水稻耐鹽基因定位與克隆及品種耐鹽性分子標記輔助選擇改良研究進展

井文章文華

綜述

水稻耐鹽基因定位與克隆及品種耐鹽性分子標記輔助選擇改良研究進展

井文*章文華

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 南京 210095;*通訊聯(lián)系人, E-mail： jingwen@njau.edu.cn)

土壤鹽漬化嚴重制約水稻生產(chǎn)發(fā)展，提高耐鹽性已成為水稻育種的重要目標之一。挖掘水稻耐鹽新基因，解析其分子作用機制可以為水稻耐鹽性遺傳改良奠定基礎(chǔ)。本文從定位群體、耐鹽性鑒定時期和鑒定方法、耐鹽性評價指標、鑒定到的耐鹽QTL、耐鹽QTL的精細定位和圖位克隆等方面，總結(jié)了近年來水稻耐鹽QTL定位研究中所取得的進展；介紹了水稻耐鹽/鹽敏感突變體篩選和基因克隆以及耐鹽性關(guān)聯(lián)分析的研究近況；并對水稻耐鹽性分子標記輔助選擇改良的現(xiàn)狀作了概述。

水稻；耐鹽性；基因定位；基因克隆；分子標記輔助選擇；品種改良

土壤鹽漬化是制約世界范圍內(nèi)水稻生產(chǎn)發(fā)展的主要因素之一。一方面，有較大面積的鹽堿土無法用于水稻種植；另一方面，不合理的水資源管理引起的土壤次生鹽漬化現(xiàn)象在水稻生產(chǎn)地區(qū)日益嚴重。通過遺傳改良來提高水稻耐鹽能力是進一步提高水稻種植面積和產(chǎn)量的有效途徑之一。由于水稻耐鹽性是多種耐鹽生理生化反應(yīng)的綜合表現(xiàn)，是由多個基因控制的數(shù)量性狀，遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜[1]，采用傳統(tǒng)育種方法改良水稻耐鹽性的難度較大，進展緩慢。利用分子標記輔助選擇(marker assisted selection, MAS)和基因工程技術(shù)可以加快水稻耐鹽品種培育的進程，但單個基因或相關(guān)的少數(shù)幾個基因的導(dǎo)入很難獲得能夠在大田生產(chǎn)中利用的耐鹽品種。目前比較一致的觀點是，培育有應(yīng)用價值的耐鹽水稻品種可能需要同時導(dǎo)入多個關(guān)鍵基因，對其耐鹽調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的多條途徑進行遺傳改良[2]。因此，鑒定水稻耐鹽主效數(shù)量性狀位點(quantitative trait loci, QTL）、克隆耐鹽關(guān)鍵基因、解析其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和分子機制至關(guān)重要，可以為利用分子設(shè)計育種技術(shù)培育優(yōu)異耐鹽品種奠定基礎(chǔ)。

長期以來，遺傳學(xué)家們利用全基因組QTL分析策略鑒定耐鹽性相關(guān)位點，檢測到一大批控制水稻各耐鹽指標的QTL，為耐鹽基因克隆奠定了基礎(chǔ)。近些年，隨著水稻功能基因組研究的不斷深入和水稻重測序技術(shù)的快速發(fā)展，人們開始利用耐鹽/鹽敏感突變體鑒定和關(guān)聯(lián)作圖分析等手段來鑒定耐鹽基因，并取得了較大進展。眾多耐鹽基因/QTL的定位和克隆推動了水稻耐鹽性分子輔助選擇育種工作的快速進行，現(xiàn)已有一批耐鹽品種育成并推廣應(yīng)用。本文從這些方面出發(fā)，就國內(nèi)外開展的水稻耐鹽基因定位、克隆以及育種應(yīng)用研究進行綜述和展望。

1 水稻耐鹽QTL分析

1.1耐鹽QTL定位群體

用于QTL分析的作圖群體可以分成永久性群體和臨時性群體兩類。在耐鹽性QTL分析研究中，常用的永久性群體以重組自交系（recombinant inbred lines，RILs）和漸滲系（introgression lines，ILs）為主。重組自交系群體親本組合包括Jiucaiqing×IR26、Tesanai 2×CB、(Nona Bokra× Pokkali)×(IR4630-22-2-5-1-3×IR10167-129-3-4)、IR4630×IR15324、Co39×Moroberekan、Milyang 23×Gihobyeo、H359×Acc 8558、IR29×Pokkali、Yiai 1×Lishuinuo、CSR11×MI48、CSR27× MI48等[3-17]。漸滲系群體親本組合包括IR64×Tarom Molaii、明恢86×ZDZ057、Ilpumbyeo×Moroberekan、蜀恢527×ZDZ057、蜀恢527×特青、明恢86×特青、Lemont×特青、Pokkali×IR29、Teqing×Oryza rufipogon、Ce258×IR75862、ZGX1×IR75862、Tarome-Molaei×Tiqing、Xiushui 09×IR2061、IR64×Binam、Nipponbare×Kasalath等[18-28]。此外，還有IR64× Azucena和Zhaiyeqing 8×Jingxi 17兩個組合的加倍單倍體（doubled haploid，DH）群體[29-31]。利用永久性群體進行耐鹽QTL定位，可在多年多點進行表型分析，鑒定獲得穩(wěn)定表達、不受生長環(huán)境影響的耐鹽QTL，有利于后期相關(guān)QTL的圖位克隆和分子育種應(yīng)用。但是，在目前的研究中，所使用的大部分永久性群體構(gòu)建的主要目的不是為了進行耐鹽性分析，親本中缺乏特別耐鹽或感鹽的品種，且親本間耐鹽性差異較小，不利于鑒定到主效耐鹽位點。僅有少數(shù)群體是以優(yōu)異耐鹽品種為親本來構(gòu)建的，主要用于耐鹽性研究，如由Jiucaiqing×IR26、(Nona Bokra×Pokkali)×(IR4630-22-2-5-1-3× IR10167-129-3-4)、IR29×Pokkali、Pokkali×IR29、CSR11×MI48、 CSR27×MI48等組合構(gòu)建的重組自交系或漸滲系群體[3-5, 7, 13, 16, 17, 23]。

水稻耐鹽種質(zhì)資源的耐鹽QTL定位工作，主要是利用臨時性群體來進行的。這些群體主要為F2和F3群體，另有少量的F4、BC1F1、BC1F2：3、BC2F2：3群體。相關(guān)定位群體的親本組合包括:Gharib× Sepidroud、Nona Bokra×Koshihikari、Tarommahali× Khazar、Pokkali×Shaheen Basmati、BRRI Dhan40× IR61920-3B-22-2-1、Dongnong 425× Changbai 10、Jiucaiqing× IR26、Sadri×FL478、NERICA-L-19× Hasawi、Sahel 108×Hasawi、BG90-2× Hasawi、IR36× Pokkali、CSR27×MI48、Cheriviruppu×Pusa Basmati 1、Peta× Pokkali等，主要用于對Gharib、Nona Bokra、Tarommahali、Pokkali、Jiucaiqing、FL478、Hasawi 、IR61920-3B-22-2-1、Cheriviruppu、Changbai10、CSR27等優(yōu)異水稻耐鹽材料的耐鹽QTL分析[32-49]。

有些研究同時利用兩個或多個群體來進行耐鹽QTL分析。Tiwari等[16]對CSR11×MI48和CSR27×MI48兩個RIL群體的耐鹽QTL進行了鑒定；Cheng等[25]和楊靜等[21]分別利用Xiushui09×IR2061和Lemont×特青組合的雙向?qū)胂颠M行了耐鹽QTL的定位和比較；錢益亮等[20]對蜀恢527×ZDZ057、明恢86×ZDZ057、蜀恢527×特青、明恢86×特青4個產(chǎn)量選擇導(dǎo)入系的耐鹽QTL進行了分析；Sun等[42]同時利用Dongnong 425×Changbai 10組合的F3和BC1F2：3群體分析了控制水稻根中離子含量的動態(tài)QTL；Bimpong等[44]利用NERICA-L-19×Hasawi、Sahel 108×Hasawi和BG90-2×Hasawi 3個F2群體，來鑒定Hasawi中的耐鹽QTL。結(jié)合多個定位群體來進行QTL分析和比較，更有利于尋找到能夠穩(wěn)定表達、受遺傳背景影響較小的耐鹽位點，應(yīng)用于分子輔助選擇育種。

1.2耐鹽鑒定時期和鑒定方法

眾多研究表明，水稻對鹽脅迫的耐性在不同生長發(fā)育時期有所不同。其中，幼苗期和生殖生長期是兩個鹽敏感時期，而種子萌發(fā)期和營養(yǎng)生長期植株耐鹽性相對較強[50]。因此，大多數(shù)研究是針對水稻幼苗期和生殖生長期耐鹽性來進行QTL分析的。

在已報道的水稻耐鹽性QTL分析研究中，一半以上是以幼苗期耐鹽性為研究目標的。在不同研究中，幼苗期耐鹽性鑒定的方法相對較為統(tǒng)一，一般采用水培方式培養(yǎng)水稻幼苗，于3葉期前后進行耐鹽處理[4-14, 18-26, 28, 30, 33-36, 38, 39, 41, 49]。水稻生殖生長期耐鹽性鑒定一般是在人工鹽池中進行的，少量研究采用土培澆灌鹽水的方式進行鹽處理[16,17,31,37,43-49]。鹽處理開始的時期和鹽處理時間的長短在不同研究中有所不同。大多數(shù)研究是將苗期或分蘗期的水稻植株移栽至鹽池，生長至成熟期，進行農(nóng)藝性狀和耐鹽生理指標測定[16, 17, 31, 37, 43-46, 48]。也有研究者僅對孕穗或開花期的水稻植株進行短期鹽處理（1周或20 d），即取樣進行耐鹽性指標測定[47,49]。

