利用野栽分離群體定位水稻粒型相關(guān)QTL

梁云濤，潘英華,2，徐志健

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西水稻遺傳育種重點實驗室，廣西 南寧 530007)

利用野栽分離群體定位水稻粒型相關(guān)QTL

梁云濤1，潘英華1,2，徐志健1

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西水稻遺傳育種重點實驗室，廣西 南寧 530007)

【目的】挖掘水稻粒型相關(guān)QTL位點可為水稻的粒型遺傳機制研究和優(yōu)質(zhì)化分子育種提供理論基礎(chǔ)。【方法】以廣西普通野生稻高代自交系材料ZY03為父本，栽培稻品種日本晴為母本，通過常規(guī)雜交獲得包含160個單株的F2分離群體，并開展粒長、粒寬及粒長寬比等粒型性狀的調(diào)查。利用分布于水稻12條染色體上的184個SSR標(biāo)記對F2群體單株進(jìn)行分子檢測。應(yīng)用MAPMAKER EXP 3.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖。應(yīng)用QTLmapping3.0軟件，采用復(fù)合區(qū)間作圖法(composite interval mapping，CIM)，以LOD=2.5為閾值檢測控制粒長、粒寬和粒長寬比等性狀的QTL?！窘Y(jié)果】在F2群體中，目標(biāo)性狀呈現(xiàn)連續(xù)變異，有明顯的雙向超親分離現(xiàn)象。共檢測到與粒型相關(guān)的QTL 3個，其中1個粒長QTL位于第5染色體RM405～RM548區(qū)間內(nèi)，被命名為qGL5.1，表型貢獻(xiàn)率為10.68 %，加性效應(yīng)為0.02；在第1染色體RM5501～RM486區(qū)間內(nèi)檢測到1個控制粒寬的QTL，被命名為qGW1.1，表型貢獻(xiàn)率為10.56 %，加性效應(yīng)為0.34；在第5號染色體RM405～RM548區(qū)間檢測到1個控制粒長寬比的QTL，被命名為qLWR5.1，表型貢獻(xiàn)率為14.77 %，加性效應(yīng)為0.12。上述所有QTL的增效等位基因均來自于親本ZY03。其中，粒長QTLqGL5.1與粒長寬比QTLqLWR5.1位于同一標(biāo)記區(qū)間內(nèi)。【結(jié)論】從野栽分離群體挖掘到3個野生稻的粒型QTL位點，定位結(jié)果可用于下一步主效QTL的精細(xì)定位和分子標(biāo)記輔助選擇育種。

