基于水稻大粒染色體片段代換系Z29的鑒定及QTL定位

劉金艷，張朔語，宗涵穎，陳文博，韋秘，吳如會， 母建妍，張記超，凌英華，張長偉，何光華，趙芳明，張婷

西南大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程中心，重慶 400715

水稻作為重要的糧食作物,其產(chǎn)量三要素包括穗粒數(shù)、有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量,其中千粒質(zhì)量主要受水稻粒型的影響,水稻粒型又由粒長、粒寬和粒厚決定.這些因素中的任意一個(gè)發(fā)生改變,都會對籽粒的大小產(chǎn)生影響,從而影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì).克隆粒型發(fā)育相關(guān)基因并解析其分子機(jī)制,有利于將其應(yīng)用于水稻的高產(chǎn)育種工作中.根據(jù)GRAMENE網(wǎng)站(http: /www.gramene.org/archive)提供的數(shù)據(jù),在水稻12條染色體上已有超過600個(gè)與粒型相關(guān)的QTL被檢測到,還有部分QTL被精細(xì)定位和克隆.根據(jù)這些QTL所參與的代謝或信號途徑,可以分為以下幾類: G蛋白信號通路、植物激素信號通路、泛素-蛋白酶體通路、轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路、絲裂原活化蛋白激酶信號通路和表觀遺傳調(diào)控通路[1]．

在G蛋白信號通路中,RGA1/D1編碼G蛋白的α亞基,突變體d1中G蛋白失活導(dǎo)致細(xì)胞分裂受到抑制,從而使籽粒變小[2];RGB1編碼Gβ亞基,對細(xì)胞增殖起正向調(diào)控作用,基因突變導(dǎo)致植株變矮,籽粒變小[3];GS3編碼1個(gè)水稻Gγ亞基,參與水稻Gβγ二聚體形成,是一個(gè)控制水稻粒長和粒質(zhì)量的主效QTL,對粒長起負(fù)調(diào)控作用[4].在植物激素信號通路中,生長素原初響應(yīng)基因BG1參與生長素的運(yùn)輸與轉(zhuǎn)運(yùn),功能獲得性突變體生長素含量增加、穎殼細(xì)胞的數(shù)量增多,種子變大,粒長和粒寬均顯著增加[5];TGW6編碼1個(gè)IAA-葡萄糖水解酶,是一個(gè)粒長負(fù)調(diào)控因子[6];SLG編碼1個(gè)BAHD家族?；D(zhuǎn)移酶蛋白,通過促進(jìn)水稻中內(nèi)源BR的合成,從而調(diào)控穎殼細(xì)胞的大小,進(jìn)而控制粒長的發(fā)育[7].泛素-蛋白酶體通路中,GW2編碼1個(gè)E3泛素連接酶,GW2會影響泛素分子與目標(biāo)蛋白的連接,使得原本應(yīng)該被降解的目的蛋白不能被蛋白酶體特異識別,進(jìn)而激活穎殼外表皮細(xì)胞的分裂,增加穎殼的寬度,是一個(gè)粒寬負(fù)調(diào)節(jié)因子[8];WG1編碼1個(gè)谷氧還蛋白,通過促進(jìn)細(xì)胞增殖來控制粒寬,WG1功能缺失突變體的穎殼橫向細(xì)胞數(shù)顯著降低[9];WTG1基因編碼1個(gè)otubain-like蛋白酶,是一個(gè)去泛素化酶,WTG1功能缺失突變體的穎殼細(xì)胞增大,表現(xiàn)出粒寬變寬、粒厚變厚以及每穗粒數(shù)增加的表型[10].轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路中,GLW7編碼植物特異性轉(zhuǎn)錄因子OsSPL13,這是一個(gè)能控制籽粒長度和寬度的主效QTL,通過正向調(diào)控穎殼細(xì)胞大小,從而提高籽粒長度和產(chǎn)量[11];GL8編碼轉(zhuǎn)錄因子OsSPL16,通過促進(jìn)細(xì)胞分裂及灌漿速率來增加籽粒寬度[12].絲裂原活化蛋白激酶信號通路中,SMG1編碼1個(gè)絲裂原活化蛋白激酶OsMKK4,基因突變后會使水稻籽粒變小[13];DSG1編碼1個(gè)絲裂原活化蛋白激酶OsMAPK6,dsg1突變體粒型變小、植株矮化[14].表觀遺傳調(diào)控通路中,OsmiR396調(diào)節(jié)GS2編碼的生長調(diào)控因子OsGRF4,GS2突變會影響OsmiR396的調(diào)控,從而提高水稻的粒長和質(zhì)量[15];SDG752編碼甲基化轉(zhuǎn)移酶H3K36,它的表達(dá)下降會導(dǎo)致種子變小[16];GW6a編碼具有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的類GNAT蛋白OsgIHAT1,其通過控制細(xì)胞分裂來調(diào)控粒長[17]．