另有一些研究對營養(yǎng)生長期的水稻植株進行了耐鹽性鑒定，通常是將苗期或分蘗期的水稻植株進行鹽處理30～90 d不等[15,17,27,28,40,42,48,49]。水稻種子萌發(fā)期耐鹽QTL分析研究相對較少，一般采用常規(guī)培養(yǎng)皿發(fā)芽法，添加鹽溶液進行處理[3,29,32]。

此外，還有一些研究同時對兩個或多個生長發(fā)育時期的耐鹽性進行了QTL分析，顧興友等[48]和Pandit等[17]鑒定了水稻營養(yǎng)生長期和生殖生長期的耐鹽性；Zang等[28]鑒定了水稻幼苗期和營養(yǎng)生長期的耐鹽性；Ammar等[49]同時分析了水稻幼苗期、營養(yǎng)生長期和生殖生長期的耐鹽QTL。這些研究為鑒定同時控制水稻多個生長發(fā)育時期耐鹽性的基因奠定了基礎(chǔ)。

為了分析植株本身發(fā)育差異對耐鹽性的影響，一些研究在試驗中設(shè)置了對照組，同時對鹽處理和對照環(huán)境下的定位群體的耐鹽性進行了鑒定[3,4,16,19, 22, 27-29, 31, 42, 44-46, 48]。這些研究主要利用的是各株系在遺傳上純合的永久性群體，也有研究利用的是F2群體，采取的是剝分蘗方式，不同分蘗用于不同處理試驗。

1.3耐鹽評價指標

水稻耐鹽性是一個復(fù)雜的綜合性狀，其評價指標多種多樣，不同生長發(fā)育時期耐鹽性的評價指標也有所不同。在水稻耐鹽QTL分析研究中，幼苗期耐鹽評價指標大致可以分成形態(tài)、生長和生理指標三大類。形態(tài)指標分析主要是通過觀察鹽脅迫后水稻植株葉尖、葉片、分蘗及整個植株的生長受抑和死亡程度等來評價幼苗的鹽害級別(score of salt toxicity of leaves, SST)，并調(diào)查幼苗在鹽脅迫后的存活天數(shù)（SDS）[4-6, 9-11, 13, 14, 18-23, 25, 26, 28, 30, 33, 34, 36, 38,39,41,49]。大多數(shù)研究參照國際水稻所（IRRI）提出的水稻標準評價系統(tǒng)（standard evaluation system，SES）來評價每個株系幼苗的鹽害級別，其中，部分研究根據(jù)實驗材料和實驗設(shè)計將評價標準略做修改[4, 10, 11, 13, 18, 20, 21, 23, 25, 26, 28, 33, 36, 38, 39, 41, 49, 51]。常用來進行幼苗期耐鹽性評價的生長指標主要包括苗高、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量等[5, 8, 9, 13, 19, 22, 33, 35, 36, 38]。評價水稻耐鹽性的生理參數(shù)相對較多，其中用于QTL分析的主要是和植株離子含量相關(guān)的指標，主要包括地上部Na+含量（SNC）、地上部K+含量（SKC）、地上部Na+/K+（SNKR）、地下部Na+含量（RNC）、地下部K+含量（SKC）、地下部Na+/K+(RNKR）等[4,5,7-9,12,13,18, 21, 24-26, 28, 33-36, 38, 41]。個別研究也對鹽脅迫后幼苗葉片的葉綠素含量進行了QTL分析[13,33,35]。

水稻種子萌發(fā)期耐鹽性的評價指標主要有發(fā)芽率和發(fā)芽勢，有些研究會進一步對萌發(fā)后的幼苗的胚芽和胚根的生長量進行分析[3,29,32]。水稻營養(yǎng)生長期的耐鹽性評價指標主要是植株生長和生理指標，多數(shù)研究分析了植株地上部的生長量和離子含量，而對根部性狀研究較少[15, 17, 27, 28, 40, 42, 48, 49]。水稻生殖生長期的耐鹽性評價主要是考查水稻與產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀，如抽穗期、株高、分蘗數(shù)、每株穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重、單株產(chǎn)量等[16, 17, 31, 37, 43, 44, 46-48]。也有一些研究對鹽處理后的水稻葉片（旗葉或所有葉）或秸稈中的Na+、K+、Ca2+、Cl－等離子進行了含量測定，并作為生殖生長期耐鹽性評價指標[17, 43, 45, 49]。

在一些設(shè)置了對照組的研究中，除了使用各評價指標的絕對值進行對照和處理組各耐鹽相關(guān)性狀進行QTL分析比較外，還常以各耐鹽性狀的相對值（脅迫組數(shù)值/對照組數(shù)值）或下降率[(對照組-脅迫組)/對照組]作為指標，這樣有利于減少植株本身發(fā)育差異對表型鑒定的影響[16, 19, 22, 29, 42, 45, 46, 48]。

1.4耐鹽QTL

在統(tǒng)計的47個水稻耐鹽QTL分析研究中，共檢測到964個耐鹽相關(guān)QTL（表1）。其中，幼苗期耐鹽QTL數(shù)目最多，有514個（對），超過總數(shù)的一半；種子萌發(fā)期、營養(yǎng)生長期和生殖生長期的耐鹽QTL數(shù)目分別為31、149和270個。各個生長發(fā)育時期的耐鹽QTL在水稻12條染色體上均有分布。

在有表型貢獻率統(tǒng)計的759個耐鹽QTL（上位性QTL除外）中，單個QTL可提供的表型貢獻率為0.02%～81.56%；表型貢獻率在20%以上的QTL有167個，占總QTL數(shù)目的22.0%（表1）。這些表型貢獻率較大的耐鹽QTL主要集中在以下5個研究中[13,20,35,44,49]。Thomson等[13]檢測到16個表型貢獻率在20%以上的幼苗期耐鹽QTL，其中，有5個QTL的表型貢獻率在50%以上。錢益亮等[20]利用4個作圖群體共檢測到43個控制幼苗SST或SDS的QTL，其中，有12個QTL的表型貢獻率在20%以上。Sabouri等[35]鑒定到32個控制水稻苗期耐鹽性不同生長和生理指標的QTL，其中，有14個QTL的表型貢獻率超過20%。Bimpong等[44]利用3個作圖群體檢測到75個水稻生殖期耐鹽QTL，其中，約有一半的QTL（37個）的表型貢獻率超過20%。Ammar等[49]檢測到25個表型貢獻率在10%以上的控制幼苗期、營養(yǎng)生長期或生殖生長期耐鹽性的QTL，其中，表型貢獻率大于20%的有22個。在以上研究中，檢測到的表型貢獻率在20%以上的耐鹽QTL共有101個。其他研究檢測到的效應(yīng)較大的QTL相對較少，其中，在13個研究中未檢測到表型變異率大于20%的耐鹽QTL[4,6,8,9,17, 19, 23, 25, 26, 29, 38, 40, 41]。

1.5水稻耐鹽QTL的精細定位和圖位克隆

由于檢測到的大多數(shù)水稻耐鹽QTL的表型貢獻率較小，精細定位和克隆難度較大，所以相關(guān)研究一直進展較慢。目前報道的精細定位或圖位克隆的QTL主要有位于水稻第1染色體上的qSKC-1和Saltol兩個位點。

qSKC-1是在耐鹽品種Nona Bokra與鹽敏感品種Koshihikari構(gòu)建的F2群體中檢測到的一個控制地上部K+含量的主效QTL，解釋總表型變異的40.1%[34]。Ren等[52]利用圖位克隆方法，經(jīng)BC2F2群體精細定位和BC3F2群體高精度連鎖分析，將qSKC-1限定在7.4 kb的染色體區(qū)間內(nèi)，并最終將qSKC-1基因分離。該基因編碼一個HKT（High-affinity K+transporter）家族的離子轉(zhuǎn)運蛋白（OsHKT1;5），主要存在于水稻根的木質(zhì)部薄壁細胞中，具有專一性運輸Na+的功能。該轉(zhuǎn)運蛋白可能主動將Na+運出木質(zhì)部，經(jīng)過其他Na+轉(zhuǎn)運體的作用將Na+從韌皮部運回至根部并排出體外，從而降低地上部Na+含量，調(diào)節(jié)地上部K+/Na+平衡，提高水稻耐鹽性[52]。

Gregorio[53]利用AFLP標記對Pokkali/IR29組合的F8重組自交系群體進行耐鹽QTL分析，在水稻第1染色體上檢測到一個同時控制水稻植株Na+、K+含量和Na+/K+的主效QTL，命名為Saltol。在該群體中，Saltol位點的LOD值大于14.5，表型貢獻率為64.3%～80.2%。隨后，Bonilla等[54]利用同一作圖群體，將Saltol定位到SSR標記RM23和RM140之間的染色體區(qū)段，并發(fā)現(xiàn)Saltol位點對Na+、K+含量和Na+/K+的表型貢獻率分別為39.2%、43.9%和43.2%。Niones[55]和Thomson等[13]分別利用以IR29為背景、Pokkali為供體的BC3F4和BC3F5代近等基因系進一步確認了Saltol位點在染色體上的位置。目前，Saltol的精細定位工作尚未取得突破性進展，候選基因還沒有被分離。此外，由于Saltol與qSKC-1在染色體上的位置十分相近，兩者又均負責(zé)調(diào)控鹽脅迫下水稻植株的K+/Na+平衡，Thomson等[13]推測Saltol與 qSKC-1可能編碼同一基因（OsHKT1;5），但尚未得到證實。

