水稻穗长和有效穗数的QTL定位分析

刘颖+叶生鑫+彭强+张大双+吴健强+王际凤+黄培英+朱速松

摘要：水稻的穗长和有效穗数与产量有着密切的关系。本试验以籼稻品系中的V20B为母本，爪哇稻品系中的CPSLO17为父本杂交，经单粒传法构建重组自交系（RIL）为作图群体，对水稻穗长和有效穗数2个穗部性状进行QTL定位及分析。利用SLAF标签构建的高密度遗传图谱，结合定位软件MapQTL5进行区间作图，阈值设为3.9，在3条染色体上共检测到7个QTL，其中5个控制穗长QTL（qPL1-1、qPL1-2、qPL6-1、qPL6-2、qPL6-3）分别位于第1、第6号染色体上，QTL的贡献率分别为6.41%、22.22%、6.15%、12.24%、13.01%，增效位点主要来自于CPSLO17，且qPL1-1为一个新的QTL；2个控制有效穗数QTLs（qPN1、qPN4）分别位于第1、第4号染色体上，QTL的贡献率分别为13.15%、8.18%，且增效位点来自于亲本V20B。这些位点的标记为进一步克隆穗长和有效穗数QTL及分子标记辅助选择奠定理论基础。

关键词：水稻；QTL；穗长；有效穗数；产量

中图分类号：S511.03

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0086-04

提高水稻产量始终是水稻育种追求的目标[1]，水稻产量的构成包括千粒质量、单株有效穗数、每穗实粒数、结实率4个部分，其中有效穗数的变化对产量高低有着举足轻重的影响。水稻产量的构成与水稻各种穗部性状有着密切的关系[2]，穗长是水稻穗部性状的一个重要组成部分，在实践育种中，虽然穗长这一性状被广泛研究，但在阐明其与产量构成关系上却没有引起足够的重视[3]。因此，定位分析控制水稻穗长和有效穗数的QTL及分析二者关系更能直接有效地为分子标记辅助选择培育高产品种提供依据。目前，大量研究表明，水稻穗长[4]和有效穗数[5]2个穗部相关性状为多基因控制的数量性状。近年来，关于穗长和有效穗数的QTL定位分析已有许多报道。潘英华等利用日本晴/B0801的F2群体定位了4个穗长QTLs[6]，分别位于第1、第2、第5、第9号染色体上，其中qPL9-1为主效QTL。袁爱平等利用中156/谷梅2号的RIL群体，在不同的环境下，对有效穗数进行非条件和条件QTL定位分析，定位3个有效穗数QTLs，分别位于第2、第7号染色体上[7]。徐建龙等利用Lemont/特青的RIL群体，检测出4个影响有效穗数的QTLs，分别位于第3、第4、第11、第12号染色体上[8]。

高密度遗传连锁图谱在基因和基因组的精细定位和图位克隆的应用中发挥着重要作用。SLAF-seq技术是基于SNP的简化基因组深度测序技术，该技术相比RAPD、RFLP、SSR等传统的定位方法具有通量高、准确性高、成本低、周期短、有效reads长、适用性广等突出优势[9]。目前，该技术在国内外已成功用于大豆[10]、芝麻[11]、黄瓜[12]等众多领域的遗传图谱构建和QTL定位，且在国内也有用于水稻耐冷和粒质量等性状的研究，宋佳谕等利用此技术进行水稻苗期耐冷关联分析[13]；Xu等利用此技术对水稻粒质量进行QTL定位[14]。但将此方法应用于水稻穗长和有效穗数研究上的却少有报道，因此，本研究较先采用SLAF-seq技术，以V20B和CPSLO17为双亲，利用覆盖12条染色体标记平均距离为0.29 cM的由8 602个高质量SLAF标签构建的高密度遗传连锁图谱，结合表型数据对V20B/CPSLO17构建的重组自交系群体（recombinant inbred lines，RILs）的穗长和有效穗数2个性状进行遗传分析，以期为水稻穗长和有效穗数性状相关基因的精细定位、克隆及分子育种提供相关信息。

1 材料与方法

1.1 材料

以分蘖强、穗长短、配合力强籼稻V20B为母本，以分蘖弱、穗长长、广亲和性爪哇稻CPSLO17为父本进行杂交，通过单粒传法连续自交后得到重组自交系群体。

1.2 田间种植与试验方法

1.2.1 田间种植 2015年于贵州省水稻研究所内种植双亲和RILs群体，每株系种4行，每行10株，种植行距为宽窄行（宽行30 cm、窄行20 cm）、株距20 cm，单本种植，常规栽培管理。

1.2.2 性状考察 成熟后，亲本分别随机取5株，每株取3穗，测量穗长，取平均值；随机选取5株考察有效穗数；随机取150个RIL群体考察穗长和单株有效穗数。穗长是指主穗颈节到穗顶的长度（不包括芒）；单株有效穗数是指单株内实粒数在5粒以上稻穗的数目。

1.3 QTL分析

本试验群体SLAF标签的分子数据由北京百迈克生物科技有限公司提供，该分子数据是利用SLAF-seq（specific-locus amplified fragment sequencing）技术和HighMap 软件联合开发所得。该遗传图谱共包含8 602个高质量SLAF标签，较均匀地分布在水稻的12条染色体上；覆盖水稻全基因组 2 508.65 cM，平均每隔0.292 cM分布有1个分子标记。采用软件IciMapping4.0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，计算每个QTL对水稻穗长和有效穗数的贡献率及加性效应，参照 McCouch 等提出的方法[15]对所检测到的QTL进行命名，其中加性效应值为正指增效等位基因来自于亲本V20B，负值则来源于亲本CPSLO17。