粒長；粒寬，粒長寬比；QTL

【研究意義】水稻是世界上最重要的糧食作物之一，也是我國的第一大糧食作物。近年來，隨著我國人民生活水平的不斷提高，消費者對稻米品質(zhì)的要求也越來越高，優(yōu)質(zhì)稻米的市場需求量逐年增加。因此，選育既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)的新品種已成為當(dāng)前水稻育種的趨勢。粒型是水稻重要的品質(zhì)性狀，同時也是產(chǎn)量性狀的重要組成部分。粒型主要由谷粒的粒長、粒寬、粒厚等3個性狀構(gòu)成。它們可通過協(xié)同作用調(diào)節(jié)千粒重進(jìn)而影響稻谷產(chǎn)量。因此，改良水稻粒型是改善稻米品質(zhì)和提高水稻產(chǎn)量的有效途徑。大多數(shù)粒型性狀屬于數(shù)量性狀，受到多基因的控制，其遺傳易受環(huán)境和遺傳背景等多種因素的影響。通過全面解析粒型相關(guān)性狀的遺傳機制和挖掘功能基因/QTL位點，可為水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)化育種提供理論依據(jù)和優(yōu)異基因資源，對推動水稻育種新突破具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】近20年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代遺傳理論的進(jìn)步，極大地推動了水稻分子遺傳學(xué)的發(fā)展，從而可以在分子水平上深入解析不同性狀的遺傳機制，并發(fā)掘出大量控制水稻粒型性狀的優(yōu)異基因和QTL位點。到目前為止，各國科學(xué)家已經(jīng)利用RFLP、RAPD、SSR等分子標(biāo)記定位了許多控制粒型的QTL或基因[1]，分別在水稻12條染色體上共檢測到控制粒型性狀的QTL252個，其中包括粒長QTL77個，粒寬QTL109個，以及粒長寬比QTL66個(http://www.gramene.org)。另外，還精細(xì)定位了GW3.1、qGL3.2、GS7、qGL7 -2和GW9.1等控制粒型的主效QTL，以及克隆了GW2[2-3]、GS2[4]、GS3[5]、GS5[6]、GW5[7-8]、GL7[9]和GL3.1[10]等7個粒型基因。這些重要的遺傳位點的發(fā)掘和利用為水稻優(yōu)質(zhì)化育種提供了寶貴的基因材料，有效提升了稻米品質(zhì)。然而，目前主要是以栽培稻為研究對象，粒型基因來源過于單一。野生稻長期生長在自然環(huán)境中，未受到人為選擇干擾，保留了大量栽培稻已喪失的優(yōu)質(zhì)基因資源，是重要的水稻基因?qū)殠?。長期以來，絕大部分被挖掘到的基因/QTL均來自于栽培稻。如何更充分地發(fā)掘和利用野生稻基因已成為當(dāng)前一個熱點研究方向?！颈狙芯壳腥朦c】野生稻基因的發(fā)掘和利用可為水稻育種提供優(yōu)良的基因資源，能進(jìn)一步拓寬水稻親本的遺傳基礎(chǔ)，加快實現(xiàn)水稻育種的新突破?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究將ZY03和日本晴作為親本配組雜交，構(gòu)建F2分離群體，然后利用分子標(biāo)記技術(shù)開展水稻粒型的QTL檢測分析，旨在挖掘出控制粒型的野生稻優(yōu)異基因QTL位點，并從基因組水平上揭示其遺傳機制，為下一步的粒型主效QTL精細(xì)定位及稻米外觀品質(zhì)分子育種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

將1份廣西普通野生稻連續(xù)進(jìn)行10個世代的嚴(yán)格套袋自交，從而獲得遺傳穩(wěn)定的野生稻自交系材料，其中編號為ZY03的自交系材料谷粒細(xì)長、田間綜合表現(xiàn)優(yōu)秀，是優(yōu)良的水稻育種中間材料。試驗以栽培稻品種日本晴作為母本，野生稻自交系ZY03作為父本，通過配組雜交獲得F1代，然后進(jìn)行繁殖加代，獲得160個F2代單株，構(gòu)成作圖群體。所有試驗均在廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所試驗基地完成。

1.2 水稻粒型性狀評價

于2015年夏季在廣西農(nóng)科院水稻研究所試驗田種植親本日本晴和ZY03及160個F2代單株。株行距為20 cm×23 cm，常規(guī)水肥管理。成熟后分別采收親本和F2群體單株主穗，自然曬干，然后從主穗挑選所有飽滿谷粒進(jìn)行考種，取其平均值為表型值。稻谷粒型(粒長、粒寬和長寬比)的測定參照Tan等[11]的方法進(jìn)行。

1.3 DNA提取及分子標(biāo)記檢測

在水稻分蘗期對F2群體中的單株進(jìn)行掛牌取樣，每個單株取2片葉子裝入封口朔料袋，放置在-20 ℃冰箱里備用。DNA提取方法在參考Murray等[12]方法的基礎(chǔ)上略有改動。

參照McCouch等[13]公布的SSR標(biāo)記信息，從中挑選出均勻分布在水稻12條染色體的600對SSR標(biāo)記，由北京華大生物技術(shù)服務(wù)有限公司合成標(biāo)記引物。從F2群體中分別挑選出粒型性狀極大和極小的各10個單株，提取其基因組DNA，分別混合建立高低池。用高低池對600對SSR標(biāo)記進(jìn)行多態(tài)性分析，從中篩選出184個具有多態(tài)的分子標(biāo)記。然后，利用184個多態(tài)標(biāo)記對F2分離群體進(jìn)行分子分析，檢測目標(biāo)性狀QTL。

