水稻次級群體QTL研究進展

李鑫++劉進

摘要：次級群體能夠消除大部分遺傳背景的干擾和QTL間的相互影響，提高QTL分析的靈敏度和準確性，是QTL分析的優(yōu)良材料，能夠廣泛應用于QTL鑒定、精細定位、QTL互作和克隆等。綜述了近年來水稻（Oryza sativa L.）次級群體QTL分析的研究進展，對次級群體在水稻QTL研究中的應用進行了討論。

關鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；次級群體；QTL

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2821-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.002

Prospect of Utilization of the Secondary Populations in Rice QTL Analysis

LI Xin1，LIU Jin2

（1.Liaoning Saline or Alkaline Land Utilization and Research Institute， Panjin 124010， Liaoning， China；

2. Rice Research Institute， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： The secondary populations， which were used to map quantitative trait loci （QTLs）， were powerful materials for QTL analysis. Most interference of genetic background and interaction of QTLs would be minimized and the precise of QTL mapping would be improved if QTL mapping were based on the secondary populations. Thus， it could be widely used in QTL identification， QTL fine mapping， analysis of QTL interaction， map based clone and so on. The prospects of utilization of the secondary populations in rice QTL analysis in recent years were examined in this paper， and the application of the secondary populations was also discussed

Key words： rice （Oryza sativa L.）； secondary populations； quantitative trait loci （QTL）

水稻（Oryza sativa L.）的大多數(shù)性狀均屬于數(shù)量性狀，數(shù)量性狀的改善和提高，一直是水稻遺傳改良的重要目標。國內外研究者采用不同群體和分析方法對水稻諸多性狀進行了QTL定位研究，檢測到較多的QTL位點，一些重要性狀的主效QTL相繼被成功克隆[1-3]。但多數(shù)QTL研究是基于初級作圖群體，定位的QTL精度較低，精細定位QTL位點的相對較少，許多研究者相繼提出利用次級群體作圖，能夠提高QTL作圖的準確度，并建立了相關的次級群體[4，5]。本文綜述了近年來水稻次級群體QTL 分析的研究進展，對次級群體在QTL精細定位和克隆中的應用進行了討論和展望。

1 次級作圖群體

QTL作圖群體一般是由親緣關系較遠、性狀差異明顯的兩個親本雜交后，再經(jīng)自交或回交等方法所構建的群體，包括初級作圖群體和次級作圖群體。常用的初級群體有F2群體、回交群體、RILs 群體和DH群體等；次級作圖群體是指經(jīng)過雜交、多代回交和分子標記選擇與改良形成的群體，常用的有染色體片段代換系（CSSLs）、染色體單片段代換系（SSSLs）、近等基因系（NILs）、剩余雜合體群體（RHLs）等，其共同特點是遺傳背景相似，僅帶有少數(shù)供體親本的染色體片段，是進行QTL鑒定、QTL精細定位、QTL互作、QTL克隆和品種改良等的良好材料。

CSSLs是利用分子標記輔助選擇技術建立的一套近等基因系，是在相同的遺傳背景中導入供體親本的染色體片段。它能夠消除遺傳背景的影響，降低效應較大的QTL對效應較小的QTL的遮蓋作用，減少QTL之間的影響，從而使微效QTL被檢測出來，提高QTL鑒定的精確度和靈敏度。由于CSSLs只在個別區(qū)段與受體親本之間有差異，所有與受體親本不同的性狀都可能與這些區(qū)段有關。很多研究者構建了不同遺傳背景的代換系群體，廣泛地應用于水稻產(chǎn)量品質相關性狀的QTL分析，并發(fā)掘、鑒定和精細定位了較多的QTL位點[6-8]。

SSSLs是在CSSLs的基礎上發(fā)展起來的，代換系的染色體基因組上只有一個染色體片段被供體所代替，其遺傳背景更一致，SSSLs與受體親本惟一區(qū)別僅局限于染色體目標區(qū)段，任何性狀差異均與該片段代換有關，具有更高的遺傳研究和利用的價值[1，9]。SSSLs的較好穩(wěn)定性，QTL鑒定的準確性和高效性以及能夠很好地研究QTL與環(huán)境間的互作關系，使得SSSLs群體對QTL定位的效率比常規(guī)分離群體高很多。此外，當SSSLs內所有的代換系之和能覆蓋全基因組時，可以用于全基因組QTL的檢測與剖析，還和常規(guī)育種有機地結合起來，便于快速地應用于育種實踐中[10]。

