Wx與ALK主要等位基因不同組合對稻米品質的影響

陳專專 楊勇 馮琳皓 孫曄 張昌泉, 2 范曉磊, 2 李錢峰, 2 劉巧泉, 2,*

與主要等位基因不同組合對稻米品質的影響

陳專專1楊勇1馮琳皓1孫曄1張昌泉1, 2范曉磊1, 2李錢峰1, 2劉巧泉1, 2,*

(1揚州大學 農學院 植物功能基因組學教育部重點實驗室/江蘇省作物基因組學和分子育種重點實驗室, 江蘇 揚州 225009；2揚州大學 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇 揚州 225009；*通信聯系人, E-mail: qqliu@yzu.edu.cn)

【】稻米蒸煮和食味品質主要受和兩個主效基因的調控。這兩個基因在栽培稻中存在多個復等位變異，本研究旨在明確和基因的主要等位變異及其組合對稻米品質的影響。將的3個主要等位基因（Wx、Wx和）與的2個主要等位基因（ALK和ALK）進行不同的組合，在粳稻品種日本晴（Nip）背景下創(chuàng)建6個含有和基因不同等位變異組合的近等基因系。通過測定近等基因系的稻米理化品質明確不同等位基因及其組合對稻米品質的效應。在相同的基因型背景下，含Wx等位基因稻米的糊化溫度極顯著低于型和Wx型的近等基因系。稻米黏滯性受和等位基因組合影響較大，等位變異主要影響稻米的峰值黏度、峰值時間和冷膠黏度；在相同背景下，等位基因主要影響稻米RVA譜的起漿溫度，對稻米崩解值和消減值的影響不顯著?？傮w來看，Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK型稻米具有較高直鏈淀粉含量和崩解值，較低的膠稠度，因而食味值較差；Nip-/ALK和Nip-Wx/ALK型水稻具有適中的直鏈淀粉含量、較軟的膠稠度以及較低的糊化溫度，因此這兩個近等基因系熱飯和冷飯的食味值較好；雖然Nip-Wx/ALK的糊化溫度較高，但因其適中的直鏈淀粉含量和較高的膠稠度，其冷飯食味值降幅較小；Nip-/ALK稻米的熱飯食味值與Nip-/ALK、Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK無差異，但因其較高的糊化溫度，其冷飯食味值顯著下降?；蜃儺愔饕绊懙久字辨湹矸酆亢湍z稠度，對糊化溫度有一定的影響；基因變異主要影響糊化溫度，對直鏈淀粉含量無顯著影響，對膠稠度存在微效影響。

蠟質基因；糊化溫度基因；等位基因；近等基因系；稻米品質

淀粉是稻米胚乳的主要成分，約占水稻種子總質量的80%~90%[1]，因而淀粉含量和理化特性極大地影響稻米品質。淀粉的理化特性主要包括直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度和快速黏度分析(rapid visco analyzer, RVA)特性等，這些指標可以直觀地反映稻米食用及蒸煮品質的優(yōu)劣[2-3]。其中，直鏈淀粉含量是由基因編碼的顆粒結合淀粉合成酶GBSSⅠ(granule bound starch synthesisⅠ)調控的，基因的等位變異會導致水稻胚乳中直鏈淀粉含量的差異[4-6]；編碼可溶性淀粉合成酶SSⅡa (soluble starch synthesisⅡa)，該基因的等位變異是導致品種間稻米糊化溫度差異的主要原因[5,7]。同時，和也是控制稻米膠稠度和RVA特性的主效基因[5]。鑒于和及其等位變異對稻米品質的重要影響，明確水稻和基因主要等位變異組合對品質的效應，能為稻米品質的改良提供重要的實踐指導意義。