分子標(biāo)記PCR反應(yīng)體系為10 μl體系，包含模板1 μl(50 ng·μl-1)，引物1 μl(30 ng·μl-1)，2×TaqMasterMix(含染料)4 μl，ddH2O 4 μl。擴增程序為95 ℃預(yù)變性5 min，95 ℃變性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃下延伸30 s，共35個循環(huán)，然后72 ℃下終延伸10 min，待溫度降到10 ℃后取出，放置4 ℃冰箱內(nèi)備用。擴增結(jié)果采用6 %聚丙烯酰胺凝膠電泳及銀染法檢測。PCR擴增程序、凝膠電泳和銀染均參照Panaud等[14]方法。

1.4 QTL檢測分析

利用分布于水稻12條染色體上的184個SSR標(biāo)記對F2群體進(jìn)行分子檢測，應(yīng)用 MAPMAKER EXP 3.0軟件分析實驗數(shù)據(jù)，構(gòu)建分子標(biāo)記連鎖圖譜；然后應(yīng)用QTL mapping3.0軟件進(jìn)行QTL分析，結(jié)合表型值，采用復(fù)合區(qū)間作圖法(Composite interval mapping，CIM)、以LOD=2.5為閾值檢測 QTL。并計算每個QTL的表型貢獻(xiàn)率。QTL命名原則遵循McCouch等[15]方法。采用 Excel軟件對群體的性狀表型值進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.5 QTL連鎖標(biāo)記表型效應(yīng)分析

將QTL連鎖標(biāo)記的日本晴等位基因記為A基因型，ZY03等位基因記為B基因型。從F2群體中挑選出標(biāo)記基因型為AA和BB的單株，應(yīng)用SPSS12.0軟件分別統(tǒng)計AA基因型和BB基因型單株群體的目標(biāo)性狀表型平均值，并分析兩群體表型平均值的差異程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本與F2群體的粒型表現(xiàn)

2親本的粒長、粒寬、粒長寬比等性狀表現(xiàn)差異較大。親本日本晴與ZY03的粒長分別為0.66 cm和0.95 cm(圖1、表1)，親本之間粒長差異達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)。F2群體中的粒長呈現(xiàn)正態(tài)分布，粒長分布范圍為0.69～0.98 cm，變異系數(shù)為6.3 %，群體出現(xiàn)連續(xù)變異，出現(xiàn)明顯的雙向超親分離，且存在個別超親粒長現(xiàn)象。親本日本晴與ZY03的粒寬分別為0.27和0.22cm(圖1,表1)，親本之間粒寬差異達(dá)到顯著水平(P≤0.05)。F2群體中的粒寬呈現(xiàn)正態(tài)分布，粒寬分布范圍為0.28 ～0.38 cm，變異系數(shù)為5.2 %，群體出現(xiàn)連續(xù)變異，出現(xiàn)明顯的雙向超親分離，且存在超親粒寬現(xiàn)象。親本日本晴與ZY03的粒長寬比分別為2.5和4.1(圖1～4，表1)，親本長寬比之間差異達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)。F2群體中的長寬比呈現(xiàn)正態(tài)分布，長寬比分布范圍為2.0～3.1，變異系數(shù)為8.9 %，群體出現(xiàn)連續(xù)變異，出現(xiàn)明顯的雙向超親分離，且存在個別超親長寬比現(xiàn)象。統(tǒng)計分析顯示，粒型性狀在群體上均呈正態(tài)連續(xù)分布，可以推測粒長、粒寬和粒長寬比等3種性狀均屬多基因控制的數(shù)量性狀(圖1～4)。

