QTL定位于水稻第8染色体标记RZ323和RZ562之间。包劲松等\[9\]研究认为,米粒长和饭粒长主要受控于主效基因,具有较高的遗传力,但米粒延伸性的狭义遗传率偏低,不宜在早代对米饭延伸性这一性状进行选择。何予卿等\[3\]利用以珍汕97与明恢63杂交构建的重组自交系群体进行研究,发现一些与米粒和米饭相关性状的QTL在米饭延伸指数性状中同时能检测到,Wx基因对米饭性状以及米饭的延伸指数均具有重要影响。张光恒等\[13\]以籼稻窄叶青8号与粳稻京系17为亲本的DH群体作为研究材料,在第3、6、10染色体上同时检测到控制饭粒长和米粒延伸率的QTL,认为米粒延伸性受多基因控制,Wx基因影响米饭的延伸性。沈圣泉等\[8\]用协青早B/密阳46构建的重组自交系群体,检测到1个米粒延伸性加性主效应QTL,此外,加性上位性作用较大,测得的上位性效应大于加性主效应的作用,且这种上位性还与环境存有互作关系,为前人认为该性状狭义遗传力中等和遗传进度较小提供了一个良好的佐证。Tian 等\[14\]用武运粳2号和珍汕97B构建的DH群体在第2和第6染色体上分别检测到1个控制米粒延伸性的QTL。Liu等\[15\]用籼稻 IR24和粳稻Asominori构建的近等基因系,检测到7个与稻米延伸性有关的QTL。姜树坤等\[16\]以沈农265和丽江新团黑谷为亲本构建粳粳交群体进行QTL分析,共检测到8个与稻米延伸性有关的QTL,其主效QTL在不同群体和不同环境中的重演性较好。 稻米的出饭率与米粒吸水性和膨胀性紧密相关,但前人对这两个性状的相关研究相对较少。有些研究人员把吸水性、膨胀性和延伸性作为评价由大米做成米饭的指标,吸水性指标用大米做成米饭后质量增加量来表示,膨胀性指标用大米做成米饭后体积增加来衡量\[1415\]。朱永义等\[17\]研究认为米粒具有一定的吸水能力,随着浸泡时间的延长,吸水量增加,最后趋于平衡。莫紫梅等\[18\]研究认为糊化温度以下的浸泡会使米粒吸水更加均匀,米饭质地更好。本研究以籼稻TN1与粳稻春江06为亲本的DH群体作为材料,对稻米出饭特性进行遗传研究,旨在研究控制与出饭特性密切相关的米粒浸水膨胀和米饭蒸煮延伸性的QTL数目、分布以及作用方式之间的相关性,研究结果将在稻米成饭特性的调控基因的分离、聚合水稻优异的品质调控基因进行种质创新、分子标记辅助育种和优质超级稻品种选育或改良等方面具有一定的实际应用意义。 1材料与方法 1.1试验材料种植与管理 以粳稻品种春江06(CJ06)和籼稻品种台中本地1号(TN1)为亲本进行杂交获得F1,花药加代培养构建由120个纯合二倍体株系构成的DH遗传群体\[19\]。2008年12月18 日在海南陵水南繁试验基地播种,2009年1月15 日移栽,随机区组排列,单本插,亲本CJ06 和TN1设5个重复,各DH 株系为3 次重复,每小区种植3 行,每行6 株,抽穗后35 d分批收获,田间管理与正常田间管理一致。各株系抽穗后30 d收获成熟种子,置于30 ℃的电热恒温培养箱(S.C.3032型,浙江嘉兴)中烘干(72 h),然后取20 g干燥种子出糙、磨精,挑选整精米进行稻米出饭特性的遗传分析。 1.2米粒浸泡处理 在两个亲本及其120个花药加倍单倍体群体株系中挑选60粒无裂纹且腹白尽可能没有(或很少)的整精米,分为3份,测定初长(L1, mm)。分别置于透明塑胶正方形小盒中,每个小盒中加入等量的蒸馏水(30 mL),加盖后室温放置24 h,吸水纸吸干,测定浸泡长度(L2, mm)。 1.3米粒浸泡膨胀和蒸煮延伸性的考查 米粒长度及浸泡长度测定参照农业部部颁标准NY147-88《米质量测定方法》\[20\]。米粒煮饭延伸性的测定参照包劲松等\[9\]的方法,略作修改,测定浸泡长度的米粒放入同一型号的带盖小铝盒(直径5 cm)中,加入30 mL沸水,加盖后再放入沸水中煮10 min,取出完整饭粒放在吸水纸上,静置3 h以上,测定饭粒长(L3, mm)。每个DH株系的重复样品分别测量3次,以均值作为软件分析数值。浸泡膨胀率=(L2- L1)/L1×100%,煮饭延伸率=(L3- L1)/L1×100%。把已测量浸泡长度的米粒按编号放至纱布(预先用水浸泡湿润)上,纱布平铺于定制铁架,置于电饭锅中,蒸饭10 min,静置3 h以上,测定饭粒长(L3′,mm)。蒸饭延伸率=(L3′- L1)/L1×100%。 