利用InDel標記量化中國栽培水稻微核心種質的秈粳成分

姚國新等

摘要：利用34對鑒定秈粳指數(shù)的InDel標記對184份栽培稻微核心種質的秈粳指數(shù)進行量化與評價。結果表明，微核心種質中典型秈稻、秈稻、偏秈、中間型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分別為53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%，偏秈粳中間型的材料較少。

關鍵詞：栽培水稻；微核心種質；秈粳指數(shù)；InDel標記

中圖分類號：S511；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）16-3741-05

Abstract： The indica-japonica index of 184 China mini core collection germplasm were quantified and evaluated with 34 pairs of InDel markers. The results showed that materials of close indica or japonica were few. The proportions of typical indica， indica， close to indica， intermediate type， close to japonica， japonica and typical japonica were 53.26%， 9.24%， 1.63%，1.09%， 3.26%， 9.78% and 21.74%， respectively.

Key words： cultivated rice； mini core collection germplasm； indica-japonica index； InDel marker

水稻在8 000～10 000年前開始栽培，秈粳亞種的分化可能發(fā)生在栽培水稻馴化以前[1]。在分化過程中，由于地理環(huán)境等原因造成秈粳稻在葉色、粒型、株型和葉片絨毛等方面有明顯的差異[2]。典型的秈稻和粳稻在農藝性狀、生長環(huán)境等方面差異明顯，區(qū)分較為容易，而且秈粳雜交也存在天然的生殖隔離，其結實率低。隨著育種工作的開展，許多秈粳雜交的中間材料開始用于育種或品種種植，使得簡單地依靠目測判定秈粳歸屬變得困難。目前，程式指數(shù)法是鑒定水稻秈粳分類的主要方法，依據(jù)稃毛、粒型、抽穗時的殼色、酚反應、葉毛和穗1～2毛節(jié)長度共6個性狀進行綜合評分，確定秈粳歸屬[3，4]。程式指數(shù)法解決了水稻秈粳分類的難題，但在應用過程中，不同的人對同一性狀判定標準不一定完全一樣，而且秈粳分類的性狀需要在大田種植至成熟時才能考察，周期長，且不同的生長環(huán)境，同一品種的農藝性狀差異較大，也會帶來判定誤差。當分子標記出現(xiàn)以后，許多人嘗試利用RFLP、ALFP、RAPD、SSR和InDel等標記去劃分秈粳，均得到可以較好劃分秈粳分類的標記[5-8]，證明利用分子標記作為秈粳分類的標準是可行的。然而簡單地將水稻種質資源劃分為秈粳并不能滿足現(xiàn)代水稻研究或育種的需要，研究者往往需要知道水稻種質內秈粳成分的比例，這對水稻研究和育種利用顯得更為重要。Lu等[9]通過比較秈粳水稻基因組序列，并檢測相應秈粳水稻品種，挑選與秈粳分化選擇位點相關的34對InDel標記用于量化水稻的秈粳成分，并判定秈粳歸屬，經其他人應用證明該系統(tǒng)對秈粳的劃分和成分量化準確可靠[10-12]。

微核心種質是利用最少的種質材料保存盡可能多的基因資源，目前在水稻、大豆、小麥等作物中均已構建完成[13-15]。栽培稻微核心種質代表約70%的栽培水稻遺傳多樣性[13]，絕大部分的遺傳資源都包含在微核心種質中，在水稻基礎和應用研究起到重要作用。本研究利用Lu等[9]開發(fā)的34對InDel標記，系統(tǒng)評價栽培水稻微核心種質的秈粳成分，量化各種質的秈粳指數(shù)，便于研究者利用。

1 材料與方法

1.1 材料種植與管理

189份栽培水稻微核心種質引自中國農業(yè)大學李自超教授實驗室，2012年5月種植于武漢大學校內試驗基地（114.36°E，30.54°N），常規(guī)模式種植管理，因部分材料種子未發(fā)芽，實際獲得184份水稻材料。