水稻粒型的遺傳機(jī)理十分復(fù)雜,目前克隆的基因還不足以揭示粒型的遺傳多樣性和分子機(jī)理.水稻染色體片段代換系可以提供豐富的自然變異,且僅存在少量代換片段的差異,有清晰的遺傳背景,因此是復(fù)雜性狀研究的理想材料.本研究以日本晴為受體親本、恢復(fù)系R225為供體親本,鑒定到1個(gè)攜帶10個(gè)代換片段的水稻染色體片段代換系Z29(CSSL-Z29).通過對水稻染色體片段代換系Z29進(jìn)行農(nóng)藝性狀的測量與細(xì)胞學(xué)分析,探究籽粒變化的原因,再利用構(gòu)建的次級F2群體進(jìn)行粒型相關(guān)QTL定位,進(jìn)一步結(jié)合MAS法在F3代中選育了14個(gè)次級代換系片段.研究結(jié)果對于目標(biāo)QTL的分子機(jī)制研究和分子設(shè)計(jì)育種有重要的意義．

1 材料與方法

1.1 材料

水稻CSSL-Z29是以測序粳稻品種日本晴為受體親本、西南大學(xué)自育的優(yōu)良秈稻恢復(fù)系R225為供體親本,經(jīng)過高代回交以及自交,結(jié)合全基因組SSR分子標(biāo)記輔助選擇選育而成的10片段優(yōu)良代換系.QTL定位群體材料由日本晴和Z29雜交構(gòu)建的由124個(gè)單株組成的次級F2分離群體．

1.2 水稻大粒CSSL-Z29培育及代換片段鑒定

利用在水稻基因組中均勻分布的429個(gè)SSR標(biāo)記,對日本晴和R225進(jìn)行多態(tài)性分析,篩選出253個(gè)多態(tài)性標(biāo)記[18]; 然后將這些多態(tài)性標(biāo)記從BC2F1代開始進(jìn)行分子輔助選擇,從中選擇20株進(jìn)行自交; 最后每個(gè)株系的每代取10株繼續(xù)進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇[19],在日本晴/BC2F4自交的F7代選育出含10個(gè)代換片段的水稻長粒染色體片段代換系Z29.水稻染色體代換片段的鑒定參考Zhou等[20]的方法.當(dāng)某個(gè)標(biāo)記的帶型與受體親本相同時(shí),表明該片段的DNA來自于日本晴; 當(dāng)某個(gè)標(biāo)記的帶型與供體親本相同時(shí),表明該片段的DNA來自于R225.連續(xù)的供體親本帶型所在區(qū)段表示為代換片段,代換片段長度的計(jì)算參照Paterson等[21]的方法．

1.3 材料種植方法

2019年將日本晴與Z29雜交產(chǎn)生F1代,收獲F1代種子并在夏末季于海南種植,收獲F2代種子.2020年3月,將日本晴、Z29以及F2群體的種子在西南大學(xué)水稻研究所歇馬試驗(yàn)基地播種.4月中旬,首先規(guī)劃試驗(yàn)田(株距16.67cm,26.67cm),再將30株日本晴、30株Z29和124株F2單株移栽至試驗(yàn)田并進(jìn)行常規(guī)處理.2021年4月,在西南大學(xué)水稻研究所歇馬試驗(yàn)基地以同樣的規(guī)格和管理方式種植F2代,從中選出目標(biāo)株系及其受體親本進(jìn)行次級代換片段的選育．

1.4 表型分析和農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)