2 水稻耐鹽/鹽敏感突變體的篩選和耐鹽基因克隆

2.1水稻耐鹽/鹽敏感突變體的篩選

為了挖掘水稻耐鹽新基因，一些研究者開展了大規(guī)模的水稻耐鹽/鹽敏感突變體篩選工作。陳受宜等[56]從粳稻品系77-170經(jīng)EMS誘變的后代中篩選到多個耐鹽突變系（包括M-20株系），這些突變系在含鹽0.5%的土壤中能抽穗結(jié)實，而其野生型則基本不能抽穗結(jié)實。Lee等[57]從鈷60γ射線誘變的水稻品種Dongjinbyeo后代中篩選到2個耐鹽株系和1個鹽敏感株系。兩個耐鹽株系在海邊鹽漬土生長條件下，與野生型相比，株高、穗長、分蘗數(shù)、小穗數(shù)和產(chǎn)量均有所提高。Huang等[58]從9000多個EMS誘變的粳稻品種中花11號M2株系中篩選到10余個耐鹽突變體株系，其中一個株系（dst）的耐旱性和耐鹽性均顯著提高。Nakhoda等[59]經(jīng)過多輪多代篩選，從約5000份由雙環(huán)氧丁烷、快中子和γ射線誘變的秈稻品種IR64的后代中，鑒定到多個耐鹽性發(fā)生改變的株系，包括耐鹽突變體167-1-3和鹽敏感突變體S-730-1。Ashokkumar等[60]從EMS誘變的耐旱品種Nagina 22的M2株系中鑒定到3個耐鹽突變體（N22-SPS-5、N22-334-3、N22-293-1），其中N22-334-3的耐鹽性極強，在250 mmol/L的NaCl脅迫下仍然能夠萌發(fā)。Lin等[61]從460個疊氮化鈉誘變的Tainung 67 M10代株系中篩選到8個鹽敏感突變體，并對其中一個鹽超敏感突變體（shs1）進行了生理和生化分析。Ogawa等[62]和Toda等[63]以鹽脅迫下根的生長受抑情況為指標，從日本晴Tos17突變體庫約2500個株系中篩選到兩個鹽敏感突變體rss1和rss3。汪斌等[64]在秈稻品種R401輻射誘變的M2群體中篩選到一個苗期耐鹽突變體sst。Takagi等[65]篩選了6000份EMS誘變的粳稻品種Hitomebore的M4株系，鑒定到一個耐鹽突變體hst1。

近些年，我們對1萬余份EMS和鈷60γ射線誘變的粳稻品種日本晴M2代株系進行了幼苗期耐鹽性篩選，從中鑒定到耐鹽/鹽敏感突變體10余份，已經(jīng)報道的有rss2、rss4和rst1[66-68]。rss2和rss4均為鹽敏感突變體，但在鹽脅迫下的表型和生理特征有所不同。rss2在種子萌發(fā)期、幼苗期和孕穗期均表現(xiàn)對鹽脅迫敏感。鹽脅迫下，與其野生型相比，rss2幼苗地上部Na+含量顯著升高、根中K+含量顯著降低。rss4幼苗在鹽脅迫下生長明顯受抑，地上部和根中積累較多的Na+，其中地上部的Na+主要積累在老葉中。rst1為一個耐鹽突變體。鹽脅迫下，rst1幼苗地上部生物量和葉綠素含量顯著高于野生型，脂質(zhì)過氧化水平和電解質(zhì)滲透率顯著低于野生型，幼苗死亡率顯著低于野生型。rst1突變體耐鹽性提高可能主要歸因于其限制植株地上部Na+積累的能力顯著加強。

通過這些研究，目前報道的水稻耐鹽/鹽敏感突變體已接近20個，為耐鹽新基因的定位和克隆奠定了基礎(chǔ)。但是，除rss1和rss3外，其余突變體均是通過傳統(tǒng)的物理或化學(xué)誘變得來的，要想克隆相關(guān)突變基因，需要經(jīng)過復(fù)雜的基因定位和精細定位工作，難度較大。篩選鑒定利用T-DNA、轉(zhuǎn)座子（Ac/Ds）和逆轉(zhuǎn)座子（Tos17） 等插入元件構(gòu)建的水稻插入突變體，可以大大節(jié)省后期的突變基因分離時間，但目前利用水稻插入突變體庫進行耐鹽性篩選還較少見，今后應(yīng)該加強研究。

2.2水稻耐鹽/鹽敏感突變基因的定位和克隆

一些研究僅對篩選到的耐鹽/鹽敏感突變體進行了初步定位分析。陳受宜等[56]、Zhang等[69]和丁海媛等[70]將粳稻77-170的耐鹽突變體M20的耐鹽主效基因定位在第7染色體上。Lee等[57]鑒定到2個在耐鹽突變株系（18-1和50-1）和鹽敏感突變體株系（25-1）間存在多態(tài)性的RAPD標記。Ghaffari等[71]利用比較蛋白組學(xué)分析手段，鑒定到34個在耐鹽突變體167-1-3、感鹽突變體S-730-1及其野生型IR64的地上部間存在差異表達的鹽脅迫響應(yīng)蛋白。

另有一些較為深入的研究對耐鹽/鹽敏感突變體開展了精細定位和克隆工作。Lan等[72]將幼苗耐鹽突變體基因SST精細定位到水稻第6染色體BAC克隆B1047G05上的17 kb區(qū)間內(nèi)，在此區(qū)間僅存在一個預(yù)測基因，編碼OsSPL10（SQUAMOSA promoter-binding-like protein 10)蛋白，可能為SST的候選基因。與野生型相比，sst突變體中該基因ORF第232位堿基發(fā)生了缺失，造成移碼突變，導(dǎo)致蛋白翻譯提前終止。Huang等[58]將控制dst突變體耐鹽性的突變體位點定位到水稻第3染色體分子標記H2423和H2437之間14 kb的染色體區(qū)間，分離到一個控制水稻耐鹽性的新型鋅指轉(zhuǎn)錄因子DST。DST具有轉(zhuǎn)錄激活活性，可以與活性氧動態(tài)平衡相關(guān)基因啟動子上的DBS元件直接結(jié)合，調(diào)節(jié)這些基因的表達，影響活性氧的積累，從而調(diào)節(jié)氣孔開度，影響水稻的耐旱和耐鹽性。Ogawa等[62]和Toda等[63]分別利用鹽敏感突變體rss1和rss3克隆到耐鹽相關(guān)基因RSS1和RSS3。RSS1參與細胞周期的調(diào)控，是維持鹽脅迫下分生細胞活性和活力的一個重要因子；RSS3調(diào)控茉莉酸響應(yīng)基因的表達，在鹽脅迫環(huán)境下維持根細胞以適宜速率伸長方面起到重要作用。Takagi等[65]利用新興的MutMap基因定位技術(shù)，快速鑒定到控制hst1突變體耐鹽性增強的基因位點（OsRR22），該基因編碼一個B型響應(yīng)調(diào)節(jié)子蛋白。這些研究利用水稻耐鹽/鹽敏感突變體，順利克隆到了多個耐鹽重要基因，充分表明利用突變體來分離水稻耐鹽相關(guān)基因是一條可行途徑。隨著MutMap技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，相關(guān)研究工作會更高效。

我們以植株地上部Na+含量為耐鹽評價指標，對鑒定到的耐鹽/鹽敏感突變體rst1、rss2和rss4分別進行了遺傳分析和基因定位研究[66-68]。利用突變體與日本晴野生型構(gòu)建的F2群體進行的遺傳分析表明，rss2、rss4和rst1的耐鹽性變化均由單個基因發(fā)生隱性突變導(dǎo)致。在rss2基因定位研究中，我們構(gòu)建了rss2/窄葉青8號F2作圖群體。該群體地上部Na+含量呈連續(xù)分布，表明親本間的地上部Na+含量差異由多個基因控制。因此，我們利用全基因組QTL掃描策略來尋找感鹽突變體基因，在第1和第6染色體上檢測到2個控制地上部Na+含量的QTL（qSNC-1和qSNC-6），這兩個QTL分別解釋表型變異的14.5%和53.3%，增效等位基因均來源于rss2。為了確定哪一個QTL是導(dǎo)致rss2耐鹽性降低的突變位點，我們利用日本晴/窄葉青8號F2群體，構(gòu)建了第1和第6染色體的遺傳圖譜，并進行了QTL分析和比較。結(jié)果表明，在該群體中，qSNC-1被檢測到，而qSNC-6未能檢測到。由于qSNC-1在兩個定位群體中均能夠被檢測到，表明該位點的等位基因差異可能在日本晴和窄葉青8號中本來就存在，而不是由于基因突變所導(dǎo)致。由此，我們將僅在rss2/窄葉青8號群體中檢測到的qSNC-6確定為目的耐鹽突變基因。我們進一步利用更大的rss2/窄葉青8號作圖群體對rss2候選位點進行了驗證，并利用隱性極端個體將其精細定位到605.3 kb（21 961 962 - 22 566 880 bp）范圍內(nèi)。利用相似的研究方法，我們分別對rss4和rst1突變體中的鹽敏感/耐鹽突變基因進行了精細定位。rss4位于第6染色體上28 475 807 bp和28 706 291 bp之間的230.5 kb區(qū)段內(nèi)，rst1基因位于同一染色體上29 432 299 bp和 29 702 745 bp之間270.4 kb的區(qū)段上[66-68]。