栽培稻中基因存在多個復等位變異，包括Wx、Wx、Wx、Wx、Wx、Wx、等[8]，其中在我國育成品種中應用最多的是Wx、Wx和三個等位基因[9]。有無直鏈淀粉是區(qū)分非糯稻與糯稻的判斷依據，這種差異是由基因的缺失突變引起的，非糯稻的基因型為，糯稻的基因型為。我國非糯水稻品種中主要應用的是Wx和Wx兩種等位變異，對應高和中低直鏈淀粉含量[10]。以上3個等位基因調控直鏈淀粉合成的分子機理及其對稻米品質的影響較為明確[4-6, 8]?；虻牡任蛔儺愂且鹬ф湹矸劢Y構差異進而導致稻米糊化溫度差異的主要原因[7, 11]。雖然基因在自然界中存在較多的單倍型，但根據其編碼的酶是否有活性，主要分為兩大類[12]：控制高糊化溫度的ALK(又稱a)和控制低糊化溫度的ALK(又稱a)。與基因相似，基因也存在秈粳稻之間的分化，其中ALK主要存在于秈稻中，ALK主要存在于粳稻中。

目前，雖然有不少學者圍繞和等位基因的功能及其對品質的效應開展了大量研究，但鮮有研究分析二者不同等位基因組合對稻米品質的具體效應。有學者在已知基因型的水稻材料中測定糊化溫度，認為稻米糊化溫度與基因型不相關，推斷糊化溫度與位點無相關性[13-14]，但該研究中沒有區(qū)分相同等位基因背景下的等位變異對稻米糊化溫度的影響。Saiyavit等[15]以11個泰國水稻品種為試驗材料，發(fā)現糊化溫度與直鏈淀粉含量顯著正相關。蘇文麗等[16]利用遺傳背景相對一致的重組自交系BC1F8株系中的58個單株為材料，發(fā)現稻米直鏈淀粉含量與糊化溫度呈極顯著負相關。Xiang等[17]考查了17個水稻品種中的等位變異和的等位變異對稻米理化品質的效應，發(fā)現Wx背景下的低糊化溫度ALK/ALK型的直鏈淀粉含量和糊化溫度較低，膠稠度較軟，品質較好；并且發(fā)現利用RVA曲線可以直觀地區(qū)分直鏈淀粉含量和膠稠度對品質的影響，但不能區(qū)分糊化溫度對品質的影響。以上這些研究明確了的等位變異和的等位變異及其組合對稻米品質的可能影響，但都是在背景不同的品種中開展的。為此，本研究聚焦基因和基因的主要等位變異(Wx/Wx/和ALK/ALK)，通過創(chuàng)建近等基因系來研究這些等位變異組合對稻米品質的效應。近等基因系材料的創(chuàng)建和使用消除了遺傳背景和生長環(huán)境對品質性狀的影響，在相同的遺傳背景和環(huán)境條件下研究和不同等位基因組合對稻米理化品質的影響，對于圍繞稻米品質相關的重要基因開展優(yōu)質稻米的分子設計育種有著重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 水稻近等基因系的構建與種植

本實驗室在前期研究中已構建了在日本晴(Nipponbare, Nip)背景下分別含有、Wx和Wx不同等位基因三個近等基因系Nip-/ALK, Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK，它們的位點都是來自日本晴本身的ALK等位基因[8]，和Wx的供體親本分別為粳糯稻品種蘇御糯和秈稻品種龍?zhí)馗?表1)。以上述三個近等基因系為受體親本，進一步以高糊化溫度的秈稻品種中恢9308(攜帶ALK等位基因)為供體親本，通過雜交和多次回交并結合分子標記輔助選擇，分別構建含有不同等位基因、相同ALK等位基因的另三個近等基因系Nip-/ALK, Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK(表1)。所用近等基因系都經過至少6代回交和多次自交選育獲得。所用水稻材料在揚州大學農學院水稻試驗田和海南陵水育種基地種植(加代繁殖)，按常規(guī)的水肥條件進行栽培管理。用于品質測定的材料同季種植于揚州大學農學院水稻試驗田。