在水稻成熟后,試驗(yàn)基地取10株日本晴、10株Z29和124株F2群體,統(tǒng)計(jì)每株的株高、有效穗數(shù)、穗長、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)、粒長、粒寬、籽粒長寬比、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量共13個(gè)性狀.粒長和粒寬使用20 cm直尺測量連續(xù)排列整齊的10粒種子的總長和總寬,重復(fù)3次,然后取平均值; 結(jié)實(shí)率為每穗實(shí)粒數(shù)占每穗總粒數(shù)的百分比; 長寬比為粒長和粒寬的比.最后使用Microsoft Excel 2019統(tǒng)計(jì)10株日本晴和10株Z29及F2群體13個(gè)性狀的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度和峰度,并進(jìn)行t檢驗(yàn)．

1.5 QTL定位

采用CTAB法提取DNA[22],然后進(jìn)行PCR擴(kuò)增,聚丙烯酰胺凝膠電泳和銀染法顯色,日本晴帶型、Z29帶型、雜合帶型、缺失帶型分別用“-1”,“1”,“0”,“．”來表示基因型的賦予值.根據(jù)F2代124個(gè)單株對應(yīng)的指定值,在SAS統(tǒng)計(jì)軟上使用HPMIXED程序的限制最大似然法來進(jìn)行QTL定位[23]．

1.6 次級代換片段系選育

根據(jù)QTL定位結(jié)果,在日本晴和Z29的F2群體中選擇有目標(biāo)QTL的單株進(jìn)行種植,發(fā)展成F3群體(每個(gè)株系種植20株),利用MAS法進(jìn)一步篩選出含少量或不含雜合標(biāo)記的次級單片段或多片段代換系．

1.7 掃描電鏡

取抽穗期同一部位的日本晴和Z29水稻穎殼,Hitachi SU3500掃描電子顯微鏡和-40 ℃冷卻臺進(jìn)行新鮮樣品的觀察拍照．

1.8 石蠟切片

取抽穗期同一部位的日本晴和Z29水稻穎殼,在FAA溶液(50%乙醇,0.9 mol/L冰醋酸和3.7%甲醛)中抽真空,50 ℃條件下固定過夜; 然后將它們在一系列乙醇溶液中脫水,用二甲苯取代,并包埋在石蠟中; 對樣品進(jìn)行切片,轉(zhuǎn)移到聚賴氨酸涂層的玻璃載玻片上,用二甲苯脫脂,并通過一系列的乙醇溶液脫水; 用1%的番紅和1%的固綠對切片進(jìn)行染色,通過一系列的乙醇溶液進(jìn)行脫水,用二甲苯浸潤,并安裝在蓋玻片下面; 用二甲苯對載玻片上的樣品進(jìn)行脫蠟,依次用0.1%番紅和0.5%固綠對樣品進(jìn)行染色,用二甲苯浸潤封片,并用Nikon Eclipse E600顯微鏡進(jìn)行光鏡觀察．

2 結(jié)果與分析

2.1 Z29代換片段的鑒定

以粳稻測序品種日本晴作為受體,自育優(yōu)良秈稻恢復(fù)系R225作為供體,選育出1個(gè)10片段代換系(圖1),代換片段分布于第3,6,7,10和11號染色體上,總代換長度為28.95 Mb,最長代換片段為8.01 Mb,最短代換片段長度為1.18 Mb,平均代換長度為2.90 Mb．

每個(gè)染色體的右側(cè)為代換片段長度和分子標(biāo)記,左側(cè)為代換片段鑒定出的QTL和標(biāo)記的物理距離,黑色部分代表片段.GL為粒長,GW為粒寬,RLW為長寬比,NSB為二次枝梗數(shù),PH為株高,PL為穗長．圖1 Z29的代換片段

2.2 表型鑒定

Z29與受體親本日本晴(Ni)相比株型差異不明顯(圖2a),但粒長極顯著增加了38.83%(圖2d和2e),粒寬極顯著增加了11.52%(圖2c和2f),千粒質(zhì)量極顯著增加了24.01%(圖2g),每穗總粒數(shù)極顯著增加了22.54%(圖2h),每穗實(shí)粒數(shù)極顯著增加了21.66%(圖2i),穗長極顯著增加了16.58%(圖2j),一次枝梗數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖2k),但二次枝梗數(shù)極顯著增加了32.21%(圖2l).此外,株高極顯著增加了11.88%(圖2m),有效穗數(shù)極顯著降低了32.21%(圖2o),結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖2n和2p).大粒、大穗是Z29最主要的特征,說明Z29是一個(gè)在水稻育種中具有重要價(jià)值的品種材料．