目前，rss2、rss4和rst1的基因定位工作已基本完成，分離到的候選基因正在進行相應(yīng)的功能互補驗證和作用機制分析研究（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。通過這些研究，我們不僅鑒定到3個控制水稻耐鹽性的新位點，還發(fā)現(xiàn)地上部Na+含量可以作為評價水稻耐鹽性的可靠指標，利用此生理參數(shù)進行耐鹽QTL分析，有望發(fā)現(xiàn)耐鹽主效QTL，為耐鹽關(guān)鍵基因克隆和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[68]。

3 水稻耐鹽性關(guān)聯(lián)分析

傳統(tǒng)的QTL定位通常是利用各類標記對由雙親雜交F1衍生的后代分離群體進行連鎖分析。利用這種連鎖分析方法進行QTL檢測，需要構(gòu)建作圖群體，周期較長，而且作圖精度有限，可檢測的等位基因數(shù)量也少?；谶B鎖不平衡的關(guān)聯(lián)分析可以很好地克服這些局限性，被越來越廣泛地應(yīng)用于解析植物的各類數(shù)量性狀[73]。近年來，關(guān)聯(lián)分析也逐漸被應(yīng)用于水稻耐鹽性的基因鑒定工作，并取得了一些研究進展。

3.1耐鹽候選基因關(guān)聯(lián)分析

為了鑒定歐洲水稻核心種質(zhì)庫（European Rice Corecollection，ERCC）180份粳稻中的耐鹽QTL或候選基因，Ahmadi等[74]利用124個SNP和52個SSR標記對14個耐鹽QTL和65個耐鹽候選基因進行了關(guān)聯(lián)，鑒定到19個與一個或多個鹽脅迫響應(yīng)性狀顯著關(guān)聯(lián)的基因位點。Negr?o等[75]以392份水稻種質(zhì)資源為研究對象，利用EcoTILLING技術(shù)檢測了這些材料中與Na+/K+平衡、信號級聯(lián)和脅迫保護等相關(guān)的5個耐鹽候選基因（OsCPK17、OsRMC、OsNHX1、OsHKT1;5和SalT）的等位基因多態(tài)性，在這些基因的編碼序列中檢測到40個新的等位基因，并通過關(guān)聯(lián)分析鑒定到11個與水稻耐鹽性相關(guān)的SNP。

通過關(guān)聯(lián)分析，不僅鑒定到與水稻耐鹽性相關(guān)的QTL、候選基因或等位基因，還發(fā)現(xiàn)不同基因型水稻具有不同的耐鹽機制，但沒有任何一個水稻材料在所有耐鹽基因位點均攜帶有利等位基因[74,75]。

3.2耐鹽性SSR關(guān)聯(lián)分析

近期，有兩個研究分別利用SSR標記對300余份水稻資源進行了苗期和全生育期耐鹽性關(guān)聯(lián)分析。Zheng等[76]以幼苗存活天數(shù)（SDS）和地上部K+/Na+為評價指標，鑒定了341份粳稻的幼苗期耐鹽性，并利用160對SSR標記進行了耐鹽性關(guān)聯(lián)分析。該研究檢測到10個與耐鹽性顯著關(guān)聯(lián)的SSR標記，其中，有9個標記與已報道的水稻耐鹽相關(guān)QTL在染色體上的位置接近，有4個標記與已知的耐鹽相關(guān)基因（OsEREBP1、OsABF2、HKT1;5、OsAHP1）位置一致。Cui等[77]將347份粳稻種植于沿海灘涂，考查了抽穗期、株高、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、小穗育性、千粒重等農(nóng)藝性狀，并以這些性狀的鹽脅迫指數(shù)為評價指標，利用148個SSR標記進行耐鹽性關(guān)聯(lián)分析。該研究鑒定到25個與水稻耐鹽性連鎖的SSR標記，這些標記分別位于除第5和6之外的其余10條染色體上，各位點解釋表型變異率為4.58%～31.65%。在這些位點中，有10個標記與以前報道過的耐鹽QTL在染色體上的位置一致或接近。

3.3耐鹽性全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study, GWAS)

Kumar等[78]利用GWAS技術(shù)來鑒定水稻耐鹽性基因位點。該研究利用包含6000個SNP的芯片分析了220份水稻材料的基因型，對與生殖生長期耐鹽性相關(guān)的12個農(nóng)藝性狀及葉的Na+和K+積累進行了關(guān)聯(lián)分析。鑒定到20個與葉Na+/K+顯著相關(guān)的SNP（基因位點），以及44個與其他耐鹽性狀相關(guān)的SNP（基因位點），這些基因位點分別解釋表型變異的5%～18%。在鑒定到的與Na+/K+顯著相關(guān)的SNP中，有12個SNP位于第1染色體上，與以前多次報道Saltol位置一致，推測Saltol可能同時控制水稻幼苗期和生殖期的耐鹽性；其余8個SNP分別位于水稻第4、6和7染色體上，在相應(yīng)區(qū)段可能存在新的控制Na+/K+的QTL位點。在鑒定到的與農(nóng)藝性狀連鎖的SNP中，也有多個與以前報道過的耐鹽QTL或基因位置一致。如:位于第8染色體上，與小穗育性脅迫敏感指數(shù)連鎖的一個SNP（chr8： 5109310），與Pandit等[17]和Islam等[39]檢測到的分別控制小穗育性脅迫敏感指數(shù)、秸稈Na+含量和鹽害級別的QTL（qSSISFH8.1、qNaSH8.1、SalTol8.1）位置相近；在第1染色體上，與實粒數(shù)連鎖的一個SNP（40514883），位于水稻幼苗期干旱、鹽和冷耐性調(diào)控基因OsNAC6/SNAC2附近[78]。

目前，水稻耐鹽性關(guān)聯(lián)分析研究還相對較少，尤其是基于全基因組重測序的GWAS在水稻耐鹽性研究中的應(yīng)用還剛剛起步。隨著近期3000份水稻核心種質(zhì)重測序項目的完成，以及其他越來越多的水稻品種重測序工作的開展，水稻耐鹽性GWAS研究也會得到迅速發(fā)展[79]。

4 水稻耐鹽性MAS育種

世界范圍內(nèi)的水稻耐鹽品種培育已有70多年的歷史，傳統(tǒng)育種方法，如地方品種的引進和選擇、系譜法、改良混合系譜法、誘變和穿梭育種等方法在印度、菲律賓等地區(qū)大量開展，培育出了CSR1、CSR10、CSR27、IR2151、Pobbeli、PSBRc 84、PSBRc 48、PSBRc 50、PSBRc 86、PSBRc 88和NSIC 106等耐鹽水稻品種[80,81]。但是，總體上，水稻耐鹽品種選育成功率較低，進展緩慢。其可能原因主要有:缺乏對耐鹽性復(fù)雜遺傳基礎(chǔ)的了解，缺乏足夠的抗性資源，鹽害地區(qū)具有復(fù)雜性和多樣性，缺乏精確可靠的篩選技術(shù)，缺乏足夠的研究經(jīng)費支持[80,81]。

隨著分子標記技術(shù)的快速發(fā)展，MAS技術(shù)在作物育種過程中得到廣泛引用，為加速水稻耐鹽遺傳改良提供了新途徑。MAS可以在早代對目標性狀進行準確選擇，加速育種進程；可以同時聚合多個有利基因，提高育種效率；還可以顯著減輕回交育種進程中普遍存在的連鎖累贅現(xiàn)象，利于優(yōu)良基因的有效導(dǎo)入[80]。在耐鹽、耐旱和抗病等抗逆性育種中，表型鑒定較為困難，而且早代表型鑒定可能會導(dǎo)致一些植株死亡或種子絕收，喪失許多綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)異的個體。利用MAS技術(shù)進行抗逆性育種，可以在早代對目標QTL或基因進行前景選擇，延遲對目標性狀的表型鑒定，有利于在育種初期積累較大的育種群體，加速優(yōu)良品種的選育進程[80]。

MAS的有效性和可靠程度取決于目標性狀基因座位與標記座位之間的重組率，與目標QTL緊密連鎖的分子標記的鑒定是MAS順利實施的前提條件。眾多水稻耐鹽QTL和連鎖標記的鑒定為利用MAS技術(shù)培育水稻耐鹽品種奠定了基礎(chǔ)，但是，由于大多數(shù)QTL尚未被精細定位，缺乏緊密連鎖的分子標記，很難被應(yīng)用于MAS育種實踐。目前，在MAS育種中被廣泛應(yīng)用的水稻耐鹽QTL主要是位于第1染色體上的Saltol，另有位于第8染色體上的兩個耐鹽QTL正逐漸受到關(guān)注。