1.2 DNA抽提與分子標記檢測

水稻基因組DNA的抽提按Murray和Thompson[18]的方法進行。針對糯稻品種中基因第2外顯子中前部23 bp的插入，設計分子標記ND以區(qū)分糯稻和非糯稻[19]。針對Wx和Wx兩個等位基因在第一內含子處CT序列變異設計分子標記QRM190[20]。基于基因第8外顯子4211 bp（A/G多態(tài)性），設計四引物4211以區(qū)分ALK和ALK。引物設計采用Primer 5.0軟件，引物序列詳見表2，PCR產物用3%瓊脂糖凝膠電泳分離鑒定。

1.3 樣品制備與稻米理化品質的測定

米粉的制備以及直鏈淀粉含量和膠稠度的測定參照農業(yè)部頒布的標準《米質測定方法》（NY147–1988）進行。米粉熱力學特性的測定參照Zhang等[21]的方法進行，采用差示掃描量熱儀DSC 200 F3（德國耐馳公司）配套的軟件進行作圖分析[22]。稻米的黏滯性采用3-D型淀粉黏滯性快速測定儀（Newport Scientific，澳大利亞）進行測定[23]，并用配套軟件進行分析。米粉粗蛋白含量的測定根據中華人民共和國國家標準[24]，采用全量凱氏定氮法進行。

1.4 米飯食味值的測定

米飯食味值采用RCTA-11A型米飯食味計（日本佐竹）進行測定，具體步驟如下：稱取整精米20.0 g，使用配套的淘米用具在自來水下清洗，清洗完畢后轉移至盛有40 mL蒸餾水的鋁制容器中，用電飯鍋蒸煮30 min后室溫冷卻20 min，稱取8.0 g米飯，裝入金屬環(huán)內，正反方向各壓10 s，置于食味儀上測得熱飯食味值。測過熱飯食味值的樣品于4℃下保存過夜后用相同的程序測得冷飯食味值。

1.5 數據分析

數據采用Microsoft Excel 2016 以及SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析；采用Adobe Illustrator制圖；采用最小顯著性差異（LSD）法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 近等基因系中Wx和ALK基因型及植株表型的鑒定

用引物ND區(qū)分與Wx（或Wx），分子標記鑒定結果顯示，Nip-背景下的PCR產物比Nip-Wx背景下的產物大23 bp（圖1-A）。引物QRM190可以區(qū)分Wx與Wx，QRM190引物的分子標記鑒定結果顯示，Nip-Wx背景下的PCR產物條帶較大，Nip-Wx背景下的PCR產物條帶較?。▓D1-B）。引物4211可以區(qū)分ALK(4211A)和ALK(4211G)，4211(A/G)四引物的分子標記鑒定結果顯示，Nip-ALK背景下的PCR產物條帶為503 bp和197 bp，Nip-ALK背景下的PCR產物條帶為503 bp和343 bp（圖1-C）。6個近等基因系在田間生長期的表型無顯著差異，株高、抽穗期、粒形和粒重等也無顯著差異。

表1 近等基因系的基本信息

表2 用于鑒定水稻Wx和ALK不同基因型的分子標記

A－采用引物ND進行PCR鑒定。B－采用引物QRM190進行PCR鑒定。C－采用引物4211進行PCR鑒定。

Fig. 1. Identification ofandgenotypes in NILs by PCR.

2.2 ALK等位變異對稻米直鏈淀粉含量的影響

對成熟籽粒的品質進行比較發(fā)現，含有Wx、Wx和不同等位基因的三組近等基因系稻米直鏈淀粉含量存在極顯著差異，表現為Wx(直鏈淀粉含量為28.1%~29.4%)>Wx(14.2%~14.8%)>(4.0%~4.1%)(圖2-A)。而在相同的Wx、Wx或背景下，ALK和ALK近等基因系稻米之間的直鏈淀粉含量無顯著差異，說明等位變異對稻米直鏈淀粉含量無顯著影響。前人研究表明，具有相同基因型的一些水稻品種的直鏈淀粉含量依然存在較大的差異，說明稻米直鏈淀粉含量除了受主效基因控制外，還會受到其他基因的影響。此前，有研究表明調控糊化溫度的基因與直鏈淀粉含量無顯著相關性[7, 25-26]。