NILs是指僅攜帶供體QTL的區(qū)段，而其遺傳背景為輪回親本的一組品系，一般通過多代回交，并結合分子標記的方法選擇獲得。其優(yōu)點是只在目標區(qū)間存在差異，而其他遺傳背景高度一致，檢測靈敏度較高，適合用于QTL之間互作的研究，還可以應用于QTL效應的驗證，是QTL研究的理想材料。但是由于NILs的構建需要通過多代回交和多次分子標記篩選，構建時間較長，工作量較大，定位和克隆的QTL數(shù)量有限。endprint

RHLs是指在遺傳背景上純合，而目標區(qū)間仍然呈現(xiàn)雜合狀態(tài)的單株，可直接從重組自交系群體中篩選獲得。近年來，在QTL初步定位基礎上，利用分子標記從RILs群體中篩選目標QTL區(qū)間呈現(xiàn)雜合而背景純合的RHLs，構建RHL-F2逐漸被較多地應用于水稻QTL精細定位及相關性狀QTL的遺傳分解[11，12]。

2 水稻次級作圖群體QTL研究進展

2.1 水稻抽穗期和植株性狀QTL鑒定與定位

Xue等[13]采用CSSLs群體圖位克隆了1個同時控制水稻株高、抽穗期和每穗粒數(shù)的基因Ghd7；楊德衛(wèi)等[8]以9311和Nipponbare雜交、回交構建的CSSLs群體為材料，定位到4個抽穗期相關的QTL，最終將qHD-3和qHD-8分別精細定位在第3號染色體RM3166-RM16206和第8號染色體RM4085-RM8271之間。周勇等[14]利用廣陸矮4號/日本晴的CSSLs鑒定出1個控制抽穗期的主效QTL-qHd8.1，并利用BC4F3群體精細定位了該基因。

鮑錢江等[15]利用珍汕97B/密陽46的RILs群體定位到控制水稻株高1個主效QTL qPH6，進一步利用篩選到的RHL-F2群體將qPH6精細定位在第6號染色體STS標記Si2925和SSR標記RM19417之間，物理距離為51.7 kb區(qū)間內。李生強等[16]和朱金燕等[17]以日本晴/廣陸矮4號構建的CSSLs群體，在不同環(huán)境中對株高進行QTLs，檢測到多個穩(wěn)定表達的QTL位點。羅炬等[18]利用RHL將控制水稻株高qPH3定位在RM16211和RM16237標記之間，物理距離約204 kb區(qū)域內，其貢獻率達76.13%?？讜萚19]以珍汕97B/南陽占的RILs為基礎構建的NILs為材料，通過重疊作圖法將控制水稻株高qPH1精細定位第1號染色體上SHL4和HL13標記之間，物理距離約為90 kb。諸多研究者采用CSSLs對株高及其構成因素進行定位分析，初步得到一些能在多環(huán)境中位點表達的QTL位點，所在區(qū)間相對較為精確[8，20]。

周麗慧等[21]以9311/日本晴的CSSLs群體檢測到20個不同年際間均表達的葉片相關QTL，為這些QTL的精細定位奠定了基礎。王鵬[22]以珍汕97B和9311的BILs和目標QTL區(qū)段的NILs及RHLs群體為試驗材料，將控制劍葉長qFL1精細定位到約31.0 kb的片段上，該片段包含44個候選基因。邵高能等[23]利用D50/HB277衍生的RILs對劍葉形態(tài)及稻米粒形進行QTL分析，篩選了3個目標區(qū)域的RHL，并對相關QTL進行分解和精細定位。

2.2 水稻產(chǎn)量相關QTL鑒定與定位

杜景紅等[11，24]利用RHLs在第6染色體短臂RM587-RM19784區(qū)間檢測到控制水稻產(chǎn)量性狀的QTL，并驗證該區(qū)間對產(chǎn)量性狀具有重要作用，并提出構建次級群體和提高QTL精細定位效率的策略。姜樹坤[25]利用F2群體和RILs群體在第9染色體長臂上RM434-RM242區(qū)段發(fā)現(xiàn)控制穗長、稈長和劍葉長的位點，進一步利用RHL-F2群體對qPCL進行精細定位，最終將qPCL鎖定在RM24423和RM24434之間，兩者相距198 kb。趙芳明等[9]利用SSSLs群體對水稻產(chǎn)量相關性狀QTL進行研究，檢出影響產(chǎn)量相關性狀的13個QTL，平均每個單片段代換系上檢出1.85個，而且置性區(qū)間縮小有利于進一步精細定位相關的QTL。Chang 等[26]利用4個RHLs將產(chǎn)量相關性狀QTL定位于第6染色體短臂的125 kb區(qū)間。Zhou等[27]利用BC2F2（CSSL）群體，將控制水稻粒長的一個主效基因Lk- 4（t）定位在P1-EcoRV和P2-SacⅠ之間的1.4 cM范圍內。