1.2 DNA提取、PCR擴增及電泳

于3葉期取所有材料幼葉，CTAB法提取DNA[16]，稀釋至25 ng/μL備用，所用標記來自Lu等[9]開發(fā)的InDel標記，具體信息列于表1。RCR反應體系15 μL，各成分如下：Taq酶（2.5 U/μL）0.2 μL、引物（10 mmol/L）1.5 μL、dNTP（10 mmol/L）0.2 μL、DNA （25 ng/μL）1 μL、H2O 12.1 μL。擴增程序如下：94 ℃預變性5 min；94變性30 s、55 ℃退火40 s、72 ℃延伸40 s，35個循環(huán)；4 ℃ 10 min終止反應。利用3%的瓊脂糖凝膠進行電泳，利用Gellogic200成像系統(tǒng)進行讀帶分析。

1.3 秈粳指數(shù)計算與秈粳劃分標準

依據(jù)Lu等[9]開發(fā)的鑒定水稻秈粳成分的方法，提取184份微核心種質DNA，利用34對InDel標記進行擴增，以9311和日本晴分別作為秈稻和粳稻的標準帶型，按公式（1）和（2）計算各微核心種質的的秈型指數(shù)（Fi）和粳型指數(shù)（Fj）。

Fi=■ （1）

Fj=■ （2）

式中，xii、xjj和xij分別代表位點為純合秈型基因型、純合粳型基因型和秈粳雜合基因型，N表示鑒定的位點個數(shù)。微核心種質的秈粳劃分標準列于表2。

2 結果與分析

2.1 中國栽培稻微核心種質秈粳指數(shù)

利用34對InDel標記對栽培水稻微核心種質DNA進行PCR擴增、電泳、讀帶分析，且典型秈稻以9311為對照（秈型指數(shù)記為1），典型粳稻以日本晴為對照（秈型指數(shù)記為0），計算微核心種質秈型指數(shù)，結果列于表3。由表3可知，184份中國栽培稻微核心種質中，典型秈稻、秈稻、偏秈、中間型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分別為53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%。栽培稻核心種質中秈稻所占比例約為2/3，高于粳稻的入選數(shù)目，可能與秈稻多樣性高于粳稻有關。偏秈和秈粳中間型數(shù)目極少，與秈粳雜交后代瘋狂分離、不穩(wěn)定有關系。

2.2 利用表型與秈粳指數(shù)劃分秈粳稻比較

184份中國栽培稻微核心種質是從初級核心種質庫入選的，依據(jù)表型鑒定的秈粳列于表3。利用34對InDel標記鑒定秈粳與表型鑒定的秈粳分類非常吻合，除了貫推白禾1（統(tǒng)一編號CH1182）、四倍體朝6（統(tǒng)一編號CH1232）和粳7623（統(tǒng)一編號CH1247）3份種質的秈粳分類與表型鑒定的分類有差別外，其他全部一致。這3份種質InDel標記評價均屬于中間型或偏秈，秈粳成分互滲較多，僅從表型判定秈粳屬性可能會有誤差。利用34對InDel標記可以準確量化水稻種質秈粳成分和鑒定秈粳分類。

3 討論

表型鑒定水稻的秈粳只能對其進行分類，不能量化水稻種質內的秈粳成分。利用Lu等[9]開發(fā)的InDel分子標記評價體系可以準確判定水稻種質內的秈粳組成，對于解決秈粳雜交育種中不育問題具有重要的參考價值，特別是對于秈粳雜交親本選配有指導作用，選擇中間類型或是偏秈或偏粳的親本或雙親組配，其后代的結實率較高。栽培稻微核心種質代表中國7萬份水稻70%的遺傳多樣性[13]，量化其秈粳指數(shù)有利于對微核心種質進行進一步研究與利用，特別是在水稻秈粳雜交育種中親本材料選配方面。

參考文獻：

[1] KONISHI S， IZAWA T， LIN S Y， et al. An SNP caused loss of seed shattering during rice domestication[J]. Science， 2006， 312：1392-1396.