2.3 Wx等位變異對稻米糊化特性有顯著影響

由表3和圖3可見，ALK近等基因系稻米的起始糊化溫度(T)、峰值糊化溫度(T)和終止糊化溫度(T)都極顯著低于ALK，說明的等位變異是引起不同稻米間糊化溫度差異的最主要原因。進一步分析發(fā)現，在相同ALK背景下，不同等位基因的近等基因系間糊化溫度有一些差異，尤其是Wx基因型稻米的糊化溫度顯著低于Wx或型；在相同ALK背景下的三個等基因系中，也出現類似的情況。具體表現為Nip-Wx/ALK和Nip-/ALK，Nip-Wx/ALK和Nip-/ALK之間的峰值糊化溫度幾乎無差異；但Nip-Wx/ALK稻米的峰值糊化溫度極顯著低于Nip-Wx和Nip-背景下的ALK近等基因系；同樣地，Nip-Wx/ALK稻米的T極顯著低于Nip-Wx和Nip-背景下的ALK近等基因系。前人利用不同的水稻材料進行研究，認為糊化溫度與直鏈淀粉含量呈顯著負相關[25, 27]。在本研究中Wx背景下近等基因系稻米的糊化溫度低于Wx和背景下相應的近等基因系，說明稻米糊化溫度不僅受主效基因控制，也會受到基因的影響。

對近等基因系的品質性狀進行方差分析，并用新復極差法進行多重比較。相同小寫字母表示近等基因系間無顯著差異(n=3)。

Fig. 2. Effect ofandallelic diversity on rice eating and cooking qualities.

圖3 Wx與ALK等位基因組合對米粉差示掃描量熱(DSC)圖譜的影響

Fig. 3. Effect ofandallelic diversity on differential scanning calorimetry(DSC) curve of rice flour.

2.4 Wx和ALK不同等位變異組合對其他品質性狀的影響

本研究中日本晴背景下6個近等基因系稻米的膠稠度均超過50 mm，都屬于優(yōu)質米范疇。其中，基因的等位變異對稻米膠稠度的影響較大，具體表現為高直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下稻米膠稠度數值極顯著低于Nip-Wx和Nip-型(圖2-B)；而中低直鏈淀粉含量的Nip-Wx與糯稻Nip-的稻米之間的膠稠度幾乎無差異。基因的等位變異對稻米的膠稠度也有一定的影響，在糯稻Nip-和高直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下，ALK型稻米與ALK型稻米之間的膠稠度沒有顯著差異；但在中低直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下Nip-Wx/ALK型稻米的膠稠度顯著高于Nip-Wx/ALK型。

從圖2-D和表4可以看出，基因等位變異主要影響稻米的峰值黏度和峰值時間。Nip-Wx的峰值黏度最高，Nip-的峰值黏度最低；Nip-的峰值時間最早，Nip-Wx的峰值時間最遲。相同背景下等位變異對米粉黏度影響不大。前人對稻米淀粉RVA譜特征值與其他食味品質指標的關系進行研究，發(fā)現稻米消減值與表觀直鏈淀粉含量極顯著正相關[28]。在本研究中Nip-背景下的兩個近等基因系稻米的RVA曲線整體較低，其峰值黏度、熱漿黏度和冷膠黏度都較低，Nip-Wx背景下稻米的峰值黏度最大，加上這兩個近等基因系稻米的冷膠黏度極顯著低于Nip-Wx的近等基因系，因此Nip-Wx稻米的崩解值大于Nip-Wx型稻米。等位變異主要影響稻米的起漿溫度，表現為ALK背景的近等基因系稻米的糊化溫度高于ALK背景下相應的近等基因系，相同的ALK或ALK背景下，Wx近等基因系米粉的起漿溫度低于Wx和的近等基因系，這與糊化溫度的規(guī)律一致。稻米崩解值受到基因和基因的共同影響，表現為ALK近等基因系稻米的崩解值要高于ALK型。在相同的背景下，基因型對稻米崩解值的影響表現為Wx>>Wx。結合消減值來看，Nip-Wx近等基因系稻米的消減值較高，因而食味值較差；Nip-Wx背景下高糊化溫度的ALK型稻米的崩解值最大，消減值較小。