圖1 日本晴與ZY03的粒型差別Fig.1 Difference of grain shape between Nipponbare and ZY03

圖2 F2群體中粒長的頻度分布Fig.2 The frequency distribution of grain length of F2 population

2.2 粒型性狀之間的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明，粒長與粒寬之間相關(guān)系數(shù)為-0.13，兩者間的相關(guān)性不顯著；而粒長與粒長寬比之間相關(guān)系數(shù)為0.8，兩者具有高度正相關(guān)；粒寬與粒長寬比之間相關(guān)系數(shù)為-0.7，兩者具有顯著負(fù)相關(guān)(表2)。結(jié)果顯示，粒寬與粒長寬比之間，以及粒長和粒長寬比之間均存在顯著的相關(guān)性；而粒長和粒寬相關(guān)性不顯著。由此可以推測，控制粒寬和粒長分別與控制粒長寬比的遺傳調(diào)控機制之間相互緊密關(guān)聯(lián)，而控制粒寬與粒長的調(diào)控機制則相對獨立。

表1 親本及其F2群體粒型相關(guān)性狀表現(xiàn)

注：**為極顯著差異。

Noe:**indicate the significance at the probability levels of 0.01.

圖3 F2群體中粒寬的頻度分布Fig.3 The frequency distribution of grain width of F2 population

2.3 粒型QTL分析

試驗共檢測到與粒型相關(guān)的QTL 3個。其中1個粒長QTL位于5號染色體RM405～RM548區(qū)間內(nèi)，LOD值為2.53，單個QTL對表型的貢獻(xiàn)率為10.68 %，加性效應(yīng)為0.02，被命名為qGL5.1；1個粒寬QTL位于1號染色體RM5501～RM486區(qū)間內(nèi)，LOD值為2.54，單個QTL對表型的貢獻(xiàn)率為10.56 %，加性效應(yīng)為0.34，被命名為qGW1.1；1個控制粒長寬比的QTL位于5號染色體RM405～RM548區(qū)間內(nèi)，LOD值為3.0，單個QTL對表型的貢獻(xiàn)率為14.77 %，加性效應(yīng)為0.12，命名為qLWR5.1(表3、圖5)。其中，粒長QTLqGL5.1與粒長寬比QTLqLWR5.1位于同一個區(qū)間內(nèi)。上述QTL的增效等位基因均來源于親本Y03，表明來自野生稻的等位基因?qū)鹆ｉL、粒寬和粒長寬比等性狀值的增加。

圖4 F2群體中粒長寬比的頻度分布Fig.4 The frequency distribution of length-width ratio of grain of F2 population

2.4 qGL5.1連鎖標(biāo)記表型效應(yīng)分析

與qGL5.1緊密連鎖的分子標(biāo)記有RM405和RM548標(biāo)記。RM405標(biāo)記AA基因型的粒長平均值為0.80 cm，BB基因型的粒長平均值為0.86 cm，BB基因型的平均粒長比AA基因型的粒長長7.50 %，未達(dá)到顯著差異；RM548標(biāo)記AA基因型的粒長平均值為0.80 cm，BB基因型的粒長平均值為0.86 cm，BB基因型的平均粒長比AA基因型長7.50 %，達(dá)到顯著差異(表4)。

2.5 qLWR5.1連鎖標(biāo)記表型效應(yīng)分析

與qLWR5.1緊密連鎖的分子標(biāo)記是RM405和RM548標(biāo)記。RM405標(biāo)記的AA基因型的粒長寬比平均值為2.36，BB基因型的粒長寬比平均值為2.61，BB基因型比AA基因型長了10.60 %，差異達(dá)到極顯著。RM548標(biāo)記AA基因型的粒長寬比平均值為2.37，BB基因型的粒長寬比平均值為2.62，兩者相差10.54 %，差異達(dá)到極顯著(表4)。

表2 粒型性狀之間的相關(guān)性

注：*為顯著差異。

Note:*indicate the significance of correlation at the probability levels of 0.05.

表3 粒型性狀的QTL及其遺傳效應(yīng)

注： 1)加性效應(yīng)；2)顯性效應(yīng)。

Note:1) Additive gene effect;2) Dominance gene effect.