2.3 細(xì)胞學(xué)分析

為探究Z29籽粒變大的原因,利用掃描電鏡觀察Z29與受體親本日本晴抽穗期穎殼中間部位內(nèi)外表面的細(xì)胞形態(tài)(圖3),利用ImageJ軟件測量內(nèi)表皮細(xì)胞的長度、寬度以及穎殼外表皮單位面積細(xì)胞數(shù).統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),與日本晴相比,Z29在穎殼外表皮縱向細(xì)胞數(shù)極顯著增加了31.48%(圖3a和3i),橫向細(xì)胞數(shù)極顯著增加了46.07%(圖3a和3j); Z29穎殼外表皮單位面積細(xì)胞數(shù)極顯著增加了62.82%(圖3b和3h); Z29穎殼內(nèi)表皮細(xì)胞長度極顯著增加了22.45%(圖3c和3f),穎殼內(nèi)表皮細(xì)胞寬度顯著增加了0.05%(圖3c和3g),因此,Z29籽粒變大主要是由于穎殼細(xì)胞的增殖和伸長共同引起的．

*表示p<0.05,**表示p<0.01,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖2 Z29和日本晴(Ni)的表型分析

石蠟切片分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),與日本晴相比,Z29穎殼的薄壁組織細(xì)胞長度顯著增加了8.36%(圖3d,3e和3k),但寬度極顯著降低了10.08%(圖3d和3l); 同時(shí)發(fā)現(xiàn)Z29穎殼的薄壁組織的細(xì)胞數(shù)極顯著增加了8.92%(圖3d,3e和3m),進(jìn)一步從細(xì)胞學(xué)的層面上證實(shí)了Z29細(xì)胞增殖和伸長能共同促進(jìn)Z29籽粒增大．

*表示p<0.05,**表示p<0.01,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．圖3 Z29和日本晴(Ni)的細(xì)胞學(xué)分析

2.4 粒型性狀在日本晴/Z29的次級F2群體中的頻率分布

隨機(jī)取F1代125顆籽粒進(jìn)行形態(tài)分析,Z29的長粒相對短粒呈顯性遺傳.根據(jù)在日本晴/Z29的次級F2群體中的頻率分布可知,其粒長(圖4a)、粒寬 (圖4b)、長寬比(圖4c)以及千粒質(zhì)量(圖4d)的分布均呈現(xiàn)出非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,表明這些性狀由多基因控制,可進(jìn)行QTL分析．

圖4 粒型性狀在日本晴/Z29構(gòu)建的次級F2群體中的分布頻率

2.5 基于日本晴/Z29的次級F2群體的粒型QTL鑒定

在次級F2分離群體中共鑒定出8個(gè)粒型QTL,分別為2個(gè)粒長QTL(qGL-3,qGL-10),1個(gè)粒寬QTL(qGW-3),4個(gè)長寬比QTL(qRLW-3,qRLW-6-1,qRLW-6-2,qRLW-10)和1個(gè)千粒質(zhì)量QTL(qGWT-7),這些QTL分布在第3,6,7,10號染色體的相應(yīng)代換片段上(表1和圖1).qGL-3和qGL-10與Z29的粒長性狀連鎖,分別分布于3號、10號染色體的代換片段上,其中qGL-3的表型貢獻(xiàn)率為13.28%,使粒長增加0.20 mm,表現(xiàn)為主效QTL(貢獻(xiàn)率大于10%).qGL-10表型貢獻(xiàn)率為9.43%,使粒長增加了0.17 mm,表現(xiàn)為微效QTL.qGW-3與Z29的粒寬性狀連鎖,對粒寬變異的貢獻(xiàn)率為10.17%,使粒寬減少0.06 mm,表現(xiàn)為主效QTL.影響谷粒長寬比的QTL為qRLW-3,qRLW-6-1,qRLW-6-2和qRLW-10,對表型的貢獻(xiàn)率依次28.49%,5.64%,7.92%和8.89%,其中qRLW-3和qRLW-10增加長寬比,加性效應(yīng)分別為0.12和0.06,而qRLW-6-1,qRLW-6-2分別減小長寬比0.05和0.06.qGWT-7與Z29的千粒質(zhì)量性狀連鎖,對表型變異的貢獻(xiàn)率為5.88%,使千粒質(zhì)量增加0.61 g.此外,粒長和千粒質(zhì)量QTL均表現(xiàn)出增加性狀值的正向加性效應(yīng),4個(gè)長寬比QTL中2個(gè)增加、2個(gè)減少,因而Z29的長粒主要由粒長和長寬比增加所致.長粒由1個(gè)主效QTL(qGL-3)和1個(gè)微效QTL(qGL-10)共同控制.qGL-3,qGW-3,qRLW-3共同連鎖于分子標(biāo)記RM6266,可能屬于一因多效或QTL緊密連鎖．