1.4QTL分析 由CJ06/TN1 构建的DH 群体所构建的图谱共包括177 个SSR 标记,该连锁图总共覆盖167092 cM,平均图距为944 cM \[19\]。利用已构建的DH 群体的遗传图谱,采用混合线性模型分析软件(QTLmapping 1.0软件)对浸泡米粒长和蒸煮米饭长及相关延伸率等指标的QTL进行全基因组扫描分析,以LOD值30作为阈值\[21\]。 2结果与分析 2.1加倍单倍体群体出饭性状的变幅与表现 米粒长、米粒浸长、煮饭粒长、蒸饭粒长、浸泡膨胀率、煮饭延伸率和蒸饭延伸率等7个指标与米饭出饭率存在一定联系。对亲本TN1、CJ06及其120个花药加倍单倍体群体株系的这7个稻米出饭特性相关指标进行检测(图1、表1)。TN1与CJ06两亲本只在浸泡膨胀率指标上差异不显著;TN1的米粒长、米粒浸长和蒸饭粒长分别比CJ06长0270、0269和0120 mm,但煮饭粒长、煮饭延伸率和蒸饭延伸率3个性状则相反,TN1比CJ06分别小0624 mm、1904百分点和469百分点。TN1和CJ06两个亲本浸泡膨胀率差异不显著,而在煮饭延伸率和蒸饭延伸率两性状上差异显著,说明米图1双亲及DH群体出饭性状相关指标的分布 Fig. 1. Distributions of cooked rice related traits of two parents and their DH population. CJ06-春江06; TN1-台中本地1号。 CJ06, Chunjiang 06; TN1, Taichung Native 1. 表1双亲及DH群体的米饭出饭特性表现 Table 1. Performances of the milled rice elongation in two parents and their DH population.性状 Trait亲本 Parent 春江06 Chunjiang 06台中本地1号 TN1DH群体 DH population均值±标准差 Mean±SD最小值 Min最大值 Max偏度 Skewness峰度 Kurtosis米粒长Milled rice length/mm5.040±0.0355.310±0.0435.160±0.0294.3706.130-0.0200.310米粒浸长Soaked rice length/mm5.846±0.0496.115±0.1355.830±0.0335.0806.7500.048-0.510煮饭粒长Boiled rice length/mm9.213±0.1548.589±0.1848.093±0.0905.63010.140-0.250-0.234蒸饭粒长Steamed rice length/mm6.890±0.1397.010±0.1296.705±0.0405.9607.6200.021-0.961浸泡膨胀率Soaked rice expansion/%15.992±7.83115.160±5.76413.033±3.0495.42527.1651.5075.338煮饭延伸率Boiled rice elongation/%82.797±5.87561.751±3.68756.934±17.30514.19992.342-0.147-0.482蒸饭延伸率Steamed rice elongation/%36.706±9.45232.016±6.25930.047±5.37417.45543.9360.188-0.294 表 2DH 群体中米饭出饭性状的相关性分析 Table 2. Correlation between different traits in DH population.性状 Trait米粒长 Milled rice length米粒浸长 Soaked rice length煮饭粒长 Boiled rice length蒸饭粒长 Steamed rice length浸泡膨胀率 Soaked rice expansion煮饭延伸率 Boiled rice elongation 米粒浸长 Soaked rice length0.895**煮饭粒长 Boiled rice length0.282**0.376**蒸饭粒长 Steamed rice length0.755**0.794**0.441**浸泡膨胀率 Soaked rice expansion-0.201*0.255**0.220*0.107煮饭延伸率 Boiled rice elongation-0.236**-0.0840.864**0.0550.334**蒸饭延伸率 Steamed rice elongation-0.288**-0.0850.258**0.409**0.441**0.418*** 和**分别表示相关性达到0.05和0.01的显著水平。 * and**, Significant at 0.05 and 0.01 levels, respectively. 饭延伸率和蒸饭延伸率两性状上差异显著,说明米粒浸泡后的膨胀延伸与加热后的体积膨胀是两个不同的调控过程,可能由两个或多个不同基因控制。从DH群体7个性状指标的相关统计分析来看,各项指标在株系间变异幅度大、差异明显,表现为接近正态的连续分布,并存在一定数量的超亲类型,表明这些性状均为多基因控制的数量性状,符合QTL 作图的要求。 2.27个出饭指标间的相关性 对亲本TN1和CJ06及其120个花药单倍体加倍群体株系的7个指标进行相关性分析(表2),结果表明稻米米粒长与其他6个指标显著或极显著相关,与米粒浸长、煮饭粒长和蒸饭粒长呈极显著正相关,相关系数分别达到了0895、0282和0755;而与浸泡膨胀率、煮饭延伸率和蒸饭延伸率呈显著或极显著负相关,说明稻米的粒长对其他成饭特性指标均有不同程度的影响。 米粒浸长与煮饭粒长、蒸饭粒长和浸泡膨胀率呈极显著正相关,相关系数分别为0376、0794和0255;而与煮饭延伸率和蒸饭延伸率呈负相关,但相关不显著。因此,用稻米的浸泡长度来评价稻米成饭特性也具有一定的科学意义。 从浸泡膨胀率与米饭的延伸特性的相关性分析结果来看,煮饭和蒸饭表现出来的米粒延伸率都与浸泡膨胀率呈极显著正相关。由此稻米浸泡膨胀率这一指标可以比较客观的反映稻米出饭特性。 另外,由于米粒浸长、煮饭粒长、蒸饭粒长和膨胀率以及相关延伸率均是整精米和米粒长的衍生性状,它们之间表现为极显著(或显著)正相关或负相关。因此,这些与稻米出饭特性相关的性状指标受多基因的控制,基因之间可能存在一定的互作关系,形成一个复杂的调控网络,单独或协同调控米粒出饭相关特性。至于不同基因间的相互作用及调控出饭特性的分子机理还有待进一步探索和研究。 2.3QTL定位结果及其分析 2.3.1QTL定位分析 利用由177个SSR分子标记构建的遗传连锁图谱,结合区间作图法对决定稻米出饭特性的系列性状即米粒长、米粒浸长、两种米饭粒长和3种延伸性状进行QTL定位,共检测到14个QTL。其中,控制米粒长、米粒浸长、煮饭粒长和米粒浸泡膨胀率的QTL各1个;蒸饭粒长和蒸饭延伸率的QTL各3个;煮饭延伸率的QTL有4个。所有检测到的QTL的LOD值介于342~635,可解释性状的变 表 3不同米粒和米饭出饭性状QTL定位和效应分析 Table 3. The QTL and its effects for different cooked rice related traits in the DH population. 性状 TraitQTL染色体 Chromosome 区间 Marker intervalLOD值 LOD value加性效应1) Additive effect1)解释变异 Explained variation/% 米粒长 Milled rice length/mmqMRL22RM324-RM3414.170.2415.20米粒浸长 Soaked rice length/mmqSORL22RM3732-RM4924.010.3118.50煮饭粒长 Boiled rice length/mmqBRL99RRM205-M10263.63-0.6813.60蒸饭粒长 Steamed rice length/mmqSRL11RM1297-RM10614.680.3316.80qSRL33RM85-RM5703.50-0.2913.00qSRL1212RM270-RM174.02-0.3115.20浸泡膨胀率 Soaked rice expansion/%qSORE66RM6917-RM82583.56-23.4013.39煮饭延伸率 Boiled rice elongation/%qBRE33RM426-RM13504.53-18.1220.40qBRE66RM6917-RM82583.24-13.8813.60qBRE99RM205-RM10265.33-13.0612.80qBRE1010RM1108-RM3044.53-13.9314.50蒸饭延伸率 Steamed rice elongation/%qSRE11RM5461-RM12973.66-4.0814.10qSRE33RM3919-RM58133.424.3516.10qSRE66RM6176-AP35106.354.8418.901)正值表示增效等位基因来源于低值亲本,负值表示增效等位基因来源于高值亲本。 