[2] 程侃聲.亞洲稻秈粳亞種的鑒別[M].昆明：云南科技出版社， 1993.

[3] 陳成斌，李道遠，林登豪， 等.普通野生稻性狀秈粳分化觀察[J].西南農業(yè)學報，1994，7（2）：1-6.

[4] 姜 勇，李仕貴.利用程氏指數(shù)法對173份水稻材料秈粳屬性的鑒別[J].中國農學通報，2005，21（8）：180-183.

[5] 施勇烽，王渭霞，玄松南，等.四個丹東雜草稻的形態(tài)與微衛(wèi)星標記分析與研究[J].中國稻米，2007（4）：7-11.

[6] 陳 芬，陳 雨，曲延英，等.粵北普通野生稻秈粳分化的SSR分析[J].基因組學與應用生物學，2009，28（1）：51-56.

[7] 李亞莉，馬繼武，楊曉曦，等.利用SSR分析滇型雜交稻親本秈粳分化與雜種優(yōu)勢的關系[J].西南農業(yè)學報，2012，25（2）： 347-353.

[8] 徐 群，許紅云，魏興華，等.基于SSILP、InDel和SSR標記的雜草稻秈粳分類[J].中國水稻科學，2012，26（6）：686-692.

[9] LU B R， CAI X X， JIN X. Efficient indica and japonica rice identification based on the InDel molecular method： Its implication in rice breeding and evolutionary research[J]. Progress in Natural Science，2009，19（10）：1241-1252.

[10] 王明軍，王云月，陸春明，等.利用秈粳稻特異InDel標記分析云南糯稻品種的秈粳特性[J].云南農業(yè)大學學報（自然科學版）， 2010，25（3）：333-337.

[11] 姚國新，黃文超.InDel指數(shù)法評價水稻秈粳成分的驗證[J].河南農業(yè)科學，2013，42（4）：24-27.

[12] 姚國新，黃文超.利用水稻秈粳分化InDel標記鑒定育種材料的秈粳屬性[J].雜交水稻，2013，28（3）：53-57.

[13] ZHANG H L， ZHANG D L， WANG M X， et al. A core collection and min core collection of Oryza sativa L. in China[J]. Thero Appl Genet， 2011，122：49-61.

[14] 邱麗娟，李英慧，關榮霞，等.大豆核心種質和微核心種質的構建、驗證與研究進展[J].作物學報，2009，35（4）：571-579.

[15] 郝晨陽，董玉琛，王蘭芬，等.我國普通小麥核心種質的構建及遺傳多樣性分析[J].科學通報，2008，53（8）：908-915.

[16] MURRAY M G，THOMPSON W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J]. Nucl Acids Res，1980，8：4321-4326.

（責任編輯 呂海霞）

2.2 利用表型與秈粳指數(shù)劃分秈粳稻比較

184份中國栽培稻微核心種質是從初級核心種質庫入選的，依據(jù)表型鑒定的秈粳列于表3。利用34對InDel標記鑒定秈粳與表型鑒定的秈粳分類非常吻合，除了貫推白禾1（統(tǒng)一編號CH1182）、四倍體朝6（統(tǒng)一編號CH1232）和粳7623（統(tǒng)一編號CH1247）3份種質的秈粳分類與表型鑒定的分類有差別外，其他全部一致。這3份種質InDel標記評價均屬于中間型或偏秈，秈粳成分互滲較多，僅從表型判定秈粳屬性可能會有誤差。利用34對InDel標記可以準確量化水稻種質秈粳成分和鑒定秈粳分類。