4.1Saltol的MAS育種

在印度、菲律賓、泰國、越南、孟加拉國和塞內(nèi)加爾等眾多水稻種植國家，均有開展Saltol的MAS育種工作[80,82]。相關(guān)工作大多是采用標記輔助回交（marker assisted backcrossing, MABC）技術(shù)完成的，其過程大致如下:將Saltol供體親本與受體親本雜交；進行3次回交，在每個回交世代，利用Saltol緊密連鎖標記進行前景選擇，利用其他標記進行背景選擇；最后，篩選出Saltol供體等位基因被固定且耐鹽性增強的重組個體。在這些MABC育種實踐中，常會結(jié)合表型選擇，加速背景恢復(fù)；還常用逐步轉(zhuǎn)育、同時轉(zhuǎn)育、同時逐步轉(zhuǎn)育的方法進行QTL聚合。

在印度，Singh等[83]和Babu等[84]以Saltol緊密連鎖標記RM8094、RM3412和RM493為前景選擇標記，利用MABC技術(shù)，將供體親本FL478(來源于Pokkali/IR29雜交組合的一個重組自交系)中的Saltol轉(zhuǎn)育到輪回親本Pusa Basmati 1121和Pusa Basmati 6中；之后，多個育種單位又繼續(xù)以 FL478為供體親本，陸續(xù)將Saltol轉(zhuǎn)育到其他一些水稻品種中，如ADT 45、CR 1009、Sarjoo 52、Pusa 44、PR114、Gayatri、Savithri、MTU 1010、White Ponni和ADT45等[80,85]。在越南，Linh等[86]利用MABC法，將供體親本FL478中的Saltol轉(zhuǎn)育到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻品種BT7中。在菲律賓，IRRI與STRASA(Stress-Tolerant Rice for Africa and South Asia)合作，將Saltol轉(zhuǎn)育到BRRI dhan 28、IR64、BR11和Swarna等品種中[80,87]。在塞內(nèi)加爾，Bimpong等[82]利用MABC法，將FL478中的Saltol轉(zhuǎn)育到主栽品種Rassi中。

各國對Saltol的MAS育種大大推動了水稻耐鹽新品種的培育。目前，利用MAS培育的一些Saltol的漸滲系如BR11-SalTol和BRRI dhan28-SalTol已經(jīng)在菲律賓、孟加拉國、印度和越南受鹽害影響的海濱地區(qū)進行了田間試驗[82,88]。IRRI培育出的攜帶Saltol的耐鹽水稻品種IR63307-4B-4-3（在孟加拉國改名為BRRI dhan47），在菲律賓和孟加拉國推廣種植[89]。2009年至2013年，IRRI在印度和孟加拉國逐漸推廣了NDRK 5088、BINA dhan 8、BRRI dhan 53、BRRI Ddhan 54、BRRI dhan 55、CSR43、BINA dhan 10、CR dhan 405、CR dhan 406、BRRI dhan 61等10個耐鹽水稻品種[87]。最近，Bimpong等[82]通過4個季節(jié)的田間試驗，鑒定到16個鹽脅迫下產(chǎn)量損失相對較小（3%～26%）的Saltol漸滲系，并將這些材料的種子提交給非洲的水稻育種工作組。已有6個西非國家（岡比亞、幾內(nèi)亞比紹、幾內(nèi)亞、尼日利亞、塞內(nèi)加爾、塞拉利昂）在2014年和2015年雨季，對這些材料進行了田間試驗。根據(jù)育種實踐，Bimpong等[82]還發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)育種相比，MAS育種至少可以將種質(zhì)改良時間縮短4～7年。

4.2其他耐鹽QTL的MAS育種

在水稻耐鹽育種過程中，育種家重點對Saltol進行轉(zhuǎn)育的同時，還關(guān)注到另外一個位于第8染色體上控制水稻幼苗期耐鹽性的QTL，SSR標記RM223與該位點緊密連鎖。Lang等[90,91]將RM223標記廣泛應(yīng)用于水稻耐鹽性MAS育種，培育出了一系列耐鹽水稻品種。其中，一部分優(yōu)異的耐鹽品種如OM4498、OM5629、OM5891和OM4900等已被成功選育，并大面積推廣。

此外，在水稻第8染色體上還存在另外一個耐鹽性相關(guān)QTL—qSSISFH8.1。qSSISFH8.1是Pandit等[17]利用CSR27×MI48雜交組合的RIL群體進行生殖生長期耐鹽QTL定位時，鑒定到的一個控制小穗育性脅迫敏感指數(shù)的QTL。該位點位于水稻第8染色體上SSR標記HvSSR08-25和RM3395之間，表型貢獻率為8.00%，加性效應(yīng)為-0.03，正向效應(yīng)等位基因來源于鹽敏感親本MI48。為了培育在幼苗期和生殖生長時期均表現(xiàn)耐鹽的水稻品種，Singh等[85]在將Saltol不斷轉(zhuǎn)育到眾多水稻品種中的同時，也正加緊進行qSSISFH8.1和Saltol的聚合育種。

5 問題與展望

在目前的水稻耐鹽基因定位和克隆工作中，大多數(shù)研究僅針對某一個生長發(fā)育時期進行耐鹽性評價，尤以幼苗期耐鹽性研究為最多，而將多個生長階段耐鹽性結(jié)合起來比較分析的研究相對較少。由于水稻在不同生長發(fā)育階段的耐鹽能力有所不同，某一生長發(fā)育階段的耐鹽性與其他階段可能不存在明顯的相關(guān)性，其遺傳基礎(chǔ)也可能存在差異。因此，有必要同時對水稻不同生長發(fā)育時期，尤其是幼苗期和生殖生長期的耐鹽性進行QTL分析或關(guān)聯(lián)作圖，以鑒定同時控制多個生長階段耐鹽性的優(yōu)異基因，用于水稻耐鹽品種培育。這項工作可能要從篩選全生育期耐鹽水稻種質(zhì)資源開始，鑒定出在鹽脅迫下能順利完成生命周期，并且產(chǎn)量性狀受影響較小的材料，用于后期的耐鹽基因定位、克隆與育種實踐工作。

盡管人們已經(jīng)鑒定到了數(shù)百個耐鹽相關(guān)QTL，但后續(xù)的基因精細定位和圖位克隆工作進展緩慢。這可能主要是由于多數(shù)定位群體的親本組合中缺乏耐鹽性強的水稻品種，且兩親本間耐鹽性差異較小，導(dǎo)致鑒定到的QTL的表型貢獻率較小，進一步的精細定位容易受到遺傳背景的干擾。另一方面，在大多數(shù)耐鹽性QTL定位研究中，僅進行了單次或單年單點的表型鑒定工作，缺少對QTL穩(wěn)定性的檢測。鑒定到的一些表型貢獻率較大（20%以上）的耐鹽QTL，可能由于遺傳穩(wěn)定性較差，而難以被精細定位和克隆。因此，不僅要選擇強耐鹽水稻品種來進行耐鹽QTL定位，還要通過多次或多年多點試驗來檢測耐鹽QTL的穩(wěn)定性，從中鑒定到遺傳效應(yīng)較大、且能夠穩(wěn)定表達的耐鹽QTL，用于耐鹽基因克隆和耐鹽育種實踐。

利用突變體來分離耐鹽基因已成為水稻耐鹽新基因挖掘的有效途徑之一，有必要加強水稻耐鹽/鹽敏感突變體的篩選鑒定和基因克隆工作。目前，大規(guī)模篩選鑒定水稻耐鹽/鹽敏感突變體的研究還較少，而且專門針對耐鹽性篩選來構(gòu)建飽和突變體庫的研究鮮有報道，已報道的相關(guān)突變體的野生型親本中缺乏耐鹽能力強的水稻品種。今后，在優(yōu)異耐鹽種質(zhì)資源的耐鹽基因挖掘工作中，除了采用傳統(tǒng)的QTL分析方法，還可以結(jié)合突變體構(gòu)建和篩選來進行。此外，隨著關(guān)聯(lián)分析，特別是GWAS技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于植物復(fù)雜性狀的解析，在水稻耐鹽基因挖掘工作中也要重視該方面的研究。

水稻耐鹽基因定位與克隆研究的一個重要目的是為了利用MAS或轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育耐鹽水稻品種。在世界范圍內(nèi)的水稻耐鹽性遺傳改良中，MAS已顯示出巨大的應(yīng)用價值和潛力，越來越受到育種家的青睞。但是，已有工作大多是圍繞Saltol一個耐鹽QTL的轉(zhuǎn)育開展的，這使得育成的品種耐鹽性遺傳基礎(chǔ)單一，難以適應(yīng)不同類型的鹽漬地環(huán)境，大面積推廣受到限制。精細定位更多耐鹽QTL、開發(fā)相關(guān)緊密連鎖分子標記，并同時考慮將控制不同生育期耐鹽性的QTL進行MAS聚合育種，是今后水稻耐鹽遺傳改良工作的重點。另一方面，與菲律賓、印度等國家相比，中國的水稻耐鹽性遺傳改良工作還比較落后，尤其是耐鹽性MAS育種工作才剛剛起步。最近啟動的國家科技支撐計劃“耐鹽水稻新品種選育及配套栽培技術(shù)研究”項目，可能會加速該方面研究的進行。

[1] Chinnusamy V, Jagendorf A, Zhu J K. Understanding and improving salt tolerance in plants. Crop Sci, 2005, 45(2)：437-448.