1)“+”, The favorable alleles are derived from the lowvalue parent; “-”, The favorable alleles are contributed by the highvalue parent. 异介于1280%~2040%。所有检测到的QTL分别分布于水稻的第1、2、3、6、9、10、12等7条染色体上(图2,表3)。 控制米粒长的1个QTL(qMRL2)位于第2染色体,对米粒长表型变异的解释率为1520%,加性效应为024,该增效等位基因来源于CJ06,能增加稻米米粒长度024 mm。控制米粒浸长的QTL(qSORL2)位于第2染色体,表型贡献率为1850%,加性效应为031,表明该增效等位基因同样来源于CJ06,能增加米粒浸长031 mm。控制米粒浸泡膨胀率的1个QTL(qSORE6)位于第6染色体加性效应为-2340,由于该覆盖区段包含控制直链淀粉合成的Wx基因,推测qSORE6增加浸泡膨胀率的等位基因来自粳稻CJ06的Wx。 控制蒸饭粒长的3个QTL分别位于第1、3和12染色体上,共解释蒸饭粒长表型变异的4500%,其中,qSRL1加性效应为033,增效等位基因来源于CJ06,能增加蒸饭粒长033 mm;qSRL3 和qSRL12加性效应为负值,表明这两个增效等位基因来源于TN1。控制蒸饭延伸率的3个QTL分别位于第1、3和6染色体上,共解释蒸饭延伸率变异的4910%,其中,qSRE1加性效应为-408,增效等位基因来源于CJ06;qSRE3 和qSRE6加性效应均为正值,表明这两个增效等位基因来源于TN1,其中qSRE6所覆盖的区段包含1个控制糊化温度的ALK基因。因此,初步推测qSRE6对蒸饭延伸率的增效作用可能与位于该区段中的ALK基因有关,在出饭指标中扮演着一个重要的角色。 控制煮饭粒长的1个QTL(qBRL9)位于第9染色体上, 对煮饭粒长表型变异的解释率为1360%,加性效应为-068,增效等位基因来源于CJ06,能增加煮饭粒长068 mm。控制煮饭延伸率的4个QTL分别位于第3、6、9和10染色体上, 共解释煮饭延伸率变异的6130%,加性效应为负值(-1812~-1306),表明增效等位基因均来源于CJ06,其中qBRE6所覆盖的区段包含控制直链淀粉合成的Wx基因,推测qBRE6增加煮饭延伸率的等位基因有可能与来自粳稻CJ06的Wx基因有关。 从上述分析可以发现,各性状指标检测到的主效QTL偏少,主要受微效多基因控制,但在性状间QTL有表现出一因多效和邻近表达的现象。在第6染色体Wx基因区间同时检测到控制米粒浸泡膨胀率和煮饭延伸率的QTL,两个性状增效等位基因来自于CJ06;在第9染色体RM205-RM1026区间同时检测到控制煮饭粒长和煮饭延伸率的QTL,两性状的增效基因同样也来自于CJ06。第1染色体上控制蒸饭粒长和蒸饭延伸率的QTL存在邻近表达的现象,有可能是一个基因簇QTL; 尤其是在第6染色体Wx基因覆盖区段的QTL同时控制着浸泡膨胀率和煮饭延伸率,并且ALK基因覆盖区段的qSRE6与它们邻近表达。可见煮饭粒长和煮饭延伸率两个指标之间以及浸泡膨胀率、煮饭延伸率 图2米饭出饭相关性状QTL在连锁遗传图谱上的位置 Fig. 2. Location of QTLs associated with cooked rice traits on molecular linage map. 和蒸饭延伸率3个指标之间均有较为密切的关系。此外,在水稻进行有性繁殖时,基因簇中的QTL基本不发生重组,但是连锁现象的存在,导致基因簇的QTL比较容易进入到下一代中,这是目前对性状显著相关现象的一种解释\[22\]。 3讨论 目前,水稻品种的产量高低主要是以稻谷产量来衡量的。其实,从收获稻谷加工成稻米,然后到被人们直接作为填饱肚子的食物——米饭来讲,中间受谷壳厚度、出糙率、稻米吸水性和蒸煮特性等多个因素的影响,稻谷产量并不与出饭率成正比。