稻米堊白QTL定位分析

彭 強(qiáng)， 張大雙， 吳健強(qiáng)， 劉 穎， 黃培英， 王際鳳， 朱速松

（貴州省水稻研究所， 貴陽550006）

堊白是指稻米胚乳中白色不透明的部分，是由于胚乳中淀粉的不正確排列而造成的復(fù)雜表型，通常以堊白粒率、堊白大小和堊白度來表示。堊白粒率偏高、堊白度偏大是長期困擾我國優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)的最主要障礙，其中南方稻區(qū)早秈稻尤為突出［1］。因此，培育低堊白水稻品種仍是水稻品質(zhì)育種（尤其是秈稻）的重要方向之一。

研究表明，稻米堊白形狀是受多基因控制的、復(fù)雜的數(shù)量性狀。學(xué)者們利用多種群體（BIL、CSSL、RIL、DH、IL等）進(jìn)行堊白性狀QTL分析，共發(fā)現(xiàn)有62個(gè)堊白性狀QTL分布在32個(gè)位點(diǎn)上［2－3］。與此同時(shí)，一些與堊白表型有關(guān)的基因也被成功克隆，如位于第5染色體的 OsPPDKB 基因［4］和 Chalk 5基因［5］、第8染色體上的SSIIIa基因［6］和對稻米堊白粒率具有一因多效作用的GW 2基因［7］。雖然堊白性狀的遺傳關(guān)系復(fù)雜，且稻米堊白的形成易受環(huán)境影響，但存在一些成簇分布的堊白性狀主效QTL能在不同群體和環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)［8－9］。為 此，本研 究以廣親和性爪 哇稻CPSLO 17（低堊白）和配合力強(qiáng)秈稻 V 20 B（高堊白）作為親本構(gòu)建新的秈爪交遺傳背景RIL，以稻米堊白度為表型數(shù)據(jù)，結(jié)合高密度SLAF標(biāo)簽連鎖圖譜，進(jìn)行稻米堊白性狀QTL定位及其遺傳效應(yīng)分析，旨在為米堊白性狀QTL的精細(xì)定位和控制堊白基因克隆提供新素材，也為分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）培育低堊白水稻品種提供理論基礎(chǔ)。

表1 稻米堊白QTL定位及其遺傳效應(yīng)

圖1 RIL群體的稻米堊白度分布

1 材料與方法

1．1 供試材料

V 20 B／CPSLO 17重組自交群體由F1代通過單粒傳方法得到的。親本和RIL家系種植在貴州省水稻研究所（貴陽）試驗(yàn)田，每個(gè)材料種植20株，成熟時(shí)混收，曬干保存，共收2份親本和150份RIL材料，用于稻米堊白性狀QTL分析。

1．2 稻米堊白度測定

對于每份供試樣品，隨機(jī)挑選50粒精米置于玻璃板上，目測挑選出有陰影的米粒，并記錄米粒數(shù)量，計(jì)算出該樣品的堊白率（%）；隨機(jī)挑選10粒有堊白的米粒，逐粒目測堊白面積占整個(gè)米粒面積的百分率并取平均值，即為該樣品的堊白大?。辉摌悠返膱装锥龋?）為堊白率（%）與堊白大小的乘積。

1．3 QTL分析

V 2 0 B／CPSLO 1 7重 組 自 交 家 系 的SLAF標(biāo)簽的分子數(shù)據(jù)（未發(fā)表）是由北京百邁客生物科技有限公司利用SLAF－seq（Specific－Locus Amplified Fragment Sequencing）技術(shù)［10］和 High Map 軟件［11］開發(fā)獲得的?？偣灿? 602個(gè)高質(zhì)量SLAF標(biāo)簽，比較均勻分布在12條染色體上。該圖譜覆蓋水稻全基因組2 508．65 c M，標(biāo)記間平均距離為0．292 c M。采用軟件 Map QTL 5 的 Internal Mapping 方法進(jìn)行堊白性狀QTL分析，掃描步長設(shè)定為默認(rèn)值1．0 c M ，LOD值設(shè)定為默認(rèn)值3．9，并計(jì)算每個(gè) QTL對苗期耐冷性的貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)，QTL的命名原則遵循McCouch等［12］提出的方法。加性效應(yīng)為正值表示增效等位基因來源于高堊白親本V 20 B，為負(fù)值表示來源于低堊白親本CPSLO 17。