表3 Wx與ALK等位基因組合對米粉差示掃描量熱(DSC)特征值的影響

表中數據均采用平均值±標準差表示(=2)。同列相同字母表示基因型間無差異。下表同。

The data in the table are represented by mean ±SD(=2). In a column, the same letter indicate no difference among genotypes. The same as below.

表4 Wx與ALK等位基因組合對米粉黏滯性的影響

2.5 Wx和ALK不同等位變異組合對稻米食味值的影響

從表5中的熱飯食味值可以看出，Nip-Wx背景下的近等基因系稻米的外觀、黏度和平衡度均極顯著低于Nip-Wx和Nip-背景下相應的近等基因。此外，Nip-Wx近等基因系稻米的硬度極顯著高于Nip-Wx和Nip-的近等基因系，Nip-Wx背景下近等基因系熱飯食味值的綜合評分極顯著低于Nip-Wx和Nip-背景下的近等基因系，具有中低直鏈淀粉含量的Wx型與糯稻型稻米的熱飯食味值無顯著差異。熱飯食味值在相同背景下的兩個近等基因系之間無差異。就冷飯食味值而言，Nip-Wx背景下的兩個近等基因系的綜合評分依然最低，在熱飯食味值評分相對一致的Nip-Wx和Nip-的4個近等基因系中，ALK的近等基因系冷飯的食味值降幅要大于ALK的近等基因系。其中，Nip-/ALK近等基因系稻米的外觀、黏度和平衡度極顯著下降，導致其綜合評分極顯著下降，但在中低直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下，高糊化溫度ALK近等基因系的冷飯食味值雖有下降，但評分顯著高于Nip-Wx和Nip-背景下的ALK近等基因系。

3 討論

3.1 直鏈淀粉主要受Wx基因影響，不受ALK基因影響

前人在對稻米品質的相關研究中，以直鏈淀粉含量為切入點開展的研究較多。曾瑞珍等[29]在243個水稻品系中檢測到15種復等位基因。有研究者認為栽培稻中的等位基因均由祖先基因Wx經過自然進化和人工選擇而來[8]。在所有的等位變異中，以Wx、Wx和三個等位基因占比較大。其中秈稻中以Wx為主，攜帶該等位基因的稻米屬于高直鏈淀粉類型，直鏈淀粉含量可以達到25%以上；粳稻中以Wx為主，直鏈淀粉含量屬于中等至較低水平(15%~18%)，在糯稻品種中等位基因是，由于第2外顯子上存在23 bp堿基的插入，導致基因的轉錄提前終止，不能翻譯完整的GBSSⅠ來催化合成直鏈淀粉，因此糯稻的直鏈淀粉含量極低。本研究結果表明稻米直鏈淀粉含量主要受基因影響，不同基因型稻米的直鏈淀粉含量含量高低排序為Wx>Wx>。并且在本研究中等位變異對稻米直鏈淀粉含量無影響，表現為在相同的Nip-Wx、Nip-Wx或Nip-背景下相應的ALK和ALK近等基因系稻米之間的直鏈淀粉含量無顯著差異。這是由于基因主要通過改變支鏈淀粉結構來影響糊化溫度[30]，對直鏈淀粉含量沒有影響。但有研究表明，直鏈淀粉含量相似的水稻品種之間的品質仍然存在較大的差異[31]，推測參與支鏈淀粉合成的其他基因等可能會對稻米品質產生一定的影響[32-33]。

