基于粳稻品种‘日本晴’的大穗大粒近等基因系评价

唐 伟，孙 博，周 琪，曾 盖，张菊萍，降好宇，叶乃忠，肖应辉，2，3*

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2水稻油菜抗病育种湖南省重点实验室，长沙410128；3南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙410128）

基于粳稻品种‘日本晴’的大穗大粒近等基因系评价

唐 伟1，孙 博1，周 琪1，曾 盖1，张菊萍1，降好宇1，叶乃忠1，肖应辉1，2，3*

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2水稻油菜抗病育种湖南省重点实验室，长沙410128；3南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙410128）

为了筛选出理想的穗形、粒形近等基因系，对以粳稻品种‘日本晴’为背景亲本、以大穗品系‘R1126’和大粒品系‘TDX’为供体亲本构建的大穗、大粒株系进行了评价。结果表明：P01、P05、P09、P19和P20株系每穗粒数显著多于日本晴，而其他农艺性状与日本晴基本相当；G08和G09的粒重、粒长显著大于日本晴，而株高、穗长、每穗总粒数、结实率和单株粒重等性状与日本晴相当。这些株系是基于日本晴背景的理想大穗、大粒近等基因系，为后续的深入研究提供了基础材料。

水稻；穗粒数；粒型；近等基因系；日本晴

重穗型杂交水稻品种选育是超高产水稻育种的技术路线之一，该类型水稻品种往往表现出库容量大和较高的单穗质量［1，2］。水稻群体的库容量表现为单位面积的颖花数和单个颖花容量的乘积，而前者又决定于单位面积的有效穗数和每穗颖花数［3］。由于穗数受栽培技术等环境因素影响较大，通过遗传调控每穗颖花数和单个颖花容量已成为培育重穗型水稻品种的重要途径，因此近年来对于决定水稻每穗颖花数的穗型性状和决定籽粒大小的粒形性状的研究倍受关注。此外，水稻籽粒粒长、粒宽和粒厚等粒形性状还是决定稻米外观品质和商用品质的重要因素［4］，同时也是决定以混播制种为核心的机械化杂交制种技术能否成功的关键性状［5，6］。因此，对于水稻穗形性状和粒形性状的研究，已日益受到水稻遗传育种家的重视［7］。

关于水稻穗形和粒形性状的遗传特点，国内外已有大量的研究报道。据Gramene网站［8］和国家水稻数据中心［9］统计，截至2016年，已报道591个与水稻穗粒数相关的QTL，包括353个以“spikelet number”为性状名称和238个以“grain number”为性状名称的QTL。然而，迄今仅有6个与水稻穗粒数有关的基因被成功克隆。位于第1染色体的编码细胞分裂素氧化酶/脱氢酶的Gn1a是第一个被克隆的与水稻每穗颖花数有关的基因［10］。随后，控制延迟抽穗期、增加株高和穗大小的多效性基因GHD7［11］，控制水稻穗发育相关的基因SP1［12］，控制水稻密穗直立和每穗粒数的多效基因DEP1［13］，减少分蘖发生、促进一次枝梗和二次枝梗发生从而增加每穗颖花数的IPA［14］和WFP［15］等与穗形大小有关的基因相继被克隆。同时，已有文献报道了400多个与水稻籽粒大小和形态有关的QTL［8，9］，其中GW2［16］、GS3［17］、GW5［18］、GS5［19］、GW8［20］、qGL3（qGL3.1）［21］、GIF1［22］、TGW6［23］等8个QTL已被分离克隆。

利用近等基因系是实现控制穗形和粒形等性状基因精细定位的重要途径［24］。由于近等基因系能有效消除目标基因以外遗传背景的干扰，是遗传分析和基因精细定位的理想材料［25］。笔者分别引进了平均每穗粒数450粒以上的大穗型籼稻品系R1126和千粒质量50 g以上的大粒籼稻品系特大籼［26］，并通过杂交和连续回交的方法构建了基于粳稻品种日本晴背景的大穗大粒近等基因系。本研究拟对构建的若干近等基因系的穗粒数、粒形以及其他农艺性状进行鉴定评价，旨在为进一步利用这些近等基因系进行相关基因的精细定位提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料包括粳稻品种日本晴（NPB）、大穗品系R1126、大粒品系特大籼（TDX）以及构建的33个大穗、大粒近等基因系。近等基因系是采用NPB为受体亲本，分别以R1126和TDX为大穗、大粒供体亲本，通过杂交、连续多代回交和自交纯合稳定而来，具体的构建过程如图1所示。所有试验材料种子由湖南农业大学水稻科学研究所提供。