[2] Deinlein U, Stephan A B, Horie T, Luo W, Xu G, Schroeder J I. Plant salt-tolerance mechanisms. Trends Plant Sci, 2014, 19(6)： 371-379.

[3] Wang Z, Wang J, Bao Y, Wu Y, Zhang H. Quantitative trait loci controlling rice seed germination under salt stress. Euphytica, 2011, 178(3)： 297-307.

[4] Wang Z, Chen Z, Cheng J, Lai Y, Wang J, Bao Y, Huang J, Zhang H. QTL analysis of Na+and K+concentrations in roots and shoots under different levels of NaCl stress in rice (Oryza sativa L.). PloS ONE, 2012, 7(12)： e51202.

[5] Wang Z, Cheng J, Chen Z, Huang J, Bao Y, Wang J, Zhang H. Identification of QTLs with main, epistatic andQTL × environment interaction effects for salt tolerance in rice seedlings under different salinity conditions. Theor Appl Genet, 2012, 125(4)： 807-815.

[6] Lin H, Yanagihara S, Zhuang J, Senboku T, Zheng K, Yashima S. Identification of QTL for salt tolerance in rice via molecular markers. Chin J Rice Sci, 1998, 12(2)：72-78.

[7] Flowers T J, Koyama M L, Flowers S A, Sudhakar C, Singh K P, Yeo A R. QTL： Their place in engineering tolerance of rice to salinity. J Exp Bot, 2000, 51(342)：99-106.

[8] Koyama M L, Levesley A, Koebner R M, Flowers T J, Yeo A R. Quantitative trait loci for component physiological traits determining salt tolerance in rice. Plant Physiol, 2001, 125(1)： 406-422.

[9] Masood M S, Seiji Y, Shinwari Z K, Shinwari Z K, Anwar R. Mapping quantitative trait loci (QTLs) for salt tolerance in rice (Oryza sativa) using RFLPs. Pak J Bot, 2004, 36(4)：825-834.

[10] Lee S Y, Ahn J H, Cha Y S, Yun D W, Lee M C, Ko J C, Lee K S, Eun M Y. Mapping of quantitative trait loci for salt tolerance at the seedling stage in rice. Mol Cells, 2006, 21(2)： 192-196.

[11] Lee S Y, Ahn J H, Cha Y S, Yun D W, Lee M C, Ko J C, Lee K S, Eun M Y. Mapping QTLs related to salinity tolerance of rice at the young seedling stage. Plant Breeding, 2007, 126(1)： 43-46.

[12] 汪斌, 蘭濤, 吳為人. 鹽脅迫下水稻苗期Na+含量的QTL定位. 中國水稻科學(xué), 2007, 21(6)： 585-590. Wang B, Lan T, Wu W. Mapping of QTLs for Na+content in rice seedlings under salt stress. Chin J Rice Sci, 2007, 21(6)： 585-590 (in Chinese with English abstract).

[13] Thomson M J, de Ocampo M, Egdane J, Rahman M A, Sajise A G, Adorada D L, Tumimbang-Raiz E, Blumwald E, Seraj Z I, Singh R K, Gregorio G B, Ismail A M. Characterizing the Saltol quantitative trait locus for salinity tolerance in rice. Rice, 2010, 3(2)： 148-160.

[14] Liang J, Qu Y, Yang C, Ma X, Cao G, Zhao Z, Zhang S, Zhang T, Han L. Identification of QTLs associated with salt or alkaline tolerance at the seedling stage in rice under salt or alkaline stress. Euphytica, 2015, 201(3)： 441-452.

[15] Haq T U, Gorham J, Akhtar J, Akhtar N, Steele K A. Dynamic quantitative trait loci for salt stress components on chromosome 1 of rice. Funct Plant Biol, 2010, 37(7)：634-645.

[16] Tiwari S, Sl K, Kumar V, Singh B, Rao A R, Mithra Sv A, Rai V, Singh A K, Singh N K. Mapping QTLs for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.) by bulked segregant analysis of recombinant inbred lines using 50K SNP chip. PloS ONE, 2016, 11(4)： e0153610.

[17] Pandit A, Rai V, Bal S, Kumar V, Chauhan M, Gautam R K, Singh R, Sharma P C, Singh A K, Gaikwad K, Sharma T R, Mohapatra T, Singh N K. Combining QTL mapping and transcriptome profiling of bulked RILs for identification of functional polymorphism for salt tolerance genes in rice (Oryza sativa L.). Mol Genet Genom, 2010, 284(2)： 121-136.

[18] 孫勇, 藏金萍, 王韻, 朱苓華, Mohammadhosein F, 徐建龍, 黎志康等. 利用回交導(dǎo)入系群體發(fā)掘水稻種質(zhì)資源中的有利耐鹽QTL. 作物學(xué)報, 2007, 33(10)：1611-1617.

Sun Y, Zang J, Wang Y, Zhu L, Mohammadhosein F, Xu J, Li Z. Mining favorable salt-tolerant QTL from rice germplasm using a backcrossing introgression line population. Acta Agron Sin, 2007, 33(10)： 1611-1617 (in Chinese with English abstract).

[19] Kim D M, Ju H G, Kwon T R, Oh C S, Ahn S N. Mapping QTLs for salt tolerance in an introgression line population between japonica cultivars in rice. J Crop Sci Biotech, 2009, 12(3)： 121-128.

[20] 錢益亮, 王輝, 陳滿元, 張力科, 陳冰嬬, 崔金騰, 劉海燕, 朱苓華, 石英堯, 高用明, 黎志康. 利用BC2F3產(chǎn)量選擇導(dǎo)入系定位水稻耐鹽QTL. 分子植物育種, 2009, 7(2)： 224-232.

Qian Y, Wang H, Chen M, Zhang L, Chen B, Cui J, Liu H, Zhu L, Shi Y, Gao Y, Li Z. Detection of salt-tolerant QTL using BC2F3yield selected introgression lines of rice (Oryza sativa L.). Mol Plant Breed, 2009, 7(2)： 224-232. (in Chinese with English abstract)

[21] 楊靜, 孫勇, 程立銳, 周政, 王韻, 朱苓華, 蒼晶, 徐建龍, 黎志康. 利用雙向?qū)胂等后w檢測遺傳背景對耐鹽QTL定位的影響. 作物學(xué)報, 2009, 35(6)： 974-982.

Yang J, Sun Y, Cheng L, Zhou Z, Wang Y, Zhu L, Cang J, Xu J, Li Z. Genetic background effect on QTL mapping for salt tolerance revealed by a set of reciprocal introgression line populations in rice. Acta Agron Sin, 2009, 35(6)： 974-982 (in Chinese with English abstract).

[22] Tian L, Tan L, Liu F, Cai H, Sun C. Identification of quantitative trait loci associated with salt tolerance at seedling stage from Oryza rufipogon. J Genet Genom, 2011, 38(12)： 593-601.

[23] Alam R, Sazzadur Rahman M, Seraj Z I, Thomson M J, Ismail A M, Tumimbang-Raiz E, Gregorio G B. Investigation of seedling-stage salinity tolerance QTLs using backcross lines derived from Oryza sativa L. Pokkali. Plant Breeding, 2011, 130(4)： 430-437.

[24] Ahmadi J, Fotokian M H. Identification and mapping of quantitative trait loci associated with salinity tolerance in rice (Oryza Sativa) using SSR markers. Iran J Biotechnol, 2011, 9(1)： 21-30.

[25] Cheng L, Wang Y, Meng L, Hu X, Cui Y, Sun Y, Zhu L, Ali J, Xu J, Li Z. Identification of salt-tolerant QTLs with strong genetic background effect using two sets of reciprocal introgression lines in rice. Genome, 2012, 55(1)：45-55.

[26] Qiu X, Yuan Z, Liu H, Xiang X, Yang L, He W, Du B, Ye G, Xu J, Xing D. Identification of salt tolerance-improving quantitative trait loci alleles from a salt-susceptible rice breeding line by introgression breeding. Plant Breeding, 2015, 134(6)： 653-660.

[27] Takehisa H, Shimodate T, Fukuta Y, Ueda T, Yano M, Yamaya T, Kameya T, Sato T. Identification of quantitative trait loci for plant growth of rice in paddy field flooded with salt water. Field Crop Res, 2004, 89(1)： 85-95.

[28] Zang J, Yong S, Yun W, Jing Y, Fang L, Zhou Y, Zhu L, Jessica R, Mohammadhosein F, Xu J. Dissection of genetic overlap of salt tolerance QTLs at the seedling and tillering stages using backcross introgression lines in rice. Sci China C: Life Sci, 2008, 51(7)： 583-591.

[29] Prasad S R, Bagali P G, Hittalmani S, Shashidhar HE. Molecular mapping of quantitative trait loci associated with seedling tolerance to salt stress in rice (Oryza sativa L). Curr Sci, 2000, 78(2)： 162-164.

[30] Gong J, He P, Qian Q, Shen L, Zhu L, Chen S. Identification of salt-tolerance QTL in rice (Oryza sativa L.). Chin Sci Bull, 1999, 41(1)： 68-71.

[31] Gong J, Zheng X, Du B, Qian Q, Chen S, Zhu L, He P. Comparative study of QTLs for agronomic traits of rice (Oryza sativa L.) between salt stress and nonstress environment. Sci China C: Life Sci, 2001, 44(1)： 73-82.

