利用InDel标记量化中国栽培水稻微核心种质的籼粳成分
2014-10-20姚国新等
姚国新等
摘要：利用34对鉴定籼粳指数的InDel标记对184份栽培稻微核心种质的籼粳指数进行量化与评价。结果表明，微核心种质中典型籼稻、籼稻、偏籼、中间型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分别为53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%，偏籼粳中间型的材料较少。
关键词：栽培水稻；微核心种质；籼粳指数；InDel标记
中图分类号：S511；Q789 文献标识码：A 文章编号：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年前开始栽培，籼粳亚种的分化可能发生在栽培水稻驯化以前[1]。在分化过程中，由于地理环境等原因造成籼粳稻在叶色、粒型、株型和叶片绒毛等方面有明显的差异[2]。典型的籼稻和粳稻在农艺性状、生长环境等方面差异明显，区分较为容易，而且籼粳杂交也存在天然的生殖隔离，其结实率低。随着育种工作的开展，许多籼粳杂交的中间材料开始用于育种或品种种植，使得简单地依靠目测判定籼粳归属变得困难。目前，程式指数法是鉴定水稻籼粳分类的主要方法，依据稃毛、粒型、抽穗时的壳色、酚反应、叶毛和穗1～2毛节长度共6个性状进行综合评分，确定籼粳归属[3，4]。程式指数法解决了水稻籼粳分类的难题，但在应用过程中，不同的人对同一性状判定标准不一定完全一样，而且籼粳分类的性状需要在大田种植至成熟时才能考察，周期长，且不同的生长环境，同一品种的农艺性状差异较大，也会带来判定误差。当分子标记出现以后，许多人尝试利用RFLP、ALFP、RAPD、SSR和InDel等标记去划分籼粳，均得到可以较好划分籼粳分类的标记[5-8]，证明利用分子标记作为籼粳分类的标准是可行的。然而简单地将水稻种质资源划分为籼粳并不能满足现代水稻研究或育种的需要，研究者往往需要知道水稻种质内籼粳成分的比例，这对水稻研究和育种利用显得更为重要。Lu等[9]通过比较籼粳水稻基因组序列，并检测相应籼粳水稻品种，挑选与籼粳分化选择位点相关的34对InDel标记用于量化水稻的籼粳成分，并判定籼粳归属，经其他人应用证明该系统对籼粳的划分和成分量化准确可靠[10-12]。
微核心种质是利用最少的种质材料保存尽可能多的基因资源，目前在水稻、大豆、小麦等作物中均已构建完成[13-15]。栽培稻微核心种质代表约70%的栽培水稻遗传多样性[13]，绝大部分的遗传资源都包含在微核心种质中，在水稻基础和应用研究起到重要作用。本研究利用Lu等[9]开发的34对InDel标记，系统评价栽培水稻微核心种质的籼粳成分，量化各种质的籼粳指数，便于研究者利用。
1 材料与方法
1.1 材料种植与管理
189份栽培水稻微核心种质引自中国农业大学李自超教授实验室，2012年5月种植于武汉大学校内试验基地（114.36°E，30.54°N），常规模式种植管理，因部分材料种子未发芽，实际获得184份水稻材料。
1.2 DNA提取、PCR扩增及电泳
于3叶期取所有材料幼叶，CTAB法提取DNA[16]，稀释至25 ng/μL备用，所用标记来自Lu等[9]开发的InDel标记，具体信息列于表1。RCR反应体系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。扩增程序如下：94 ℃预变性5 min；94变性30 s、55 ℃退火40 s、72 ℃延伸40 s，35个循环；4 ℃ 10 min终止反应。利用3%的琼脂糖凝胶进行电泳，利用Gellogic200成像系统进行读带分析。
1.3 籼粳指数计算与籼粳划分标准