表4 單標(biāo)記效應(yīng)分析

注：A:日本晴基因型，B：ZY03基因型，*為顯著差異，**為極顯著差異。

Note:A：Genotype of Japonica, B:Genotype of ZY03,*and** indicate the significance of at the probability levels of 0.05 and 0.01, respectively.

圖5 粒型QTL在染色體上的分布Fig.5 The distribution of QTLs of grain shape trait on chromosomes

3 討 論

水稻粒型性狀是水稻重要的外觀品質(zhì)，包括粒長、粒寬、粒長寬比、粒厚等性狀，這些粒型性狀通過影響粒重對水稻產(chǎn)量有很大影響[16]，并且粒型與稻米的外觀、加工品質(zhì)，蒸煮后的口感都有著十分密切的關(guān)系[17]。

由于稻米粒型對于水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要性，各國科學(xué)家已經(jīng)做了大量工作，深入研究影響粒型性狀的各種遺傳因素，挖掘控制粒型的基因和QTL用于育種改良。例如，張亞東等[18]利用特大粒粳稻TD70和秈稻Kasalath構(gòu)建了作圖群體，定位了控制粒長的QTL5個，控制粒寬的QTL6個。汪欲鵬等[19]以大粒型水稻材料lg1與9311雜交衍生的F2遺傳分離群體為對象，在3種情況下定位到5個粒長QTL和9個粒寬QTL。趙芳明等[20]利用單片段代換系(SSSL)和雙片段代換系，共檢測到9個水稻粒型性狀QTL。鄒德堂等[21]利用兩個粳稻品種構(gòu)建了F2∶3和BC2F2群體檢測到了與粒長QTL15個，與粒寬QTL8個，籽粒長寬比QTL11個。Hu等[22]構(gòu)建重組自交系，定位了7 個影響粒長和 6個影響粒寬的 QTL。Zeng等[23]利用熱帶粳稻Lemont和秈稻揚稻4號構(gòu)建了作圖群體，定位了4個控制谷粒長的QTL。Sun等[24]利用珍汕97和SLG組配了重組自交系群體，定位了2個控制粒型的QTL。Zhao等[25]用秈粳交后代的染色體片段滲入系構(gòu)建了F3群體，定位了3個粒型相關(guān)主效QTL。隨后，在初步定位的基礎(chǔ)上，可通過構(gòu)建重組自交系等更大的分離群體進(jìn)一步精細(xì)定位粒型基因或主效QTL。Shao 等[9]利用爪哇稻D50與秈稻HB277配制了重組自交系，將控制谷粒長的QTLqGL7-2定位在7號染色體278 kb區(qū)間內(nèi)。Zhang等[4]將控制大粒的基因GS2定位在2號染色體上標(biāo)記GL2-35-1和GL2-12之間33.2 kb區(qū)間內(nèi)。Fan等[5]則利用川7/明恢63構(gòu)建回交群體進(jìn)一步將粒型基因GS3精細(xì)定位在7.9 kb 區(qū)間范圍內(nèi)。另外，經(jīng)過多年努力，至今已成功克隆了多個控制粒型的基因和主效QTL。并通過對遺傳結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)分析，人們可以更清晰和全面地了解它們的遺傳規(guī)律和調(diào)控機制，為水稻優(yōu)質(zhì)化育種提供重要的理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，已克隆的粒型基因GW2包含8個外顯子，編碼一個環(huán)型E3泛素連接酶，通過將其底物錨定到蛋白酶體進(jìn)行降解，從而負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞的分裂，顯著地增加粒寬和千粒重，從而增加單株產(chǎn)量，該等位基因同時也能增加每株穗數(shù)、延長生育期，并顯著地降低每穗粒數(shù)和主穗長度，表明GW2具有明顯的一因多效[2-3]。粒型基因GW5編碼一個核定位蛋白，GW5功能的缺失將不能將泛素轉(zhuǎn)移到靶蛋白上，因而使得本應(yīng)降解的底物不能被特異識別，進(jìn)而激活穎花外殼細(xì)胞的分裂，增加穎花外殼的寬度，最終導(dǎo)致谷殼的寬度、粒重以及產(chǎn)量的增加[7-8]。GS5是同時影響粒寬和粒重的主效QTL，編碼一個絲氨酸縮肽酶，啟動子區(qū)域調(diào)控GS5的表達(dá)量，從而控制粒寬[6]。GW8基因通過調(diào)控細(xì)胞周期基因CDKA1、CYCD3 和E2F2的表達(dá)來影響穎殼細(xì)胞數(shù)目，最終正調(diào)控粒寬和粒重[26]。本研究分別在第1、5染色體上檢測到的3個粒長、粒寬和粒長寬比QTL，其中，qGL5.1、qLWR5.1的定位區(qū)間被發(fā)現(xiàn)與GS5重疊，但由于定位的區(qū)間比較大，尚不能明確qGL5.1、qLWR5.1是否與GS5等位。仍需要開展進(jìn)一步的工作，構(gòu)建更大的分離群體，通過加大檢測標(biāo)記的密度，對其精細(xì)定位后才能確定與已知基因/QTL位點的關(guān)系。