[32] Mardani Z, Rabiei B, Sabouri H, Sabouri A. Identification of molecular markers linked to salt-tolerant genes at germination stage of rice. Plant Breeding, 2014, 133(2)：196-202.

[33] Ghomi K, Rabiei B, Sabouri H, Sabouri A. Mapping QTLs for traits related to salinity tolerance at seedling stage of rice (Oryza sativa L.)： An agrigenomics study of an Iranian rice population. OMICS, 2013, 17(5)： 242-251.

[34] Lin H, Zhu M, Yano M, Gao J, Liang Z, Su W, Hu X, Ren Z, Chao D. QTLs for Na+and K+uptake of the shoots and roots controlling rice salt tolerance. Theor Appl Genet, 2004, 108(2)： 253-260.

[35] Sabouri H, Sabouri A. New evidence of QTLs attributed to salinity tolerance in rice. Afr J Biotechnol, 2008, 7(24)：4376-4383.

[36] Sabouri H, Rezai A, Moumeni A, Kavousi A, Katouzi M, Sabouri A. QTLs mapping of physiological traits related to salt tolerance in young rice seedlings. Biol Plant, 2009, 53(4)： 657-662.

[37] Sabouri H, Biabani A. Toward the mapping of agronomic characters on a rice genetic map： Quantitative Trait Loci analysis under saline condition. Biotechnology, 2009, 8(1)：144-149.

[38] Javed M A, Huyop F Z, Wagiran A, Salleh F M. Identification of QTLs for morph-physiological traits related to salinity tolerance at seedling stage in indica rice. Procedia Environ Sci, 2011, 8： 389-395.

[39] Islam M R, Salam M A, Hassan L, Collard B C Y, Singh R K, Gregorio G B. QTL mapping for salinity tolerance at seedling stage in rice. Emir J Food Agric, 2011, 23(2)：137.

[40] Yao M, Wang J, Chen H, Zhai H, Zhang H. Inheritance and QTL mapping of salt tolerance in rice. Rice Sci, 2005, 12(1)： 25-32.

[41] Zheng H, Zhao H, Liu H, Wang J, Zou D. QTL analysis of Na+and K+concentrations in shoots and roots under NaCl stress based on linkage and association analysis in japonica rice. Euphytica, 2015, 201(1)： 109-121.

[42] Sun J, Zou D, Luan F, Zhao H, Wang J, Liu H, Xie D, Su D, Ma J, Liu Z. Dynamic QTL analysis of the Na+content, K+content, and Na+/K+ratio in rice roots during the field growth under salt stress. Biol Plant, 2014, 58(4)： 689-696.

[43] Mohammadi R, Mendioro M S, Diaz G Q, Gregorio G B, Singh R K. Mapping quantitative trait loci associated with yield and yield components under reproductive stage salinity stress in rice (Oryza sativa L.). J Genet, 2013, 92(3)： 433-443.

[44] Bimpong I K, Manneh B, Diop B, Ghislain K, Sow A, Amoah N K A, Gregorio G, Singh R K, Ortiz R, Wopereis M. New quantitative trait loci for enhancing adaptation to salinity in rice from Hasawi, a Saudi landrace into three African cultivars at the reproductive stage. Euphytica, 2014, 200(1)： 45-60.

[45] Khan M S K, Saeed M, Iqbal J. Identification of quantitative trait loci for Na+, K+and Ca++accumulation traits in rice grown under saline conditions using F2mapping population. Braz J Bot, 2015, 38(3)： 555-565.

[46] Khan M S K, Saeed M, Iqbal J. Quantitative trait locus mapping for salt tolerance at maturity stage in indica rice using replicated F2population. Braz J Bot, 2016： 1-10.

[47] Hossain H, Rahman M A, Alam M S, Singh R K. Mapping of quantitative trait loci associated with reproductive-stage salt tolerance in rice. J Agron Crop Sci, 2015, 201(1)：17-31.

[48] 顧興友, 梅曼彤, 嚴小龍, 鄭少玲, 盧永根. 水稻耐鹽性數(shù)量性狀位點的初步檢測. 中國水稻科學(xué), 2000, 14(2)： 65-70.

Gu X, Mei M, Yan X, Zheng S, Lu Y. Preliminary detection of quantitative trait loci for salt tolerance in rice. Chin J Rice Sci, 2000, 14(2)： 65-70. (in Chinese with English abstract)

[49] Ammar M, Pandit A, Singh R, Sameena S, Chauhan M, Singh A, Sharma P, Gaikwad K, Sharma T, Mohapatra T, Singh N. Mapping of QTLs controlling Na+, K+and Clion concentrations in salt tolerant indica rice variety CSR27. J Plant Biochem Biot, 2009, 18(2)： 139-150.

[50] Negr?o S, Courtois B, Ahmadi N, Abreu I, Saibo N, Oliveira M M. Recent updates on salinity stress in rice：From physiological to molecular responses. Crit Rev Plant Sci, 2011, 30(4)： 329-377.

[51] IRRI. Standard evaluation system for rice. 4th ed. Manila：International Rice Research Institute, 1996： 52

[52] Ren Z, Gao J, Li L, Cai X, Huang W, Chao D, Zhu M, Wang Z, Luan S, Lin H. A rice quantitative trait locus for salt tolerance encodes a sodium transporter. Nat Genet, 2005, 37(10)： 1141-1146.

[53] Gregorio G B. Tagging salinity tolerance genes in rice using amplified fragment length polymorphism (AFLP)//International Rice Research Institute Repository. Manila： International Rice Research Institute,1997.

[54] Bonilla P, Mackell D, Deal K, Gregorio G. RLFP and SSLP mapping of salinity tolerance genes in chromosome 1 of rice (Oryza sativa L.) using recombinant inbred lines. Philipp Agric Sci, 2002, 85： 68-76.

[55] Niones J M. Fine mapping of the salinity tolerance gene on chromosome 1 of rice (Oryza sativa L.) using near isogenic lines[MS dissertation]. Laguna： University of the Philippines, 2004.

[56] 陳受宜, 朱立煌, 洪建, 陳少麟. 水稻抗鹽突變體的分子生物學(xué)鑒定. 植物學(xué)報, 1991, 33(8)： 569-573.

Chen S, Zhu L, Hong J, Chen S. Molecular biological identification of a rice salt tolerant line. Acta Bot Sin, 1991, 33(8)： 569-573. (in Chinese with English abstract)

[57] Lee I S, Kim D S, Lee S J, Song H S, Lim Y P, Lee Y I. Selection and characterizations of radiation-induced salinity-tolerant lines in rice. Breed Sci, 2003, 53(4)：313-318.

[58] Huang X, Chao D, Gao J, Zhu M, Shi M, Lin H. A previously unknown zinc finger protein, DST, regulates drought and salt tolerance in rice via stomatal aperture control. Genes Dev, 2009, 23(15)： 1805-1817.

[59] Nakhoda B, Leung H, Mendioro M S, Mohammadi-nejad G, Ismail A M. Isolation, characterization, and field evaluation of rice (Oryza sativa L., var. IR64) mutants with altered responses to salt stress. Field Crop Res, 2012, 127(4)： 191-202.

[60] Ashokkumar K, Raveendran M, Senthil N, Mohammadi-nejad G, Ismail AM. Isolation and characterization of altered root growth behavior and salinity tolerant mutants in rice. Afr J Biotechnol, 2013, 12(40)： 5852-5859.

[61] Lin K C, Jwo W S, Chandrika N N P, Wu T M, Lai M H, Wang C S, Hong C Y. A rice mutant defective in antioxidant-defense system and sodium homeostasis possesses increased sensitivity to salt stress. Biol Plantarum, 2016, 60(1)： 86-94.

[62] Ogawa D, Abe K, Miyao A, Kojima M, Sakakibara H, Mizutani M, Morita H, Toda Y, Hobo T, Sato Y. RSS1 regulates the cell cycle and maintains meristematic activity under stress conditions in rice. Nat Commun, 2011, 2(1)： 121-132.

[63] Toda Y, Tanaka M, Ogawa D, Kurata K, Kurotani K, Habu Y, Ando T, Sugimoto K, Mitsuda N, Katoh E. RICE SALT SENSITIVE3 forms a ternary complex with JAZ and class-C bHLH factors and regulates jasmonate-induced gene expression and root cell elongation. Plant Cell, 2013, 25(5)： 1709-1725.

[64] 汪斌, 劉婷婷, 張淑君, 蘭濤, 官華忠, 周元昌, 吳為人等. 水稻苗期耐鹽突變體的遺傳分析及基因定位. 遺傳, 2013, 35(9)： 1101-1105.

Wang B, Liu T, Zhang S, Lan T, Guan H, Zhou Y, Wu W. Genetic analysis and gene mapping for a salt tolerant mutant at seedling stage in rice. Hereditas, 2013, 35(9)：1101-1105. (in Chinese with English abstract)

[65] Takagi H, Tamiru M, Abe A, Yoshida K, Uemura A, Yaegashi H, Obara T, Oikawa K, Utsushi H, Kanzaki E, Mitsuoka C, Natsume S, Kosugi S, Kanzaki H, Matsumura H, Urasaki N, Kamoun S, Terauchi R. MutMap accelerates breeding of a salt-tolerant rice cultivar. Nat Biotechnol, 2015, 33(5)： 445-449.