2 結(jié)果與分析

2．1 親本和重組自交群體的稻米堊白表型數(shù)據(jù)

每份材料收種保存3月后進(jìn)行稻米堊白度測定，親本V 20 B稻米品質(zhì)差，堊白多，其堊白度為27．5%（圖1右箭頭）；親本CPSLO 17稻米品質(zhì)優(yōu)良，其堊白度為4．29%（圖1左箭頭）。對150份 V 20 B／CPSLO 17重組自交群體（RILs）進(jìn)行稻米堊白度測定，稻米堊白度大小分布如圖1所示。從圖1可知，RILs的150個(gè)家系的稻米堊白度在0～70%之間連續(xù)分布（圖1），群體平均堊白度為10．02%。堊白性狀表現(xiàn)出受多基因控制的數(shù)量性狀遺傳特征。

2．2 水稻稻米堊白性狀QTL分析

采用軟件 MapQTL 5的Internal Mapping方法對稻米堊白性狀進(jìn)行QTL分析，在第5染色體上共檢測到連續(xù)排列的4個(gè)稻米堊白性狀QTL位點(diǎn)，分別命名為qC－5 a、qC－5 b、qC－5 c和qC－5 d，對應(yīng)的連鎖群位置及其遺傳效應(yīng)如表1所示。4個(gè)堊白性狀QTL位點(diǎn)的LOD值分別為4．02、4．09、3．94和4．1，對表型變異的解釋率分別為11．6%、11．8%、11．2%和11．8%，且這4個(gè)QTL抗性等位基因都來自高堊白親本V 20 B（表1）。

圖2 稻米堊白性狀QTL在chr 5染色體上的分布

3 結(jié)果與討論

堊白的形成是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，涉及多種代謝途徑、物質(zhì)運(yùn)輸過程和不同類型的酶；此外，稻米堊白是復(fù)雜的數(shù)量遺傳性狀，且受與各種環(huán)境因素相互作用的多基因系統(tǒng)調(diào)控。目前有關(guān)稻米堊白的研究進(jìn)展主要集中在堊白的理化特性描述和突變體基因的鑒定方面，Chalk 5基因［5］是已知的唯一一個(gè)通過 QTL精細(xì)定位克隆到的控制稻米堊白的QTL基因，因此揭示堊白形成分子機(jī)理及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍有大量工作需要完成。本研究利用V 20 B／CPSLO 17的RIL群體從分子水平對稻米堊白度QTL進(jìn)行定位分析，在第5染色體上檢測到4個(gè)連續(xù)排列的堊白性狀相關(guān)QTL（qC－5 a、qC－5 b、qC－5 c 和qC－5 d）。在 RGAP網(wǎng)站（http：／／rice．plantbiology．msu．edu／）進(jìn)行 blast比對分析發(fā)現(xiàn)，Chalk 5基因與本研究的4個(gè)QTL位點(diǎn)不同。該4堊白QTL在遺傳圖譜上距離近，各自的LOD值和貢獻(xiàn)率也相差不大，說明上述4個(gè)堊白QTL基因很可能是以基因簇形式存在并參與堊白調(diào)控。本研究利用的2個(gè)親本的表型差異明顯，且RIL群體堊白度是連續(xù)性分布的，也表現(xiàn)出受多基因控制的數(shù)量性狀遺傳特征。這些QTL的發(fā)現(xiàn)和定位為克隆分離稻米堊白性狀相關(guān)基因提供材料和奠定基礎(chǔ)，也為利用分子標(biāo)記輔助選擇培育低堊白水稻品種提供理論依據(jù)。

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