依据Lu等[9]开发的鉴定水稻籼粳成分的方法，提取184份微核心种质DNA，利用34对InDel标记进行扩增，以9311和日本晴分别作为籼稻和粳稻的标准带型，按公式（1）和（2）计算各微核心种质的的籼型指数（Fi）和粳型指数（Fj）。
Fi=■ （1）
Fj=■ （2）
式中，xii、xjj和xij分别代表位点为纯合籼型基因型、纯合粳型基因型和籼粳杂合基因型，N表示鉴定的位点个数。微核心种质的籼粳划分标准列于表2。
2 结果与分析
2.1 中国栽培稻微核心种质籼粳指数
利用34对InDel标记对栽培水稻微核心种质DNA进行PCR扩增、电泳、读带分析，且典型籼稻以9311为对照（籼型指数记为1），典型粳稻以日本晴为对照（籼型指数记为0），计算微核心种质籼型指数，结果列于表3。由表3可知，184份中国栽培稻微核心种质中，典型籼稻、籼稻、偏籼、中间型、偏粳、粳稻和典型粳稻的比例分别为53.26%、9.24%、1.63%、1.09%、3.26%、9.78%和21.74%。栽培稻核心种质中籼稻所占比例约为2/3，高于粳稻的入选数目，可能与籼稻多样性高于粳稻有关。偏籼和籼粳中间型数目极少，与籼粳杂交后代疯狂分离、不稳定有关系。
2.2 利用表型与籼粳指数划分籼粳稻比较
184份中国栽培稻微核心种质是从初级核心种质库入选的，依据表型鉴定的籼粳列于表3。利用34对InDel标记鉴定籼粳与表型鉴定的籼粳分类非常吻合，除了贯推白禾1（统一编号CH1182）、四倍体朝6（统一编号CH1232）和粳7623（统一编号CH1247）3份种质的籼粳分类与表型鉴定的分类有差别外，其他全部一致。这3份种质InDel标记评价均属于中间型或偏籼，籼粳成分互渗较多，仅从表型判定籼粳属性可能会有误差。利用34对InDel标记可以准确量化水稻种质籼粳成分和鉴定籼粳分类。
3 讨论
表型鉴定水稻的籼粳只能对其进行分类，不能量化水稻种质内的籼粳成分。利用Lu等[9]开发的InDel分子标记评价体系可以准确判定水稻种质内的籼粳组成，对于解决籼粳杂交育种中不育问题具有重要的参考价值，特别是对于籼粳杂交亲本选配有指导作用，选择中间类型或是偏籼或偏粳的亲本或双亲组配，其后代的结实率较高。栽培稻微核心种质代表中国7万份水稻70%的遗传多样性[13]，量化其籼粳指数有利于对微核心种质进行进一步研究与利用，特别是在水稻籼粳杂交育种中亲本材料选配方面。
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（责任编辑 吕海霞）
2.2 利用表型与籼粳指数划分籼粳稻比较
184份中国栽培稻微核心种质是从初级核心种质库入选的，依据表型鉴定的籼粳列于表3。利用34对InDel标记鉴定籼粳与表型鉴定的籼粳分类非常吻合，除了贯推白禾1（统一编号CH1182）、四倍体朝6（统一编号CH1232）和粳7623（统一编号CH1247）3份种质的籼粳分类与表型鉴定的分类有差别外，其他全部一致。这3份种质InDel标记评价均属于中间型或偏籼，籼粳成分互渗较多，仅从表型判定籼粳属性可能会有误差。利用34对InDel标记可以准确量化水稻种质籼粳成分和鉴定籼粳分类。
3 讨论
表型鉴定水稻的籼粳只能对其进行分类，不能量化水稻种质内的籼粳成分。利用Lu等[9]开发的InDel分子标记评价体系可以准确判定水稻种质内的籼粳组成，对于解决籼粳杂交育种中不育问题具有重要的参考价值，特别是对于籼粳杂交亲本选配有指导作用，选择中间类型或是偏籼或偏粳的亲本或双亲组配，其后代的结实率较高。栽培稻微核心种质代表中国7万份水稻70%的遗传多样性[13]，量化其籼粳指数有利于对微核心种质进行进一步研究与利用，特别是在水稻籼粳杂交育种中亲本材料选配方面。
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