本研究利用廣西野生稻資源，通過采取分子標(biāo)記技術(shù)，挖掘到3個野生稻的粒型QTL位點?；蜉d體ZY03是野生稻通過多代自交和選擇而獲得野生稻自交系材料，具有遺傳穩(wěn)定、綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)秀等特點，是優(yōu)良的育種中間材料。QTL的檢測分析從分子水平上更準(zhǔn)確的闡明了ZY03的粒型遺傳機制，為下一步稻米品質(zhì)的育種改良提供重要的理論依據(jù)，縮短了育種周期，加快了野生稻優(yōu)異基因資源利用的步伐。

在本研究中，還通過對QTL連鎖標(biāo)記的表型效應(yīng)分析，期望能獲得可以應(yīng)用于分子育種的分子標(biāo)記。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在F2分離群體中，與qGL5.1連鎖的分子標(biāo)記RM548，以及與qLWR5.1連鎖的標(biāo)記RM405和RM548，它們ZY03等位基因型(AA)植株的谷粒長和谷粒長寬比平均值明顯高于日本晴(BB)，說明上述標(biāo)記與目標(biāo)性狀緊密連鎖，可以在今后水稻分子育種實踐中作為指示標(biāo)記改良水稻粒型性狀。

4 結(jié) 論

本研究利用野栽雜交的F2分離群體，采用分子標(biāo)記技術(shù)，共挖掘到來源于野生稻的粒型QTL 3個，1個粒長QTL位于5號染色體RM405～RM548區(qū)間內(nèi)，被命名為qGL5.1；1個粒寬QTL位于1號染色體RM5501～RM486區(qū)間內(nèi)，被命名為qGW1.1；1個控制粒長寬比的QTL位于5號染色體RM405～RM548區(qū)間內(nèi)，被命名為qLWR5.1。所有QTL的增效等位基因均來源于親本野生稻自交系ZY03。其中，粒長QTLqGL5.1與粒長寬比QTLqLWR5.1位于同一個染色體區(qū)間。本研究的定位結(jié)果可為下一步主效QTL的精細(xì)定位和分子標(biāo)記輔助選擇育種奠定了基礎(chǔ)。

[1]高志強，占小登，梁永書，等.水稻粒形性狀的遺傳及相關(guān)基因定位與克隆研究進(jìn)展[J]．遺傳，2011，33(4):314-321.

[2]Song X J, Huang W, Shi M,et al．A QTL for rice grain width and weight encodes a previously unknown RING-type E3 ubiquitin ligase[J]. Nature Genetics, 2007, 39(5): 623-630.

[3]Yan S, Zou G H, Li S J, et al. Seed size is determined by the combinations of the genes controlling different seed characteristics in rice[J]. Theoretical and Applied Genetics, 2011, 123(7): 1173-1181.

[4]Zhang W H, Sun P Y, He Q, et al. Fine mapping ofGS2, a dominant gene for big grain rice[J]. The Crop Journal, 2013, 1(2): 160-165.