图1 日本晴大穗、大粒近等基因系构建过程Fig.1 The breeding schedule of the Nipponbare NILs w ith large panicle and large grain

1.2 试验方法

1.2.1 种植方法

所有近等基因系和背景亲本日本晴于2015年种植在位于长沙县江背镇的北大荒垦丰种业股份有限公司湖南育种站试验基地。于05-25播种，06-20移栽，田间每株系种植2行，每行栽8株，单本栽插，行距和株距均为16.7 cm，株系间空1行。按照当地水稻栽培技术要求进行田间管理和病虫防治。

1.2.2 鉴定方法

于各株系成熟期，随机取每株系中间有代表性的3株，考查株高、单株穗数、单株粒重和千粒质量，从每个样株中选最长穗考查穗长、每穗总粒数、结实率等性状。此外，所有大穗近等基因系和日本晴还考查最大穗的一次枝梗数和二次枝梗数，所有大粒近等基因系和日本晴还考查粒长、粒宽和粒厚等性状。

2 结果与分析

2.1 大穗株系与轮回亲本农艺性状比较

2.1.1 穗形相关性状

对穗形大小的评价，通常采用穗长或者每穗总粒（颖花）数作为鉴定指标，后者往往受一次枝梗数和二次枝梗数的影响。因此，本文对所有大穗近等基因系的穗形大小有关性状即穗长、每穗总粒数、每穗一次枝梗数和每穗二次枝梗数进行了分析（表1）。大穗近等基因系的穗长介于20.5～27.4 cm，均大于受体亲本的穗长平均值（19.1 cm），除P01、P03、P05、P09、P13、P19和P20以外的其他15个株系穗长值显著大于日本晴。每穗总粒数在大穗近等基因系间的变幅为95.3～263.7，均大于受体亲本的每穗总粒数（85.0），其中除P12和P16以外的其他20个株系每穗总粒数均显著大于日本晴。值得注意的是，穗长与日本晴无显著差异的6个株系，对应的每穗总粒数值均显著大于日本晴；反之，每穗总粒数与日本晴无显著差异的株系P12和P16，其穗长值显著大于日本晴。对上述20个株系的一次枝梗数和二次枝梗数性状进一步分析，发现所有每穗总粒数显著大于日本晴的株系，其一次枝梗数和二次枝梗数至少有1个性状值显著大于受体亲本日本晴。研究结果显示，与穗长相比，每穗粒数能更准确地反映穗粒数的多少，是评价穗形大小最可靠的依据。

表1 大穗近等基因系与日本晴主要农艺性状比较_Table 1 Com parison of main agronom ic traits between the large panicle NILs’and NPB

2.1.2 其他农艺性状

为了对近等基因系进行准确评价，进一步分析了大穗近等基因系穗形目标性状以外的其他部分农艺性状。结果显示，除P19外，其他21个株系的株高均高于日本晴，其中14个株系株高与日本晴差异显著。对于千粒质量、结实率和单株粒重等性状，均有2～5个株系与受体亲本差异显著。

综合比较大穗近等基因系与受体亲本日本晴的穗形性状与其他农艺性状，发现P01、P05、P09、P19和P20株系每穗总粒数与日本晴存在显著差异，而其他农艺性状与日本晴基本相似，是较理想的大穗近等基因系，可望用于进一步开展穗粒数性状的基因定位研究。

2.2 大粒株系与轮回亲本农艺性状比较

2.2.1 粒形性状

11份大粒株系的千粒质量为33.0～39.6 g，较日本晴增大了47.3%～76.8%，均显著大于日本晴（表2）。所有大粒株系的粒长值介于9.1～10.3 mm，均显著大于日本晴，分别较日本晴增大18.2%～33.8%。粒宽性状大多株系较日本晴增大，但仅有G02、G07、G09、G10和G11差异达显著水平。与受体亲本日本晴相比，仅有G08株系的粒厚显著变小，其他株系粒厚性状变化不大。

表2 大粒近等基因系与日本晴粒形性状比较Table 2 Com parison of grain shape traits between the large grain NILs’and NPB

2.2.2 其他农艺性状

粒形性状以外的其他农艺性状在大粒株系间也表现出较大差异（表3）。除G08的株高和每穗总粒数以外，所有株系的株高、穗长、每穗总粒数和单株粒重均大于受体亲本日本晴，但不同性状的变异幅度不一。株高性状，只有G08和G09与对照差异不显著，其他株系均显著增大。穗长性状也表现出类似的变化趋势。每穗总粒数总体上呈增加趋势，但仅有G02和G11增加幅度达显著差异。大粒株系结实率无明显变化规律，其中G02、G04和G07的结实率显著降低，其他株系较日本晴无显著变化。