2.3 水稻品質相關QTL鑒定與定位

Li等[28]利用NILs精細定位了gw3.1，將該基因定位在93.8 kb。任德勇等[29]利用CSSLs對穗長進行分析，得到幾個貢獻率較大的QTL。Wan等[30]首先利用Asominori與 IR24的RILs群體對粒重進行QTL分析，得到一個主效gw5，進一步構建CSSLs將gw5精細定位到49.7 kb，并進行了候選基因分析。李生強等[31]利用Nipponbare與廣陸矮4號CSSLs鑒定出了22個與粒形相關的QTL，這為相關粒形QTL的克隆和分子育種奠定了基礎。Guo等[32]利用CSSL50/Asominori雜交和回交，構建了BC4F2次級群體，最終將qPGWC-8定位8G-7和8G-9標記之間，物理距離約140 Kb區(qū)段上。林靜等[33]利用Nipponbare/9311雜交衍生的CSSLs群體對水稻賴氨酸含量進行QTL精細定位，共鑒定出4個與賴氨酸含量相關的QTL，與相應的RILs群體定位結果對比分析發(fā)現(xiàn)，CSSLs減少了遺傳背景的干擾，提高了QTL定位的精確性。曾瑞珍等[10]利用華粳秈74與Basmati 385構建的CSSLs群體精細定位了控制粒寬的QTL Gw-8和粒長QTL gl-3，前者位于RM502與RM447之間，兩者之間的物理距離為55.0 kb，后者位于RM6146和PSM377之間，遺傳距離分別為1.5 cM 和11.0 cM。

2.4 水稻抗逆相關性狀QTL鑒定與定位

Kuroki等[34]以Hokkai-PL9/Hokkai287構建的RIL和CSSLs為試驗材料，精細定位了qCTS8。Virgilio等[35]以M202/IR50的RIL和CSSLs為試驗材料，精細定位了qCTS4和qCTS12，并進行了候選基因分析；朱文銀等[36]以7個CSSLs為材料，利用代換作圖的方法初步定位了2個水稻落粒性主效QTL。劉曉等[37]以越光/kasalath的BILs為試驗材料對苗期耐冷性進行QTL定位，在第12號染色體上檢測到1個控制苗期耐冷性的主效QTL，并最終將主效qCTS-12定位在約77 kb區(qū)域內。聶元元等[38]利用珍汕97B/IRAT109的RILs對抗旱性進行QTL定位，以此為基礎構建NILs和精細定位了控制抗旱相關指標的QTL。韓慶典等[39]以Acc8558和H359為親本，通過構建的單個細菌性條病抗性QTL（qBlsr5a）的NILs，精細定位qBlsr5a，該基因位于在RM153和RM159標記之間，大約290 kb的范圍內。endprint

3 討論

自Wang等[40]利用RFLP標記定位了14個水稻對稻瘟病有部分抗性的QTL以來，水稻QTL分析的研究進展較快，有關水稻QTL研究的報道不斷。但是，大多數(shù)工作僅局限于QTL初步檢測和定位，它可能含有多個控制目標性狀的基因，或者含有相互連鎖的、控制不同性狀的基因，難以應用到育種實踐中。傳統(tǒng)的QTL定位通常利用F2、DH、BCn和RILs等初級分離群體，由于受群體遺傳背景和群體大小的影響，不能確定是單個主效QTL控制，還是多個微效QTL的作用，對其遺傳效應也難以準確評價。初級作圖群體鑒定效應較大的QTL比較容易，但是對效應較小的QTL或相互間存在互作的QTL不容易被鑒定出來。與初級作圖群體相比，次級作圖群體能有效地減少遺傳背景的干擾，大大提高了基因定位的準確性，降低QTL之間的互作和遮蓋作用，因而能夠提高QTL定位的準確度、精確度和靈敏度。

近年來，隨著高密度分子標記圖譜的構建和次級群體的應用，已經(jīng)能夠把控制一個復雜性狀的多個QTL分解開來，并且能確定其在染色體上的準確位置及其效應，QTL研究已進入基因的精細定位和圖位克隆階段。近年來，對復雜性狀QTL精細定位的最常用方法是：利用初級群體初步檢測和驗證QTL，進而利用次級群體（CSSLs、RHLs、SSSLs或NILs）在同質遺傳背景下分析其性狀表型差異，將QTL界定于更為狹小的區(qū)間，最后將其精細定位或克隆。次級作圖群體的應用大大提高了QTL研究的準確度和精確度，采用次級群體成功精細定位和克隆相關QTL的研究報道不斷增加，應用次級群體研究QTL是未來的主要研究方向。

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