3 討論

表型鑒定水稻的秈粳只能對其進行分類，不能量化水稻種質內的秈粳成分。利用Lu等[9]開發(fā)的InDel分子標記評價體系可以準確判定水稻種質內的秈粳組成，對于解決秈粳雜交育種中不育問題具有重要的參考價值，特別是對于秈粳雜交親本選配有指導作用，選擇中間類型或是偏秈或偏粳的親本或雙親組配，其后代的結實率較高。栽培稻微核心種質代表中國7萬份水稻70%的遺傳多樣性[13]，量化其秈粳指數(shù)有利于對微核心種質進行進一步研究與利用，特別是在水稻秈粳雜交育種中親本材料選配方面。

參考文獻：

[1] KONISHI S， IZAWA T， LIN S Y， et al. An SNP caused loss of seed shattering during rice domestication[J]. Science， 2006， 312：1392-1396.

[2] 程侃聲.亞洲稻秈粳亞種的鑒別[M].昆明：云南科技出版社， 1993.

[3] 陳成斌，李道遠，林登豪， 等.普通野生稻性狀秈粳分化觀察[J].西南農業(yè)學報，1994，7（2）：1-6.

[4] 姜 勇，李仕貴.利用程氏指數(shù)法對173份水稻材料秈粳屬性的鑒別[J].中國農學通報，2005，21（8）：180-183.

[5] 施勇烽，王渭霞，玄松南，等.四個丹東雜草稻的形態(tài)與微衛(wèi)星標記分析與研究[J].中國稻米，2007（4）：7-11.

[6] 陳 芬，陳 雨，曲延英，等.粵北普通野生稻秈粳分化的SSR分析[J].基因組學與應用生物學，2009，28（1）：51-56.

[7] 李亞莉，馬繼武，楊曉曦，等.利用SSR分析滇型雜交稻親本秈粳分化與雜種優(yōu)勢的關系[J].西南農業(yè)學報，2012，25（2）： 347-353.

[8] 徐 群，許紅云，魏興華，等.基于SSILP、InDel和SSR標記的雜草稻秈粳分類[J].中國水稻科學，2012，26（6）：686-692.

[9] LU B R， CAI X X， JIN X. Efficient indica and japonica rice identification based on the InDel molecular method： Its implication in rice breeding and evolutionary research[J]. Progress in Natural Science，2009，19（10）：1241-1252.

[10] 王明軍，王云月，陸春明，等.利用秈粳稻特異InDel標記分析云南糯稻品種的秈粳特性[J].云南農業(yè)大學學報（自然科學版）， 2010，25（3）：333-337.

[11] 姚國新，黃文超.InDel指數(shù)法評價水稻秈粳成分的驗證[J].河南農業(yè)科學，2013，42（4）：24-27.

[12] 姚國新，黃文超.利用水稻秈粳分化InDel標記鑒定育種材料的秈粳屬性[J].雜交水稻，2013，28（3）：53-57.

[13] ZHANG H L， ZHANG D L， WANG M X， et al. A core collection and min core collection of Oryza sativa L. in China[J]. Thero Appl Genet， 2011，122：49-61.

[14] 邱麗娟，李英慧，關榮霞，等.大豆核心種質和微核心種質的構建、驗證與研究進展[J].作物學報，2009，35（4）：571-579.

[15] 郝晨陽，董玉琛，王蘭芬，等.我國普通小麥核心種質的構建及遺傳多樣性分析[J].科學通報，2008，53（8）：908-915.

[16] MURRAY M G，THOMPSON W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J]. Nucl Acids Res，1980，8：4321-4326.