表5 不同Wx和ALK等位基因組合對精米食味值的影響

3.2 糊化溫度主要受ALK基因影響，同時受Wx基因調控

目前研究表明稻米糊化溫度受主效基因調控。通過對不同糊化溫度水稻品種的基因序列進行比較，發(fā)現基因的外顯子區(qū)域存在和糊化溫度高度相關的SNP。本研究選取的基因C末端兩個SNP的等位變異型，分別為控制高糊化溫度的ALK(G-GC)和控制低糊化溫度的ALK(A-GC)。在相同的背景下，ALK型稻米的糊化溫度極顯著高于ALK型，但在不同的背景下，ALK近等基因系和ALK近等基因系之間糊化溫度的差值存在差異。在高直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下，近等基因系之間峰值糊化溫度的差值顯著高于Nip-Wx和Nip-背景下近等基因系之間峰值糊化溫度的差值。在相同的背景下，和Wx型稻米的糊化溫度差異不大，但Wx型稻米的糊化溫度極顯著低于型和Wx型。以上表明，在支鏈淀粉含量差異較大的材料中，稻米糊化溫度與直鏈淀粉含量呈負相關，這可能是由于高直鏈淀粉含量材料中顆粒結合淀粉合成酶的高活性以及它和可溶性淀粉合成酶對底物的競爭性導致的。和基因分別影響直鏈淀粉和支鏈淀粉的結構，對短直鏈和長直鏈的數量有明顯的影響[8]，而糊化溫度可能與短直鏈和長直鏈的數量有關；基因的等位差異主要導致單層淀粉中鏈和短鏈的相對量變化，從而導致糊化溫度的差異[34]。

3.3 膠稠度主要受Wx基因影響，也受ALK調控

不同水稻品種間的膠稠度差異較大，其遺傳基礎比較復雜，但由于稻米膠稠度與直鏈淀粉含量負相關，所以膠稠度與基因有關聯[35-36]。本研究中Wx型稻米的膠稠度極顯著低于Wx和型。這主要是由Wx型稻米較高的直鏈淀粉含量導致的，直鏈淀粉含量過高的品種米飯較硬，導致米粒的延伸性不好，膠稠度較低[37]。在Nip-Wx背景下高糊化溫度的ALK近等基因系的膠稠度較高，說明基因在中低直鏈淀粉含量的Nip-Wx背景下對稻米膠稠度的變異有一定的修飾作用，這與前人的研究一致[7]，主要表現為高糊化溫度的ALK近等基因系稻米的膠稠度要高于低糊化溫度的ALK型。

3.4 稻米RVA特性受Wx和ALK等位基因組合影響較大

直鏈淀粉含量差異對RVA曲線影響較大，在高直鏈淀粉含量的近等基因系中，稻米膠稠度和崩解值較小，熱漿黏度和冷膠黏度較高，峰值時間相對較長。RVA二級數據中的崩解值、消減值和回復值與稻米食用品質的優(yōu)劣顯著相關。通常，崩解值大于100 RVU而消減值小于25 RVU的品種食味較好，相反，食味差的品種稻米崩解值小于36 RVU，而消減值大于80 RVU[38]。從RVA譜分析可以推測，Nip-Wx背景下近等基因系稻米的食味較差，主要是由其較高的消減值導致的，而Nip-Wx背景下的近等基因系由于較高的崩解值和較低的消減值，因而稻米的食味較好。這可能與該背景下近等基因系稻米較高的膠稠度有關。等位基因主要影響起漿溫度，稻米崩解值和消減值在相同背景下的近等基因系之間差異不大。