[5]Fan C H, Xing Y Z, Mao H L, et al.GS3, a major QTL for grain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes a putative transmembrane protein[J]. Theoretical and Applied Genetics, 2006, 112(6): 1164-1171.

[6]Wang E, Xu X，Zhang L, et al. Duplication and independent selection of cell-wall invertase genesGIF1 andOsCIN1 during rice evolution and domestication[J]. BMC Evolutionary Biology, 2010, 10(1): 108.

[7]Liu J F, Chen J, Zheng X M, et al.GW5 acts in the brassinosteroid signalling pathway to regulate grain width and weight in rice[J]. Nature Plants, 2017, 3:17043.

[8]Weng J F ,Gu S H, Wan X Y, et al. Isolation and initial characterization ofGW5, a major QTL associated with rice grain width and weight[J]. Cell Research, 2008, 18(12): 1199-1209.

[9]Shao G N, Tang S Q, Luo J, et al. Mapping ofqGL7-2, a grain length QTL on chromosome 7 of rice[J]. Journal of Genetics and Genomics, 2010, 37(8): 523-531.

[10]Qi P, Lin Y S, Song X J, et al. The novel quantitative trait locusGL3.1 controls rice grain size and yield by regulating Cyclin-T1;3[J]. Cell Research, 2012, 22(12): 1666-1680.

[11]Tan Y F, Xing Y Z,Li J X, et al. Genetic bases of appearance quality of rice grains in Shanyou 63,an elite rice hybrid[J].Theoretical and Applied Genetics,2000, 101(6): 823-829.

[12]Murray M G, Thompson W F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA[J]. Nucleic Acids Research,1980, 8(19): 4321-4326.

[13]McCouch S R, Kochert G, Yu Z H, et al. Molecular mapping of rice chromosomes[J]. Theoretical and Applied Genetics, 1988, 76(6): 815-829.

[14]Panaud O, Chen X, McCouch S R. Development of microsatellite markers and characterization of simple sequence length polymorphism (SSLP) in rice (OryzasativaL.)[J]. Molecular and General Genetics,1996, 252(5): 597-607.

[15]McCouch S R, Cho Y G, Yano M, et al. Report on QTL nomenclature[J]. Rice Genetics Newsletter,1997, 14: 11-13.

[16]Qiu X J, Gong R, Tan Y B, et al. Mapping and characterization of the major quantitative trait locusqSS7 associated with increased length and decreased width of rice seeds[J]．Theoretical and Applied Genetics, 2012, 125(8)：1717-1726．

[17]徐正進(jìn)，陳溫福，馬殿榮，等．稻谷粒形與稻米主要品質(zhì)性狀的關(guān)系[J]．作物學(xué)報，2004，30(9)：894-900.

[18]張亞東，張穎慧，董少玲，等．特大粒水稻材料粒型性狀的QTL檢測[J]．中國水稻科學(xué)，2013,27(2)： 122-128.

[19]汪欲鵬，王根發(fā)，武志峰，等.大粒型水稻材料粒型性狀的 QTL 定位[J].核農(nóng)學(xué)報，2016，30(12):2295-2303.

[20]趙芳明，張桂權(quán)，曾瑞珍，等.基于單片段代換系的水稻粒型 QTL 加性及上位性效應(yīng)分析[J].作物學(xué)報，2011, 37(3): 469-476.

[21]鄒德堂，劉忠良，趙宏偉，等.利用F2∶3和BC2F2群體定位水稻粒型和粒重QTL[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，45(9): 9-17.

[22]Hu W, Wen M, Han Z M, et al. Scanning QTLs for grain shape using a whole genome SNP array in rice[J].J Plant Physiology and Biochemistry,2011(3): 104.

[23]Zeng Y X, Ji Z J, Wen Z H, et al.Combination of Eight Alleles at Four Quantitative Trait Loci Determines Grain Length in Rice[J].Plos One, 11(3): e0150832.