（責任編輯 呂海霞）

2.2 利用表型與秈粳指數(shù)劃分秈粳稻比較

184份中國栽培稻微核心種質是從初級核心種質庫入選的，依據(jù)表型鑒定的秈粳列于表3。利用34對InDel標記鑒定秈粳與表型鑒定的秈粳分類非常吻合，除了貫推白禾1（統(tǒng)一編號CH1182）、四倍體朝6（統(tǒng)一編號CH1232）和粳7623（統(tǒng)一編號CH1247）3份種質的秈粳分類與表型鑒定的分類有差別外，其他全部一致。這3份種質InDel標記評價均屬于中間型或偏秈，秈粳成分互滲較多，僅從表型判定秈粳屬性可能會有誤差。利用34對InDel標記可以準確量化水稻種質秈粳成分和鑒定秈粳分類。

3 討論

表型鑒定水稻的秈粳只能對其進行分類，不能量化水稻種質內的秈粳成分。利用Lu等[9]開發(fā)的InDel分子標記評價體系可以準確判定水稻種質內的秈粳組成，對于解決秈粳雜交育種中不育問題具有重要的參考價值，特別是對于秈粳雜交親本選配有指導作用，選擇中間類型或是偏秈或偏粳的親本或雙親組配，其后代的結實率較高。栽培稻微核心種質代表中國7萬份水稻70%的遺傳多樣性[13]，量化其秈粳指數(shù)有利于對微核心種質進行進一步研究與利用，特別是在水稻秈粳雜交育種中親本材料選配方面。

參考文獻：

[1] KONISHI S， IZAWA T， LIN S Y， et al. An SNP caused loss of seed shattering during rice domestication[J]. Science， 2006， 312：1392-1396.

[2] 程侃聲.亞洲稻秈粳亞種的鑒別[M].昆明：云南科技出版社， 1993.

[3] 陳成斌，李道遠，林登豪， 等.普通野生稻性狀秈粳分化觀察[J].西南農業(yè)學報，1994，7（2）：1-6.

[4] 姜 勇，李仕貴.利用程氏指數(shù)法對173份水稻材料秈粳屬性的鑒別[J].中國農學通報，2005，21（8）：180-183.

[5] 施勇烽，王渭霞，玄松南，等.四個丹東雜草稻的形態(tài)與微衛(wèi)星標記分析與研究[J].中國稻米，2007（4）：7-11.

[6] 陳 芬，陳 雨，曲延英，等.粵北普通野生稻秈粳分化的SSR分析[J].基因組學與應用生物學，2009，28（1）：51-56.

[7] 李亞莉，馬繼武，楊曉曦，等.利用SSR分析滇型雜交稻親本秈粳分化與雜種優(yōu)勢的關系[J].西南農業(yè)學報，2012，25（2）： 347-353.

[8] 徐 群，許紅云，魏興華，等.基于SSILP、InDel和SSR標記的雜草稻秈粳分類[J].中國水稻科學，2012，26（6）：686-692.

[9] LU B R， CAI X X， JIN X. Efficient indica and japonica rice identification based on the InDel molecular method： Its implication in rice breeding and evolutionary research[J]. Progress in Natural Science，2009，19（10）：1241-1252.

[10] 王明軍，王云月，陸春明，等.利用秈粳稻特異InDel標記分析云南糯稻品種的秈粳特性[J].云南農業(yè)大學學報（自然科學版）， 2010，25（3）：333-337.

[11] 姚國新，黃文超.InDel指數(shù)法評價水稻秈粳成分的驗證[J].河南農業(yè)科學，2013，42（4）：24-27.

[12] 姚國新，黃文超.利用水稻秈粳分化InDel標記鑒定育種材料的秈粳屬性[J].雜交水稻，2013，28（3）：53-57.

[13] ZHANG H L， ZHANG D L， WANG M X， et al. A core collection and min core collection of Oryza sativa L. in China[J]. Thero Appl Genet， 2011，122：49-61.

[14] 邱麗娟，李英慧，關榮霞，等.大豆核心種質和微核心種質的構建、驗證與研究進展[J].作物學報，2009，35（4）：571-579.

[15] 郝晨陽，董玉琛，王蘭芬，等.我國普通小麥核心種質的構建及遺傳多樣性分析[J].科學通報，2008，53（8）：908-915.

[16] MURRAY M G，THOMPSON W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J]. Nucl Acids Res，1980，8：4321-4326.

（責任編輯 呂海霞）