[66] Zhou J, Wang F, Deng P, Deng P, Jing W, Zhang W. Characterization and mapping of a salt-sensitive mutant in rice (Oryza sativa L.). J Integr Plant Biol, 2013, 55(6)：504-513.

[67] Deng P, Shi X, Zhou J, Wang F, Dong Y, Jing W, Zhang W. Identification and fine mapping of a mutation conferring salt-sensitivity in rice (Oryza sativa L.). Crop Sci, 2015, 55(1)： 219-228.

[68] Deng P, Jiang D, Dong Y, Shi X, Jing W, Zhang W. Physiological characterisation and fine mapping of a salt-tolerant mutant in rice (Oryza sativa). Funct Plant Biol, 2015, 42(11)： 1026-1035.

[69] Zhang G Y, Guo Y, Chen S, Chen S. RFLP tagging of a salt tolerance gene in rice. Plant Sci, 1995, 110(2)：227-234.

[70] Ding H, Zhang G, Guo Y, Chen S, Chen S. RAPD tagging of a salt tolerant gene in rice. Chin Sci Bull, 1998, 43(4)：330-332.

[71] Ghaffari A, Gharechahi J, Nakhoda B, Salekdeh G H. Physiology and proteome responses of two contrasting rice mutants and their wild type parent under salt stress conditions at the vegetative stage. J Plant Physiol, 2014, 171(1)： 31-44.

[72] Lan T, Zhang S, Liu T, Wang B, Guan H, Zhou Y, Duan Y, Wu W. Fine mapping and candidate identification of SST, a gene controlling seedling salt tolerance in rice (Oryza sativa L.). Euphytica, 2015, 205(1)： 269-274.

[73] Huang X, Feng Q, Qian Q, Zhao Q, Wang L, Wang A, Guan J, Fan D, Weng Q, Huang T, Dong, G, Sang T, Han B. High-throughput genotyping by whole-genome resequencing. Genome Res, 2009, 19(6)： 1068-1076.

[74] Ahmadi N, Negr?o S, Katsantonis D, Frouin J, Ploux J, Letourmy P, Droc G, Babo P, Trindade H, Bruschi G,Greco R, Oliveira M M, Piffanelli P, Courtois B. Targeted association analysis identified japonica rice varieties achieving Na+/K+homeostasis without the allelic make-up of the salt tolerant indica variety Nona Bokra. Theor Appl Genet, 2011, 123(6)： 881-895.

[75] Negr?o S, Cecília Almadanim M, Pires I S, Abreu I A, Maroco J, Courtois B, Gregorio G B, Mcnally K L, Margarida Oliveira M. New allelic variants found in key rice salt-tolerance genes： An association study. Plant Biotechnol J, 2013, 11(1)： 87-100.

[76] Zheng H, Wang J, Zhao H, Liu H, Sun J, Guo L, Zou D. Genetic structure, linkage disequilibrium and association mapping of salt tolerance in japonica rice germplasm at the seedling stage. Mol Breed, 2015, 35(7)： 152.

[77] Cui D, Xu C, Yang C, Zhang Q, Zhang J, Ma X, Qiao Y, Cao G, Zhang S, Han L. Association mapping of salinity and alkalinity tolerance in improved japonica rice (Oryza sativa L. subsp. japonica Kato) germplasm. Genet Resour Crop Ev, 2014, 62(4)： 539-550.

[78] Kumar V, Singh A, Mithra S V A, Krishnamurthy S L, Parida S K, Jain S, Tiwari K K, Kumar P, Rao A R, Sharma S K. Genome-wide association mapping of salinity tolerance in rice (Oryza sativa). DNA Res, 2015, 22(2)： 133-145.

[79] 3,000 Rice Genomes Project. The 3,000 rice genomes project. GigaScience, 2014, 3： 7.

[80] Vinod K K, Krishnan S G, Babu N N, Nagarajan M, Singh A K. Improving salt tolerance in rice： Looking beyond the conventional // Ahmad P, Azooz M M, Prasas M N V. Salt Stress in Plants： Signalling, Omics and Adaptations. New York： Springer Science & Business Media, 2013： 219-260.

[81] Das P, Nutan K K, Singla-Pareek S L, Pareek A. Understanding salinity responses and adopting‘omics-based’ approaches to generate salinity tolerant cultivars of rice. Front Plant Sci, 2015, 6： 712.

[82] Bimpong I K, Manneh B, Sock M, Diaw F, Amoah N K A, Ismail A M, Gregorio G, Singh R K Wopereis M. Improving salt tolerance of lowland rice cultivar ‘Rassi’through marker-aided backcross breeding in West Africa. Plant Sci, 2016, 242： 288-299.

[83] Singh A K, Gopalakrishnan S, Singh V P, Prabhu K V, Mohapatra T, Singh N K, Sharma T R, Nagarajan M, Vinod K K, Singh D, Singh U D, Chander S, Atwal S S, Seth R, Singh V K, Ellur R K, Singh A, Anand D, Khanna A, Yadav S, Goel N, Singh A, Shikari A B, Singh A, Marathi B. Marker assisted selection： A paradigm shift in Basmati breeding. Ind J Genet Pl Br, 2011, 71(2)：120-128.

[84] Babu N N, Sharma S K, Ellur R K, Singh V K, Pal M, Pathania S, Singh V K, Singh D, Gopalakrishnan S, Bhowmick P K, Nagarajan M, Vinod K K, Singh NK, Prabhu K V, Singh A K. Marker assisted improvement of Pusa Basmati 1121 for salinity tolerance. International conference on plant biotechnology for food security： New frontiers. New Delhi： National Agricultural Science Centre, 2012： 72-73.

[85] Singh R, Singh Y, Xalaxo S, Verulkar S, Yadav N, Singh S, Singh N, Prasad K S N , Kondayya K , Rao P V R, Rani M G, Anuradha T, Suraynarayana Y, Sharma P C, Krishnamurthy S L, Sharma S K, Dwivedi J L, Singh A K, Singh P K, Nilanjay, Singh N K, Kumar Rajesh, Chetia S K, Ahmad T, Rai M, Perraju P, Pande Anita, Singh D N, Mandal N P, Reddy J N, Singh O N, Katara J L, Marandi B, Swain P, Sarkar R K, Singh D P, Mohapatra T, Padmawathi G, Ram T, Kathiresan R M, Paramsivam K, Nadarajan S, Thirumeni S, Nagarajan M, Singh A K, Vikram P, Kumar A, Septiningshih E, Singh U S, Ismail A M, Mackill D, Singh Nagendra K. From QTL to variety-harnessing the benefits of QTLs for drought, flood and salt tolerance in mega rice varieties of India through a multi-institutional network. Plant Sci, 2016, 242： 278-287.

[86] Linh L H, Linh T H, Xuan T D, Ham L H, Ismail A M, Khanh T D. Molecular breeding to improve salt tolerance of rice (Oryza sativa L.) in the Red River Delta of Vietnam. Int J Plant Genom, 2012, 2012.

[87] STRASA. Salt-tolerant rice. http：//strasa.irri.org/ stresses/salinity-iron-toxicity. [8 March 2018].

[88] Gregorio G B, Islam M R, Vergara G V, Thirumeni S. Recent advances in rice science to design salinity and other abiotic stress tolerant rice varieties. SABRAO J Breed Genet, 2013, 45(1)： 31-41.

[89] Salam M A, Rahman M A, Bhuiyan M A R, Uddin K, Sarker M R A, Yasmeen R, Rahman M S. BRRI dhan 47：A salt tolerant variety for the boro season. Int Rice Res News, 2008, 32： 42-43.

[90] Lang N, Buu B C, Ismail A M. Molecular mapping and marker-assisted selection for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.). Omonrice, 2008, 16： 50-56

[91] Lang N, Buu B C, Ismail A M. Enhancing and stabilizing the productivity of salt-affected areas by incorporating genes for tolerance of abiotic stresses in rice. Omonrice, 2011, 18： 41-49.

Research Progress on Gene Mapping and Cloning for Salt Tolerance and Variety Improvement for Salt Tolerance by Molecular Marker-Assisted Selection in Rice

JING Wen*, ZHANG Wenhua
(Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;*Corresponding author, E-mail: jingwen@njau.edu.cn)

Soil salinization severely restricts the development of rice production, and improving salt tolerance in rice has become one of the most important objectives in rice breeding programs. Isolation of novel genes involved in salt tolerance and clarifying its molecular mechanism can lay a foundation for the genetic improvement of salt tolerance in rice. In this paper, we summarized the the progress on mapping of quantitative trait loci (QTL) for rice salt tolerance in the following aspects： mapping populations, growth stages for evaluation of salt tolerance and evaluation methods, evaluation parameters of salt tolerance, QTLs involved in salt tolerance, fine mapping and map-based cloning of QTLs for salt tolerance. We also introduced recent progress on genetic screening and gene cloning of salt-tolerant and salt-sensitive mutants, as well as association mapping of salt tolerance in rice. Additionally, we reviewed the recent advances in variety improvement for salt tolerance by molecular marker-assisted selection in rice.

rice；salt tolerance；gene mapping；gene cloning；molecular marker-assisted selection；variety improvement

Q755; S511.034

A

1001-7216(2017)02-0111-13

2016-05-16; 修改稿收到日期:2016-09-12。

國家自然科學(xué)基金資助項目(31301294); 國家科技支撐計劃資助項目(2015BAD01B01)。