换句话说,稻谷产量高的品种,其出饭率不一定就高。因此,从解决粮食安全的角度出发,将食用稻谷产量折算成稻米的出饭率来评价食用水稻品种的产量更合理也更科学。稻米的出饭特性评价牵涉到多个环节或因素,制定一个简便易行并较为科学的评价体系还需要对现有的体系进行优化与完善。 已有出饭相关指标的研究基本都是利用重组自交系和加倍单倍体群体,如Tan等\[14\]、邢永忠等\[23\]、Ge等\[24\]利用珍汕97/明恢63的重组自交系群体进行米粒长的遗传及其基因的定位研究;张光恒等\[13\]利用京系17/窄叶青8号的DH群体对水稻米粒延伸性进行遗传剖析。本研究利用CJ06/TN1的DH群体对7个出饭指标进行检测,共检测到14个QTL,其中单个性状的QTL有7个,说明出饭性状是由多基因控制的数量性状,与前人研究的结果一致\[13,23\]。 研究表明相关性状的QTL可能会被定位于同一染色体相同或相近的区段上。本研究中米粒浸长是由米粒长衍生出来的,两个指标呈极显著正相关,两个QTL呈邻近表达的现象,是否属于同一个QTL,有待于进一步深入剖析。同时也有将相关的稻米出饭指标定位于同一染色的相同区间的。例如,米粒长和煮饭粒长呈极显著的正相关,相关系数为0282,在第9染色体的RM205-RM1026区间同时检测到控制这2个指标的QTL,在其他用于分析稻米出饭影响因子的群体中尚未有报道。因此,这一个新检测到的调控位点,可能与不同遗传材料的特异性相关。浸泡膨胀率与煮饭延伸率呈极显著正相关,相关系数为0334。在第6染色体覆盖Wx基因区段同时检测到控制这2个指标的QTL,与前人研究结果较为一致\[3\]。米粒吸水膨胀是淀粉颗粒的巨大分子链由于水化作用而展开,颗粒间得以疏松,而Wx基因与直链淀粉含量的变化有着直接的关联,影响淀粉在胚乳中的积累及淀粉的组成和结构,因此,该区段的Wx基因可能是通过影响淀粉的组成和结构以及在胚乳中的积累量来影响米粒的浸泡膨胀延伸的\[8\]。此外,鉴于稻米出饭相关基因可能具有的特殊性,本研究采用新研究手段对浸泡米粒进行蒸饭处理,在第6染色体覆盖ALK基因区段检测到控制米粒蒸饭延伸性的QTL。虽然该基因的表型贡献率并不是很高,但能够部分反映稻米出饭这一特性,说明控制糊化温度的ALK基因对稻米出饭同样具有重要的影响。 不同研究结果之间存有一些差异可能源于下列情况: 1)试验材料与研究侧重点不一样。不同研究群体(或材料)由于亲本携带不同的等位基因,并且各性状可能具有一些特有的遗传基础与生理生化特点,导致检测结果不一致\[2526\]。2)统计分析方法的不完备性。目前运用QTL分析软件主要是检测QTL的贡献率之和,由于QTL贡献率之和低于实际的遗传力,使得全部遗传方差无法得到完全解释\[2729\]。3)基因与环境的互作及处理的方式不一样。在不同地点及年份检测到的QTL不尽相同,米饭蒸煮时水分的多少以及蒸煮的时间和方式都会对实验结果产生明显的影响。 尽管本研究稻米出饭特性的指标在两个亲本间并不都表现出显著差异,但最终通过DH群体仍能够检测到所有指标的相关QTL。在一定情况下,说明双亲之间一些不等位的QTL由于分离群体中发生分离重组而能被检测到 \[3,16\]。 综上所述,即使双亲之间差异并不显著的一些性状也是可以用来进行基因定位研究的,有针对性地用于分子标记辅助选择,或提供较为准确的候选位点为基因的克隆与分离奠定基础。参考文献: \[1\]汤圣祥. 我国杂交水稻蒸煮与食用品质的研究. 中国农业科学, 1987, 20(5): 1722. \[2\]田志喜, 严长杰, 钱前, 等. 水稻淀粉合成相关基因分子标记的建立. 科学通报, 2010, 55(26): 25912601. \[3\]何予卿, 邢永忠, 葛小佳. 水稻米饭延伸指数相关性状的基因定位研究. 分子植物育种, 2003, 1(5): 613619. \[4\]Wang Z Y, Zheng F Q, Shen G Z, et al. The amylose content in rice endosperm is related to the posttranscriptional regulation of the waxy gene. Plant J, 1995, 7: 613622. \[5\]Sano Y. Differential regulation of waxy gene expression in rice endosperm.Theor Appl Genet, 1984, 68: 45674573. \[6\]Mikami I, Uwatoko N, Ikeda Y, et al.Allelic diversification at the wx locus in landraces of Asian rice. Theor Appl Genet, 2008, 116(7): 979989. \[7\]高振宇, 曾大力, 崔霞, 等. 