高产粳稻沈农265产量相关性状的QTL分析

张喜娟，姜树坤，徐正进，孟 英，唐 傲，孙 兵，董文军，王彤彤

（1.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，哈尔滨 150086；3.沈阳农业大学水稻研究所，沈阳 110161）

水稻的产量、品质和抗逆性等许多重要农艺性状受多基因控制[1]。利用分子标记定位控制水稻重要农艺性状的QTL，明确其效应大小和作用方式，不仅能加深对水稻农艺性状遗传机理的了解，还为基因克隆和分子标记辅助选择育种提供理论基础。关于水稻产量相关性状QTL的分子标记定位的研究较多[2-3]，但是由于研究所用的遗传群体和试验环境等的不同，结果不尽相同，因此采用与以往不同的群体对已定位的产量相关性状QTL进行验证或检测新的QTL位点是必要的。目前对超高产水稻沈农265的研究已有报道，但多集中在高产栽培、生长发育和高产生理等方面[4-5]，尚未见其高产遗传基础的研究。

本文利用沈农265/丽江新团黑谷的F2∶3群体和分子标记技术剖析超高产粳稻品种沈农265产量相关性状的遗传基础，以期为沈农265高产遗传研究提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与性状调查

以粳型超高产水稻品种沈农265和地方粳稻品种丽江新团黑谷及其176株F2∶3家系群体为试材。试验于2010年在黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所实验场（东经126°62；北纬45°68'）进行。4月22日育苗，5月28日移栽，采用3次重复随机区组设计，每家系4行，每行10株，栽植行株距为30 cm×13.3 cm。磷酸二铵、氯化钾、尿素作为基肥，施用量分别为300、225和187.5 kg·hm-2，尿素作为返青肥和分蘖肥，施用量分别为112.5和112.5 kg·hm-2。其他管理与一般大田相同。成熟时每个家系选择中间长势均匀的3穴，调查穗长、每穗颖花数、每穗实粒数、着粒密度、结实率、有效穗数和千粒重等7个性状。3次重复的平均值作为后续分析的数据来源。

1.2 连锁图谱构建与数据分析

每个家系随机选取15株叶片作为DNA提取来源，以代表其上一代的基因型。DNA提取采用CTAB法[6]，PCR反应体系为25 μL，含10×缓冲液2.5 μL、1.5 mmol·L-1MgCl2、1 mmol·L-1引物I和引物II、10 mmol·L-1dNTP、1 U Taq酶、15 ng DNA、ddH2O 16.25 μL。应用美国 MJ Research 公司的PTC-200进行扩增，反应程序为94℃预变性5 min；每个循环94℃预变性1 min，50、55或60℃退火1 min，72℃延伸1 min，35个循环；最后72℃延伸8 min。扩增产物经6%变性PAGE电泳分离，电泳缓冲液为0.5×TBE。电泳后采用银染法染色[7]。

将聚丙烯酰胺电泳谱带结果转换为数据，与母本沈农265相同的带型记为A，与父本丽江新团黑谷相同的带型记为B，杂合（F1）带型记为H，缺失或模糊记为-。应用Mapmaker/exp 3.0软件构建连锁图谱，先用Group命令进行标记间连锁分组（LOD=3，最大图距50 cM），然后用Order和Ripple命令进行排序，用Try和Build命令插入标记[8]。采用Kosambi函数将重组率转换成图距单位（cM）。

用Excel软件分析性状间的相关关系。利用QGENE 4.09程序对F2∶3群体的上述性状进行QTL定位，使用区间作图分析：以LOD＞3.0作为阈值[9]。当QTL在两种方法被同时检测到时就认为此位置确实存在QTL。QTL命名参见文献[10]方式。

2 结果与分析

2.1 沈农265/丽江新团黑谷的SSR标记连锁图

用500对SSR引物在两个亲本间进行PCR扩增，其中90对引物能在两亲本间检测到多态性，约占所用引物的18%。应用90个SSR位点进行连锁分析，得到1张包含12条染色体的遗传图谱（见图1），该图谱覆盖长度1 310.4 cM，平均图距14.56 cM。各染色体上最多的有14个标记，最少的有3个标记，平均每条染色体7.5个标记。

