利用RIL群体进行稻米加工品质QTL定位分析

张上都， 彭 强， 张大双， 吴健强， 杨 林， 朱速松*

(1.贵州省水稻研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州省农业科技信息研究所， 贵州 贵阳 550006)

利用RIL群体进行稻米加工品质QTL定位分析

张上都1， 彭 强1， 张大双1， 吴健强1， 杨 林2， 朱速松1*

(1.贵州省水稻研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州省农业科技信息研究所， 贵州 贵阳 550006)

为寻求与稻米加工品质相关的QTL，为分子标记辅助选择(MAS)培育优质水稻新品种提供理论基础。以水稻品种V20B和CPSLO17为亲本，构建150个V20B/CPSLO17重组自交家系(RIL)为作图群体，进行稻米加工品质相关QTL检测及其遗传效应分析。结果表明：根据稻米加工品质性状表型数据，结合SLAF标签构建的分子连锁图谱，运用QTL IciMapping 4.0软件检测到1个糙米率QTL(qBR-1)和1个整精米率QTL(qHR-1)。qBR-1(LOD=3.267)对表型变异的解释率为9.77%；qHR-1(LOD=3.356)对表型变异的解释率为8.71%，且这2个QTL等位基因都来自亲本CPSLO17。

重组自交家系; 加工品质; 作图群体; 数量性状基因座

稻米加工品质(糙米率、精米率和整精米率)是衡量稻米优劣的重要参数，决定稻米的商品价值和生产效益。因此，研究水稻加工品质相关的QTL(Quantitative trait locus.QTL，即数量性状基因座)对其品种改良具有很好的市场价值与实际意义。遗传研究表明，糙米率、精米率和整精米率形状都是受多基因控制的数量性状，且易受环境影响[1-2]，但存在一些与稻米加工品质相关的稳定的主效QTL能在不同群体和环境下稳定表达。随着生物技术的发展，近年来，学者们利用不同群体(如CSSL、RIL和DH等)和分子标记技术进行稻米加工品质QTL定位研究[3-7]，但都是采用籼稻与籼稻杂交或籼稻与粳稻杂交的遗传背景材料，很少有用籼稻与爪哇稻杂交遗传背景构建的遗传群体进行稻米加工品质QTL研究的报道。为此，笔者以广亲和性爪哇稻CPSLO17和籼型三系保持系V20B为亲本，构建新的籼稻与爪哇稻杂交遗传背景重组自交家系(RIL)，并构建高密度遗传连锁图谱，进行稻米加工品质QTL研究及其遗传效应分析，旨在发现与稻米加工品质相关的QTL，为分子标记辅助选择(MAS)培育优质水稻新品种提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以籼稻V20B为母本，爪哇稻CPSLO17为父本，进行杂交后获得F1代，F1代通过单粒传方法获得V20B/CPSLO17重组自交家系(RIL)群体。2013年正季，将2个亲本和150个F10代RIL株系种植在贵州省水稻研究所(贵阳)试验田，每份材料种植2行，每行10株，田间管理(水、肥、病虫害防治等)按当地大田常规栽培要求实施，成熟时单独按亲本和各株系进行混收，晾干贮藏2月，含水量控制在13%左右，用于稻米加工品质性状的考察，其表型值用于QTL分析。

1.2 加工品质的测定

在收获的2个亲本和150个RIL株系稻谷中，随机对每份材料挑选100粒饱满稻谷，用电子天平精准称重，经砻谷机去掉谷壳后，对100粒糙米称重，计算供试样品的糙米率：糙米率=糙米重/谷粒重×100%。糙米经精米机处理(样品量少时，用小麦作填充物)，去掉糊粉层和胚，人工筛选并称重整精米，计算整精米率：整精米率=整精米重/糙米重×糙米率。

1.3 QTL分析

V20B/CPSLO17重组自交家系的高密度遗传连锁图谱是利用SLAF-seq(Specific-Locus Amplified Fragment Sequencing)技术[8]和HighMap软件[9]开发获得。共有8 602个高质量SLAF标签，比较均匀分布在12条染色体上。该图谱覆盖水稻全基因组2 508.65 cM，标记间平均距离为0.292 cM。采用软件IciMapping 4.0的ICIM-ADD方法进行QTL定位分析，扫描步长设定为0.1 cM，LOD值设定为3.0，并计算每个QTL的贡献率和加性效应，QTL的命名原则遵循McCouch等[10]提出的方法。加性效应为正值表示增效等位基因来源于亲本CPSLO17，为负值表示来源于亲本V20B。

2 结果与分析

2.1 重组自交系群体稻米加工品质的表型

从150份V20B/CPSLO17重组自交群体(RILs)的糙米率、整精米率表型数据(图1)可知，150份RILs家系的稻米糙米率在66.3%～89.8%呈连续分布，群体平均糙米率为79.26%；150份RILs家系的稻米整精米率在2.6%～69.9%呈连续分布，群体平均整精米率为31.13%。稻米糙米率和整精米率均呈受多基因控制的数量性状遗传特征。