[24]Sun L, Ma D P, Yu H H，et al. Identification of quantitative trait loci for grain size and the contributions of major grain-size QTLs to grain weight in rice[J].Molecular Breeding,2013,31(2):451-461.

[25]Zhao F M, Tan Y, Zheng L Y, et al.Identification of rice chromosome segment substitution line Z322-1-10 and mapping QTLs for agronomic traits from the F3 population[J]. Cereal Research Communications,2016,44(3):1-11.

[26]Wang S K, Wu K, Yuan Q B，et al. Control of grain size，shape and quality byOsSPL16 in rice[J].Nature Genetics,2012,44(8):950-954.

QTLsMappingofGrainShapeofRicebyUsingOffspringDerivedfromCrossofOryzarufipogonGriff.andCultivatedRice

LIANG Yun-tao1，PAN Ying-hua1,2, XU Zhi-jian1

(1. Rice Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007,China;2. Guangxi Key Laboratory of Rice Genetics and Breeding, Guangxi Nanning 530007,China)

【Objective】Grain shape is an important trait affecting grain quality of rice and one of key factors determining the thousand seed weight and production of rice. Mining QTL loci associating with grain shape could provide theoretic basis for research on genetic mechanism of grain shape and molecular breeding for improving grain quality of rice.【Method】We constructed F2population with 160 plants derived from a cross of an inbred line ofOryzarufipogonGriff. ZY03 and Nipponbare. Grain length, grain width and length-width ratio of grain of F2plants were surveyed. 184 polymorphic SSR makers distributing on 12 chromosomes were used for mapping QTLs of grain length, grain width and length-width ratio of grain. QTL analysis was carried out by using both MAPMAKER EXP 3.0 and QTLmapping3.0. The QTLs was determined as value of LOD was 2.5.【Result】Phenotypic value of grain shape trait of F2plants showed continuous variation and strong transgressive segregation. Three QTLs associating with grain length, grain width and length-width ratio of grain were detected. These QTLs were distributed on the chromosome 1,5. Two QTLs, namelyqGL5.1 andqLWR5.1, were distributed on the chromosome 5.One QTL, namelyqGW1.1, was located on the chromosome 1.qGL5.1 controlling grain length was mapped in the marker interval RM405-RM548 on the chromosome 5, which explained 10.68 % of the total phenotypic variation.qLWR5.1 controlling length-width ratio of grain was located in the marker interval RM405-RM548 on the chromosome 5, which explained 14.77 % of the total phenotypic variation.qGW1.1 controlling length-width ratio of grain was mapped in the marker intervalRM5501-RM486 on chromosome 1,which explained 10.56 % of the total phenotypic variation.qGL5.1 andqLWR5.1 were mapped in the same marker interval on chromosome 5.Alleles of all QTLs were derived from ZY03.【Conclusion】By applying molecular marker, three wild rice QTLs were detected in F2population derived from cross of wild rice and cultivated rice. Molecular genetic mechanism controlling grain shape of rice was illuminated in this work，which would be helpful for fine mapping of major QTLs and molecular breeding in the furture.

Grain length; Grain width;Length-width ratio of grain; QTL

1001-4829(2017)10-2161-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.001

2017-07-03

廣西壯族自治區(qū)主席科技資金項目“野生稻優(yōu)異基因的挖掘和利用研究”(1517-03)；國家科技資源共享服務(wù)平臺項目“國家野生稻種質(zhì)資源平臺(南寧)”(NICGR2017-039)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(優(yōu)勢學(xué)科團(tuán)隊項目)“野生稻資源保護(hù)與利用研究”(2015YT14)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(廣西藥用野生稻基因MKK3的功能驗證(桂農(nóng)科2017YZ08),廣西野生稻等保護(hù)點目標(biāo)物種居群多樣性分析”(2015JZ12403),野生稻抗逆基因挖掘[2015JZ24])

梁云濤(1975-)，壯族，男，廣西崇左人，碩士，副研究員，主要從事野生稻種質(zhì)資源研究，E-mail：liangyt@sina.com。

S511

A

(責(zé)任編輯 陳 格)