表1 Z29所鑒定出的粒型QTL(2021年)

2.6 次級染色體片段代換系的選育

在QTL定位的基礎(chǔ)上,結(jié)合MAS法,在F3代中選育了14個(gè)次級片段代換系(表2),包括單片段代換系4個(gè)(S1-S4)、雙片段代換系5個(gè)(D1-D5)、三片段代換系2個(gè)(T1-T2)和四片段代換系3個(gè)(FS1-FS3).為進(jìn)一步研究數(shù)量性狀遺傳機(jī)理提供了理想材料．

表2 F3選育出的次級染色體片段代換系

續(xù)表2

3 討論

本研究鑒定了1個(gè)以日本晴為受體親本、恢復(fù)系R225為供體親本的大粒染色體片段代換系Z29,攜帶10個(gè)來自供體親本R225的代換片段,平均代換長度2.90 Mb.其粒長、粒寬和千粒質(zhì)量均極顯著增加,同時(shí)具有株高、穗長也顯著增加等表型.組織學(xué)分析表明Z29籽粒變大與細(xì)胞增殖和細(xì)胞伸長有關(guān); 粒型相關(guān)農(nóng)藝性狀在F2群體中呈非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,表明這些性狀均由多基因控制．

水稻產(chǎn)量由千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)和有效穗數(shù)決定,千粒質(zhì)量主要受粒型的影響,粒型由粒長、粒寬和厚度決定.我們以日本晴與Z29雜交后構(gòu)建的F2群體作為QTL定位群體,共鑒定到8個(gè)粒型相關(guān)的QTL,分布在第3,6,7,10號染色體上,包括2個(gè)粒長QTL,1個(gè)粒寬QTL,4個(gè)長寬比QTL,1個(gè)千粒質(zhì)量QTL,這些聚集在同一標(biāo)記上的QTL可能屬于一因多效或緊密連鎖.在已報(bào)道的研究中,OsSGL是1個(gè)一因多效的關(guān)鍵基因,能調(diào)節(jié)細(xì)胞的軸向性生長,最終使水稻的籽粒變大并且產(chǎn)量增加,過量表達(dá)OsSGL基因能顯著增加粒長和粒質(zhì)量.細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),穎殼細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積縱向增大是粒長增加的主要原因[24].SLG7編碼與LONGIFOLIA 1和LONGIFOLIA 2同源的蛋白質(zhì),通過增加縱向細(xì)胞長度、減小細(xì)胞橫向?qū)挾?產(chǎn)生細(xì)長籽粒[25].GS5編碼1個(gè)絲氨酸羧肽酶,其表達(dá)量的升高會促進(jìn)水稻穎殼的細(xì)胞分裂,使粒寬增加[26].GL7編碼擬南芥LONGIFOLIA蛋白的同源蛋白,而LONGIFOLIA能調(diào)節(jié)細(xì)胞的縱向伸長,GL7表達(dá)水平上調(diào)會增加水稻粒長并改善稻米外觀品質(zhì)[11].這些基因均通過調(diào)控細(xì)胞增殖與細(xì)胞大小來影響籽粒的大小.與之相比,Z29同樣通過影響穎殼細(xì)胞的數(shù)目與大小來影響籽粒大小,Z29籽粒增大是由于穎殼細(xì)胞增殖和伸長共同引起.這些研究結(jié)果為粒型相關(guān)QTL的進(jìn)一步分解和功能分析奠定了基礎(chǔ),也為水稻分子設(shè)計(jì)育種提供了理論依據(jù)．