2.2 产量性状的表现及相关分析

各产量性状在沈农265/丽江新团黑谷的F2∶3群体中表现为接近正态的连续分布，变异幅度大，呈现双向超亲分离（见表1），表明这些性状均为多基因控制的数量性状，符合QTL作图的要求。大穗是目前水稻育种的重要目标性状，而大穗的主要遗传基础之一是穗长。从表2可以看出，穗长与每穗颖花数、每穗实粒数和千粒重呈极显著正相关，与着粒密度呈极显著负相关。而大穗的另一重要遗传基础是每穗颖花数，不仅与穗长呈极显著正相关，还与着粒密度呈极显著正相关。结实率作为产量构成因素中的重要因子，对最终的实际产量影响很大，其与千粒重、每穗实粒数和有效穗数呈极显著正相关，与每穗颖花数和着粒密度呈极显著负相关。

图1 沈农265/丽江新团黑谷的SSR标记连锁图Fig.1 SSR linkage map of Shennong265/Lijiangxintuanheigu

表1 产量相关性状在F2∶3 群体中的分布Table 1 Distributions of yield related traits in the F2∶3 populations

表2 产量相关性状的相关系数Table 2 Correlation coefficients between yield related traits

2.3 产量相关性状的QTL分析

通过复合区间作图分析共检测到控制产量相关性状的17个QTL（见表3），图2显示了它们在图谱上的位置。

表3 产量相关性状的QTL定位结果Table 3 QTL result of yield related traits

图2 产量相关性状的QTL在图谱上的位置Fig.2 Location QTLs detected for the yield related traits on the genetic map

穗长：共检测到3个QTL，可解释性状变异的95%。其中，第9染色体上的qPL9对性状的贡献率为65%，为主效QTL，遗传正效应来源于丽江新团黑谷，该等位基因能增加穗长2.8 cm；其余2个QTL分别解释性状变异的13%和17%，遗传正效应均来自沈农265。每穗颖花数：共检测到3个QTL，可解释性状变异的65%。其中，第4染色体上的qSPP4-1对性状的贡献率为30%，是主效QTL，遗传正效应来源于沈农265，该等位基因能增加每穗颖花数29个；第4染色体上的qSPP4-2对性状的贡献率为17%，遗传正效应亦来源于沈农265；而第12染色体上的qSPP12对性状的贡献率为18%，遗传正效应来源于丽江新团黑谷。每穗实粒数：只在第3染色体上检测到1个QTL，qSPP3位于RM426-RM203之间，可解释15%的性状变异，遗传正效应来自沈农265。着粒密度：共检测到2个QTL，可解释性状变异的52%。其中，第4染色体上的qSD4对性状的贡献率为20%；第9染色体上的qSD9对性状的贡献率为32%，为主效QTL，遗传正效应均来源于沈农265。结实率：共检测到2个QTL，可解释性状变异的46%。其中，第3染色体上的qRG3对性状的贡献率为20%；第12染色体上的qRG12对性状的贡献率为26%，为主效QTL，遗传正效应分别来源于沈农265和丽江新团黑谷。千粒重：共检测到3个QTL，可解释性状变异的42%。其中，第3染色体上的qGW3对性状的贡献率为12%，遗传正效应来源于丽江新团黑谷；第8和9染色体上的qGW8和qqGW9对性状的贡献率分别为17%和13%。遗传正效应均来源于沈农265。有效穗数：只在第9染色体上检测到1个QTL，qPN9位于RM160-RM215之间，可解释16%的性状变异，遗传正效应来自丽江新团黑谷。

3 讨论与结论

本研究定位的产量相关性状QTL主要集中分布在第3、4、6、8、9和12染色体，且具有集中分布的特点。与其他研究结果比较表明，主效QTL在不同群体中的重演性较好[2-4]。此外，本文研究结果进一步表明，第9染色体长臂上RM566-RM215之间的区域很可能是北方直立大穗型粳稻超高产的重要遗传基础。该区域同时控制着穗长、着粒密度、千粒重和有效分蘖数等4个重要的产量相关性状，北方直穗型高产粳稻的直立穗基因定位在该区域。这不仅说明该主效QTL的客观存在，也说明该QTL在野生稻演化成栽培稻和育种选择过程中被保留。丽江新团黑谷虽然被作为稻瘟病鉴定中的感病材料，目前未发现其携带任何抗稻瘟病基因，但其仍不失为一个优良的育种亲本。本文研究结果表明其携带增加穗长、每穗颖花数、千粒重和有效分蘖数的等位基因，为进一步改良沈农265提供基础性数据。

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