4 結論

本研究進一步明確了不同和主要等位變異組合對稻米品質形成的效應，得到以下結論：稻米直鏈淀粉含量和膠稠度主要由基因控制，稻米糊化溫度和淀粉黏滯性由和基因共同調控。就和基因不同等位變異組合對品質的具體影響來看，Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK型稻米具有較高的直鏈淀粉含量和崩解值，以及較低的膠稠度，因而食味值較差，但其稻米的蛋白質含量較高，具有較好的營養(yǎng)價值；Nip-/ALK和Nip-Wx/ALK型稻米具有適中的直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質含量以及較低的糊化溫度，熱飯和冷飯的食味值較好；Nip-Wx/ALK型稻米雖然糊化溫度較高，但其適中的直鏈淀粉含量和較高的膠稠度導致其冷飯食味值降幅較?。籒ip-/ALK稻米的熱飯食味值與Nip-/ALK、Nip-Wx/ALK和Nip-Wx/ALK無差異，但因其較高的糊化溫度，其冷飯食味值顯著下降。以上研究明確了這兩個品質相關主效基因的不同組合對稻米理化品質的效應，對優(yōu)質稻米的分子設計育種具有重要的指導意義。

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Effects of Different Combinations ofandMain Alleles on Rice Grain Quality

CHEN Zhuanzhuan1, YANG Yong1, FENG Linhao1, SUN Ye1, ZHANG Changquan1, 2, FAN Xiaolei1, 2,LI Qianfeng1, 2, LIU Qiaoquan1, 2, *

(1Key Laboratory of Plant Functional Genomics of Ministry of Education / Jiangsu Key Laboratory of Crop Genomics and Molecular Breeding, College of Agriculture, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China;2Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Industrial Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China;*Corresponding author, E-mail: qqliu@yzu.edu.cn)

【】Rice eating and cooking qualities are mainly controlled by two key genes,and. There are multiple alleles of both genes among rice cultivars. In this study, our aim is to clarify the effects of the main allelic variation combinations ofandgenes on rice grain quality.【】Three main alleles of(Wx,Wxand) and two of(ALKandALK) were combined within a series of near-isogenic lines (NILs) in theNipponbare (Nip) background. The effects of different allelic combinations on grain quality were determined by measuring the physical and chemical characteristics of NILs.【】Gelatinization temperature (GT) was regulated by the major geneand the minor gene. Under the sameallele background, there was no significant difference in GT between rice linescarryingandWxalleles, but the GT of Nip-Wxrice lines was significantly lower than that of Nip-Wxand Nip-. The starch viscosity was greatly affected by the combination ofandalleles. The breakdown value of Nip-Wxrice line was lower and the setback value was higher (lower tasting value) than those of Nip-Wxand Nip-. Under the sameallele background,allelic variation mainly affected the pasting temperature of RVA curve, but had little effect on breakdown value and setback value. Nip-Wx/ALKand Nip-Wx/ALKrice grains had poor tasting value due to the high AC and breakdown value and low GC. But the protein content in above two NILs was higher than other rice lines. Nip-/ALKand Nip-Wx/ALkrice grains had better tasting value of hot cooked and cooled cooked rice due to the moderate AC, GC and protein content, as well as lower GT. Although the GT of Nip-Wx/ALKgrains was higher, the moderate AC and high GC of this line resulted in a slight decrease in the tasting value of cooled cooked rice compared with hot cooked rice. The tasting value of hot cooked rice of Nip-/ALKrice remained the same as those of Nip-/ALK, Nip-Wx/ALKand Nip-Wx/ALK, but the tasting value of cooled rice decreased dramatically because of its high GT.【】Amylose content (AC) and gel consistency (GC) were mainly controlled by Wx gene; while ALK gene had no significant effect on AC, but a slight effect on GC.

waxy gene; alkali digestion gene; allelic variation; near isogenic lines; grain quality

Q755; S511.032

A

1001-7216(2020)03-0228-09

10.16819/j.1001-7216.2020.9140

2019-12-29；

2020-01-13。

國家自然科學基金資助項目(31825019, U19A2032)；國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFD0100501)；江蘇省科技計劃資助項目[BE2018357,CX(18)1001 和19KJA560006]；揚州大學農學院本科生創(chuàng)新訓練計劃資助項目；江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃資助項目(XKYCX17_050)。