表3 大粒近等基因系与日本晴其他农艺性状比较Table 3 Com parison of other agronom ic traits between the large grain NILs’and NPB

（续表3）

3 讨论

近年来，科学家通过培育近等基因系，开展了不同作物的基因型鉴别、基因定位克隆和基因遗传效应分析等研究。如利用近等基因系精细定位了水稻强休眠基因qSdn-1［27］、油菜千粒质量基因QTLT SWA7b［28］、小麦黄绿基因Ygl［29］、水稻耐冷基因qPSR2-1、qLOP2和qRC10-2［30］。又如，利用小麦粒重基因TaGW2-6A编码区不同等位变异系研究小麦灌浆特性相关的基因功能［31］。本研究中，以全基因组测序品种日本晴为背景构建的系列大穗、大粒近等基因系，将为穗形、粒形基因的精细定位提供基础材料。事实上，笔者已利用其中一份近等基因系开展了大粒基因的定位研究，并将其中一个控制粒重的基因GS2.2精细定位于第2染色体［32］。

本研究对大穗、大粒近等基因系的目标性状和其他农艺性状进行了鉴定和评价。22个大穗株系中，P01、P05、P09、P19和P20株系每穗总粒数显著多于日本晴，而其他农艺性状与日本晴基本相当。11个大粒株系中，G08和G09的粒重、粒长显著大于日本晴，而株高、穗长、每穗总粒数、结实率和单株粒重等性状与背景亲本相当。这些株系是基于日本晴背景的理想大穗、大粒近等基因系，有助于进一步深入研究水稻大穗、大粒的形成机理、遗传特点以及基因功能互作。

研究还发现，穗形大小的变化可以通过穗长和每穗粒数表现出来，后者又可能由一次枝梗数或者二次枝梗数的变化而引起。同样，在粒形近等基因系中，粒重的变化可能因粒长或者粒长与粒宽共同作用而引起。因此，在实际应用中，应根据具体的研究目标对近等基因系的评价指标进行适当调整。本研究中构建的近等基因系，假若用于每穗粒数的相关研究，P01、P05、P09、P19和P20均为合适的株系；但若是开展二次枝梗遗传模式的相关研究，则宜选用只有二次枝梗数与日本晴有显著差异的株系，P01和P09即为最理想的株系。

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Evaluation of Near-isogenic Lines w ith Large Panicle and Large Grain Based on Japonica Variety‘Nipponbare’

TANG Wei1，SUN Bo1，ZHOU Qi1，ZENG Gai1，ZHANG Juping1，JIANG Haoyu1，YE Naizhong1，XIAO Yinghui1，2，3*
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Key Laboratory of Hunan Province for Disease Resistance Breeding of Rice and Rapeseed，Changsha，Hunan 410128，China；3 Southern Regional Collaborative Innovation Center of Grain and Oil Crops in China，Changsha，Hunan 410128，China）

A set of rice lines with large-panicle or large-grain were developed，which have the background parent of japonica rice variety Nipponbare，and the large-panicle line R1126 and the large-grain line TDX as the donor.In order to screen the ideal near-isogenic lineswith different panicle size or grain size，thirty-three lineswere evaluated.The results showed that the number of grains per panicle of P01，P05，P09，P19 and P20 lines were significantly higher than that of Nipponbare，while other agronomic characters were similar to those of Nipponbare.Grain weight and grain length of G08 and G09 were significantly higher than those of Nipponbare，while plantheight，panicle length，total grains per panicle，seed setting rate and grain weight per plantwere similar to those of Nipponbare.These lines，which with large-panicle or large -grain and based on the background of Nipponbare，were the ideal near-isogenic lines，and would provide the basicmaterials for further in-depth study.

rice；panicle；grain；near-isogenic lines；Nipponbare

S511.037

A

1001-5280（2017）03-0222-06

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.03

2017- 02- 13

唐 伟（1990-），男，硕士研究生，Email：499961421＠qq.com。*通信作者：肖应辉，研究员，Email：xiaoyh＠hunau.edu.cn。

国家重点研发计划（2016YFD0101103-2）；湖南省科技计划项目（2015NK1001-1）；教育部“创新团队发展计划”（IRT1239）。