水稻稻米糊化温度控制基因ALK的图位克隆及其序列分析. 中国科学C辑: 生命科学, 2003, 33(6): 481487. \[8\]沈圣泉, 庄杰云, 王淑珍, 等. 水稻米粒延伸性QTLs 定位和基因型与环境互作分析. 中国水稻科学, 2005, 19(4): 319322. \[9\]包劲松, 谢建坤, 夏英武. 籼稻米粒延伸性的遗传研究. 作物学报, 2001, 27(4): 489492. \[10\]Hussain A A, Maurya D M,Vaish C P. Studies on quality status of indigenous upland rice (Oryza sativa). Indian J Genet, 1987, 47: 145. \[11\]Vivekanandan P, Girdharan S. Genetic variability and character association for kernel and cooking quality traits in rice.Oryza, 1998, 35(3): 242245. \[12\]Ahn S N, Bollich C N, McClung A M, et al. RFLP analysis of genomic regions associated with cookedkernel elongation in rice. Theor Appl Genet, 1993, 87: 2732. \[13\]张光恒, 曾大力, 郭龙彪, 等. 水稻米粒延伸性的遗传剖析. 遗传, 2004, 26(6): 887892. \[14\]Tan Y F, Xing Y Z, Li J X, et al.Genetic bases of apperance quality of rice grains in Shanyou 63, an elite rice hybrid. Theor Appl Genet, 2002, 101: 823829. \[15\]Liu L L, Yan X Y, Jiang L, et al.Identification of stably expressed quantitative trait loci for cooked rice elongation in nonBasmati varieties. Genome, 2008, 51(2): 104112. \[16\]姜树坤, 黄成, 徐正进, 等. 粳稻米粒延伸性的QTL剖析. 植物生理学通讯, 2008, 44(6): 10911094. \[17\]朱永义, 周显青, 赵秀萍. 米粒吸水特性及其影响因素的研究. 粮食与饲料工业, 1998(3): 1314. \[18\]莫紫梅, 许金东, 赵思明. 米饭品质的研究进展. 粮食与饲料工业, 2008(11): 58. \[19\]杨长登, 郭龙彪, 李西明, 等. 水稻抗恶苗病微效QTL的定位. 中国水稻科学, 2006, 20(6): 657659. \[20\]农业部部颁标准NY14788. 米质量测定方法. 北京: 中国标准出版社, 1988. \[21\]Wang D L, Zhu J, Li Z K, et al.Mapping QTLs with epistatic effects and QTL ×environment interactions by mixed linear model approaches. Theor Appl Genet, 1999, 99(7/8): 12551264. \[22\]张玉山, 汪剑波, 徐才国, 等. 水稻5个形态性状显著相关性的分子基础剖析. 科学通报, 2010, 55(17): 16821689. \[23\]邢永忠,谈移芳,徐才国, 等. 