水稻籽粒增大的原因可能是由于穎殼細(xì)胞增殖、細(xì)胞擴(kuò)張或增殖與擴(kuò)增共同作用所致.GL3.1編碼1個(gè)絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶,該激酶對水稻粒長起負(fù)調(diào)控作用,并且GL3.1能直接去磷酸化底物T1; 3(細(xì)胞周期蛋白),而T1; 3表達(dá)下調(diào)會導(dǎo)致籽粒變短[27].GW6a編碼1個(gè)擁有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶的類GNAT蛋白OsglHAT1,GW6a表達(dá)上調(diào),通過增加細(xì)胞數(shù)目使籽粒增大[17].GW5在種子的發(fā)育過程中參與泛素化蛋白酶體的降解過程,該基因功能缺失后,不能正常參與蛋白質(zhì)泛素化降解途徑,從而促進(jìn)水稻穎殼的細(xì)胞分裂過程,導(dǎo)致穎殼的細(xì)胞寬度增加,最終影響水稻的籽粒寬度[28].大多數(shù)基因都是通過調(diào)控水稻穎殼的細(xì)胞數(shù)目來調(diào)節(jié)水稻籽粒大小的,而GLW7缺失突變以及過量表達(dá)對水稻穎殼的細(xì)胞數(shù)目并無明顯影響,其主要是通過控制細(xì)胞的擴(kuò)張從而影響籽粒大小[25].SMG11是DWARF2(D2)的新的等位基因,編碼1個(gè)參與油菜素內(nèi)酯BR生物合成途徑的細(xì)胞色素P450家族成員;SMG11通過促進(jìn)籽粒穎殼的細(xì)胞擴(kuò)張來控制籽粒大小,在一定程度上影響了細(xì)胞擴(kuò)張中涉及籽粒大小的相關(guān)基因的表達(dá),從而調(diào)控細(xì)胞擴(kuò)張;SMG11的適當(dāng)表達(dá)增加了谷粒的大小、粒質(zhì)量和產(chǎn)量[29].此外還有一些基因能夠同時(shí)影響細(xì)胞的增殖和擴(kuò)張,BG1編碼1個(gè)膜定位蛋白,通過增加穎殼細(xì)胞增殖與擴(kuò)張正向調(diào)控籽粒大小[14].OsmiR396-GS2/OsGRF4-OsGIFs調(diào)控途徑通過調(diào)節(jié)細(xì)胞擴(kuò)展和細(xì)胞增殖,進(jìn)而對水稻的粒型和粒質(zhì)量產(chǎn)生影響[15].本研究中,Z29籽粒的大小由穎殼細(xì)胞的大小和數(shù)量共同調(diào)控,這有利于深入研究水稻調(diào)控籽粒大小的分子機(jī)理,為挖掘提高水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的優(yōu)良品種提供重要材料．

4 結(jié)論

本研究選育了1個(gè)以日本晴為受體、自育優(yōu)良秈稻恢復(fù)系R225為供體親本的水稻染色體片段代換系Z29.Z29含有來自R225的10個(gè)代換片段,平均代換長度2.90 Mb.農(nóng)藝性狀調(diào)查發(fā)現(xiàn),相較于日本晴,Z29粒長極顯著增加了38.83%,粒寬極顯著增加11.52%,表現(xiàn)為大粒表型.掃描電鏡觀察和細(xì)胞學(xué)分析結(jié)果表明,Z29籽粒變大是由細(xì)胞數(shù)量極顯著增多、增大引起.利用日本晴與Z29雜交構(gòu)建的次級F2群體進(jìn)行QTL定位,共檢測到8個(gè)與粒型相關(guān)的QTL,包括2個(gè)粒長QTL(qGL-3,qGL-10),1個(gè)粒寬QTL(qGW-3),4個(gè)長寬比QTL(qRLW-3,qRLW-6-1,qRLW-6-2,qRLW-10)和1個(gè)千粒質(zhì)量QTL(qGWT-7).進(jìn)一步利用MAS法在F3群體中選育出14個(gè)次級染色體片段代換系,包括4個(gè)單片段代換系、5個(gè)雙片段代換系、2個(gè)三片段代換系和3個(gè)四片段代換系．