2.2 稻米加工品质性状QTL

采用软件IciMapping 4.0的ICIM-ADD方法对稻米加工品质进行QTL定位分析发现，只在第1染色体上检测到1个稻米糙米率QTL(命名为qBR-1)和1个整精米率QTL(命名为qHR-1)(表、图2)。QTLqBR-1位点在第1染色体遗传谱图上的位置为339.011 5 cM，位于Marker641882-Marker738688，LOD值为3.267，其对表型变异的解释率为9.77%；QTLqHR-1位点在第1染色体遗传谱图上的位置为314.41 cM，位于Marker651608-Marker727245，LOD值为3.356 4，其对表型变异的解释率为8.71%。2个QTL的增效等位基因都来自亲本CPSLO17。

图1 稻米加工品质在RIL群体中的分布

Fig.1 The distribution of milling quality trait in RIL population

表 稻米加工品质QTL定位及其遗传效应

注：A，第一染色体上糙米率QTL的加性效应和阀值； B，第一染色体上整精米率QTL的加性效应和阀值。

Note:A: the additive effect and LOD of QTL for brown rice rate in Chr1; B: the additive effect and LOD of QTL for head rice rate in Chr1.

图2 稻米加工品质QTL在染色体上的位置

Fig.2 QTL analysis for milling quality trait of rice in chromosome

3 结论与讨论

水稻加工品质的3个评价指标(糙米率、精米率和整精米率)都是典型的种子性状，水稻种子特性(包括二倍体胚和糊粉层、三倍体胚乳及母体的二倍体种皮等)都会使稻米加工品质的遗传变得十分复杂，造成遗传材料在不同的生长环境下种植所得到的结果不同[11]。目前，稻米加工品质相关研究主要处于遗传材料摸索、QTL定位分析等材料积累阶段，仅克隆到1个影响整精米率的垩白基因Chalk5[12]。这是因为垩白能显著降低精米的硬度，导致米粒在加工过程中易断，从而影响整精米率。说明，要揭示稻米加工品质分子机理及其调控网络仍有大量工作需要完成。

本研究利用V20B/CPSLO17籼爪交遗传背景RIL群体进行稻米品质性状QTL定位，在第1染色体上共检测出2个QTL(qBR-1和qHR-1)。经NCBI网站(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)Blast比对和RGAP网站(http://rice.plantbiology.msu.edu/)检索分析发现，糙米率QTLqBR-1被定位在物理距离约79 kb区间内，包括13个候选基因；整精米率QTLqHR-1被定位在物理距离约45 kb区间内，包括10个候选基因。此外，RIL群体的糙米率和整精米率均呈连续性分布，表现出受多基因控制的数量性状遗传特征，该结果与已知研究结果一致[2]。这些QTL的发现和定位为探索水稻加工品质的遗传基础和调控网络积累新素材，也为开发连锁分子标记和运用分子设计育种进行水稻加工品质改良提供理论依据。

[1] 敖 雁,徐辰武,莫惠栋.籼型杂种稻米品质性状的数量遗传分析[J].遗传学报,2000,27(8):706-712.

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[11] 代明笠,邵丽明,胡 慧,等.水稻加工品质及其遗传基础研究进展[J].长江大学学报:自科版,2015,12(9):5-8.

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(责任编辑： 姜 萍)

QTL Analysis for Milling Quality of Rice by Using RIL Population

ZHANG Shangdu1, PENG Qiang1, ZHANG Dashuang1, WU Jianqiang1, YANG Lin2, ZHU Susong1*

(1.GuizhouRiceResearchInstitute,Guiyang,Guizhou550006; 2.GuizhouInstituteofAgriculturalScienceandTechnologyInformation,Guiyang,Guizhou550006,China)

A mapping population of 150 lines (recombination inbred lines, RIL), derived from the cross of rice varieties V20B and CPSLO17, was applied to analysis QTLs location for milling quality of rice and evaluate their genetic effects. According to the phenotype data of brown rice rate and head rice rate, the authors constructed a genetic linkage map based on SLAF markers, and detected 2 QTLs (qBR-1 andqHR-1) in chromosome 1 by using software MapQTL5, which controll brown rice rate and head rice rate separately. QTLqBR-1(LOD=3.267) explained 9.77% of the observed phenotypic variance,qHR-1(LOD=3.356) explained 8.71%. Both of the two detected QTLs alleles came from parent CPSLO17.

RIL; milling quality; mapping population; QTL

2015-09-23； 2016-05-11修回

贵州省联合基金项目“水稻高密度遗传图谱构建和垩白QTL定位分析”[黔科合LH字(2014)7689]；贵州省重大专项“贵州特有水稻种质资源优异基因克隆及育种技术研究应用”[黔科合重大专项字(2012)6005]；贵州省重大专项“水稻种质改良创新及新品种选育与应用”[黔科合重大专项字(2013) 6023]；贵州省农业科学院自主创新科研专项[(2014)019]

张上都(1984-)，男，助理研究员，硕士，从事水稻遗传育种研究。E-mail：zsd1411@163.com

*通讯作者：朱速松(1966-)，男，研究员，博士，从事水稻分子育种研究。E-mail：susongzhu@139.com

1001-3601(2016)06-0235-0008-03

S503.53

A