利用水稻重组自交系群体定位谷粒外观性状的数量性状基因. 植物学报, 2001, 43(8): 840845. \[24\]Ge X J, Xing Y Z, Xu C G, et al.QTL analysis of cooked rice grain elongation, volume expansion, and water absorption using a recombinant inbred population. Plant Breeding, 2005, 124: 121126. \[25\]彭勃, 王阳, 李永祥, 等. 不同水分环境下玉米产量构成因子及籽粒相关性状的QTL分析. 作物学报, 2010, 36(11): 18321842. \[26\]毛艇, 徐海, 郭艳华, 等. 籼粳交重组自交系的亚种属性与稻米品质性状的关系. 中国水稻科学, 2010, 24(5): 474478. \[27\]Messmer R, Fracheboud Y, Banziger M, et al.Drought stress and tropical maize: QTLby environment interactions and stability of QTLs across environments for yield components and secondary traits. Theor Appl Genet, 2009, 119: 913930. \[28\]Hallauer A R, Miranda J B. Quantitative Genetics in Maize Breeding. Iowa: Iowa State University Press, 1981. \[29\]Li H, Ribaut J M, Li Z, et al.Inclusive composite interval mapping (ICIM) for digenic epistasis of quantitative traits in biparental populations. Theor Appl Genet, 2008, 116: 243260. 欢迎订阅2012年《作物学报》 《作物学报》是中国科学技术协会主管、中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所共同主办、科学出版社出版的有关作物科学的学术期刊。前身可追溯到1919年创办的《中华农学会丛刊》。主要刊载农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、种质资源以及与作物生产有关的生物技术、生物数学等学科具基础理论或实践应用性的原始研究论文、专题评述和研究简报等。办刊宗旨是报道本领域最新研究动态和成果,为繁荣我国作物科学研究、促进国内外学术交流、加速中国农业现代化建设服务。读者对象是从事农作物科学研究的科技工作者、大专院校师生和具有同等水平的专业人士。 《作物学报》从1999年起连续12年获“国家自然科学基金重点学术期刊专项基金”的资助。2006-2011年连续6年获“中国科协精品科技期刊工程项目(B类)”资助。从2002年起连续9年被中国科技信息研究所授予“百种中国杰出学术期刊”称号。2011年获“第二届中国出版政府奖期刊奖提名奖”,2005年获“第三届国家期刊奖提名奖”。2008年被中国科学技术信息研究所授予“中国精品科技期刊”称号。2009年被中国期刊协会和中国出版科学研究所授予“新中国60年有影响力的期刊”称号。据北京大学图书馆编著的《中文核心期刊要目总览》(2004和2008年版)登载,《作物学报》被列在“农学、农作物类核心期刊表”的首位。 《作物学报》为月刊,2012年定价50元/册,全年600元。可通过全国各地邮局订阅,刊号:ISSN 04963490,CN 111809/S,邮发代号:82336。也可向编辑部直接订购。 地址:北京市海淀区中关村南大街12号,中国农业科学院作物科学研究所《作物学报》编辑部(邮编100081);电话:01082108548;传真:01082105793;网址:http://www.chinacrops.org/zwxb/; Email: zwxb301@mail.caas.net.cn; xbzw@chinajournal.net.cn。