2 结果与分析

2.1 双亲与RIL群体穗长和有效穗数的表型数据

父本V20B穗长为17.5 cm，有效穗数为16.8个；母本CPSLO17穗长为21.2 cm，有效穗数为10.4个（表1）。2个性状的偏度和峰度均小于1，表明穗长和有效穗数2个性状在群体上均呈正态分布，都为多基因控制的数量性状。穗长和有效穗数频度分布见图1、图2。

2.2 穗长和有效穗数性状的QTL分析

共检测到影响穗长和有效穗数2个性状的7个QTL（表2、图3），分布于第1、第4、第6号3条染色体上。

检测到5个穗长QTLs，分别位于第1、第6号染色体上，其中qPL1-1被定位于遗传距离为0.676 cM的Marker614194-Marker644674之间，LOD值为3.37，对表型变异的解释率为6.41%；qPL1-2被定位于遗传距离为0.400 cM的Marker741439-Maeker628192之间，LOD值为10.4，对表型变异的解释率为22.22%；qPL6-2被定位于遗传距离为 0.600 cM 的Marker1276321-Marker1234489之间，LOD值为6.13，对表型变异的解释率为12.24%；qPL6-3被定位于遗传距离为0.400 cM 的Marker1234489-Marker1320428之间，LOD值为6.57，对表型变异的解释率为13.01%，以上4个QTLs的增性等位基因均来自亲本CPSLO17；qPL6-1被定位于遗传距离为0.669 cM 的Marker1335574-Marker1231102之间，LOD值为3.23，对表型变异的解释率为6.15%，其增性等位基因来自亲本V20B（表2）。

检测到2个有效穗数的QTLs，其中qPN1被定位于遗传距离为0.200 cM的 Marker727245-Marker733801之间，LOD值为4.93，对表型变异的解释率为13.15%；qPN4被定位于遗传距离为0.326 cM的Marker470548-Marker358668之间，LOD值为3.23，对表型变异的解释率为8.18%，二者的增性等位基因均来自亲本V20B（表2）。

3 结论与讨论

水稻品种可以分为大穗型、中间型和多穗型，不论是大穗型还是多穗型品种都有获得高产的实例[16]，在育种实践中更希望能获得兼具穗长长和有效穗数多的水稻品种。但大多数穗长相关的QTL与有效穗数的QTL定位在不同的染色体上，如果能通过标记辅助实现穗长与有效穗数的重组，使二者聚合在同一染色体上，则有可能培育出兼具有穗长长和有效穗数多的水稻品种。本研究以V20B/CPSLO17 RIL为作图群体，对水稻穗长及有效穗数进行定位分析，结果发现在第1、第6号染色体上共检测到5个控制水稻穗长的QTLs，在第1号、第4号染色体上各检测到1个控制水稻有效穗数的QTL，其中第1号染色体上检测到同时存在控制穗长和有效穗数的QTL且在相近区域。

将Gramene网站（www.gramene.org，截至2015年11月）上已公布的272 个穗长QTLs和43个有效穗数QTLs与本试验结果进行对比，结果发现本试验定位出的控制穗长性状5个QTLs中，位于Marker614194-Marker644674间的qPL1-1（2个Marker间遗传距离为0.676 cM），没有发现与之相同的QTL，推测其是一个新的QTL。其余4个QTLs（qPL1-2、qPL6-1、qPL6-2、qPL6-3）定位出的区间均包含于前人定位的区间内，可能是相同的位点。位于 Marke1335574-Marker1231102 间的qPL6-1（2个Marker间遗传距离为 0.669 cM），包含于Cho等定位的qPL-6-2（2个Marker间遗传距离为12.3 cM）区间之内[17]；位于Marker1276321-M1320428间的qPL6-2（2个Marker间遗传距离为0.600 cM）和qPL6-3（2个Marker间遗传距离为 0.400 cM）包含于Suh等定位的qPL6（2个Marker间遗传距离为35.4 cM）区间内[18]。位于Marke741439-Marker628912间的qPL1-2（2个Marker间遗传距离为0.400 cM）具有较高的LOD值，在与前人的对比中发现，Hittalmani等定位的qPL-1（2个Marker间遗传距离为35.4 cM）[19]、张亚东等定位的qPL1（2个Marker间遗传距离为18.8 cM）[20]、姜恭好等定位的qPL1（两Marker间遗传距离为15.3 cM）[21]均有发现此QTL，由此推测qPL1-2是一个稳定遗传的QTL。

控制有效穗的2个QTL中，位于Marker727245-Marker733801间的qPN1（2个Marker间遗传距离为0.200 cM）与Lanceras等在DH群体中定位的qpn1.1（2个Marker间遗传距离为16.9 cM）[22]有部分重叠，且在此区段内发现1个与有效穗数有关的基因THIS1[23]，THIS1基因可能参与独脚金内酯和生长素等激素信号通路，在调控水稻分蘖形成过程中发挥重要作用。位于Marker470548-Marker358668间的qPN4（2个Marker间遗传距离为0.326 cM）则包含于Lanceras在DH群体中定位qpn4.10（2个Marker间遗传距离为69.5 cM）区间之内[22]。

本试验利用SLAF标签构建的高密度遗传连锁图谱结合表型数据，定位到1个新的控制水稻穗长的QTL，其余6个QTLs均处于前人定位的区间范围内，因此推测是相同的QTL，但此6个QTLs的定位区间与前人相比较更加精细。说明使用SLAF-seq技术能更加精细地定位出QTL的位置，从而有利于缩小候选基因选择范围和快速准确地进行相关基因克隆。

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