1、第27卷第6期作物學(xué)報V o l. 27, N o . 62001年11月A CTA A GRONOM I CA S I N I CAN ov . , 2001水稻株高QT L 分析及其與產(chǎn)量QT L 的關(guān)系樊葉楊1莊杰云1李強(qiáng)2SALA F rancisco 2鄭康樂1,(1中國水稻研究所國家水稻改良中心, 浙江杭州310006;2意大利米蘭大學(xué)生物系, M ilan , Italy 20133提要分別應(yīng)用具有112和160個標(biāo)記位點(diǎn)的兩個秈 秈交組合的F 2群體的連鎖圖, 對控制水稻株高的數(shù)量性狀基因(Q TL 進(jìn)行了研究。各定位了4個和3個株高Q TL , 每個Q TL 的貢獻(xiàn)率在5.

2、6%22. 9%之間。在一個群體中, 4個Q TL 都表現(xiàn)為完全顯性或超顯性; 在另一個群體中, 3個Q TL 均表現(xiàn)為部分顯性。分別檢測到7對和5對影響株高的雙基因互作, 其中一個群體以加性2加性互作為主, 另一個群體以加性2顯性(或顯性2加性 為主, 兩個群體中均沒有檢測到顯性2顯性互作。另外, 在二個群體中, 都有2個Q TL 在染色體位置、基因作用模式和效應(yīng)方向諸方面, 與產(chǎn)量性狀Q TL 表現(xiàn)一致。關(guān)鍵詞水稻; 數(shù)量性狀基因(Q TL ; 株高; 產(chǎn)量性狀A(yù)na lysis of Quan tita tive Tra it L oc i (QT L for Plan t He igh

3、t and the Rela tion between these QT L and QT L for Y ield Tra its i n R iceFAN Ye 2Yang 1ZHU AN G J ie 2Yun 1L IQ iang 2Sala F rancisco 2ZH EN G Kang 2L e1(1N ational Center of R ice Imp rove m ent , Ch ina N ational R ice R esearch Institu te , H ang z hou 310006, Ch ina ; 2D ep art m ent ofB iolo

4、gy , M ilan U niversity 20133, Ch ina Abstract Q TL fo r p lan t heigh t (PH w ere determ ined in tw o F 2pop u lati on s each derived from an ind ica ind ica cro ss of rice . Fou r Q TL fo r PH w ere detected in one pop u lati on by em p loying a m o lecu lar linkage m ap of 112m arkers , all of w

5、h ich disp layed over 2dom inance o r com p lete dom inance . In ano ther pop u lati on , th ree Q TL fo r PH w ere detected by em p loying a m ap of 160m arkers , all of w h ich disp layed p artial dom inance . Each Q TL exp lained 5. 6%to 22. 9%of the p heno typ e variati on . Seven digen ic in te

6、racti on s fo r PH w ere detected in one pop u lati on , and the additive additive in teracti on s w ere p redom inan t . F ive digen ic in teracti on s w ere detected in ano ther pop u lati on , and the additive dom inance (o r dom inance additive in teracti on s w ere p redom inan t . N o dom inan

7、ce dom inance in teracti on s w erefound in either pop u lati on s. It w as also found in each pop u lati on that 2Q TL fo r PH w ere in good acco rdance w ith Q TL fo r yield traits in term s of the ch rom o som al locati on , gene acti onm ode and the directi on of dom inance and additive effects.

8、 Key words R ice ; Q uan titative trait loci (Q TL ; P lan t heigh t ; Y ield traits聯(lián)系人:Em ail :cnrrib fy . hz . zj . cn收稿日期:2000210225, 接受日期:2000211230R eccived on :2000210225, A ccep ted on :2000211230資助項目:國家水稻基因組項目(101209206 ; 洛克菲勒基金會國際水稻生物技術(shù)項目(R F 99001#744 ; 農(nóng)業(yè)部水稻學(xué)重點(diǎn)實驗室開放項目(000203作者簡介:樊葉楊(1975

9、、男、浙江、研究實習(xí)員、學(xué)士學(xué)位、研究方向; 生物技術(shù)自20世紀(jì)50年代末水稻矮稈化育種使稻米產(chǎn)量取得突破性增長以來, 稻作工作者廣泛對水稻株高展開了遺傳研究1。迄今, 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少有60多個控制矮稈和半矮稈的主基因2。近年來, R FL P 等分子標(biāo)記技術(shù)的迅猛發(fā)展和致密連鎖圖譜的構(gòu)建, 為系統(tǒng)地分析數(shù)量性狀的遺傳機(jī)理提供了基礎(chǔ)。在水稻中, 已經(jīng)對株高及其構(gòu)成因素進(jìn)行了數(shù)量性狀基因(Q TL 研究39。進(jìn)一步研究Q TL 以及基因互作對株高的作用, 將增加對株高遺傳機(jī)理的理解。研究株高與其它性狀, 特別是產(chǎn)量性狀的遺傳控制關(guān)系, 將為株高在水稻高產(chǎn)育種中的輔助選擇應(yīng)用提供基礎(chǔ)。本研究以兩個水

10、稻秈 秈交組合衍生的F 2群體為材料, 對株高Q TL 和雙基因互作進(jìn)行了分析, 此外, 還分析了株高Q TL 和產(chǎn)量性狀Q TL 的相互關(guān)系。1材料與方法1. 1水稻材料本研究采用了兩個水稻秈 秈交組合的F 2群體。一個為171個株系組成的珍汕97B 密陽46群體(以下簡稱Z M 群體 , 另一個為166個株系組成的協(xié)青早B密陽46群體(以下簡稱XM 群體 。1995年于杭州中國水稻研究所實驗場種植P 1、P 2、F 1和F 2。播種30天后移栽, 密度為27c m 40c m 。在分蘗初期從各稻株掰一分蘗單獨(dú)種植, 以提取葉片DNA 。至成熟期逐株測量株高(PH , 另外, 還考查了4個產(chǎn)

11、量性狀:單株產(chǎn)量(GYD 、單株穗數(shù)(N P 、每穗實粒數(shù)(N FGP 和千粒重(T G W T 。1. 2DNA 標(biāo)記檢測水稻總DNA 的提取按本實驗室的方法進(jìn)行10。兩個群體均應(yīng)用了R FL P 和SSL P 標(biāo)記, XM 群體還應(yīng)用了A FL P 和RAM P 標(biāo)記。1. 2. 1R FL P 酶切、電泳和Sou thern 印跡轉(zhuǎn)移主要參照M cCouch 等的方法11, 分子雜交應(yīng)用ECL 直接核酸標(biāo)記和檢測系統(tǒng)(Am ersham Pharm acia 公司 , 按手冊步驟操作。親本檢測中, Z M 群體應(yīng)用了6種限制性內(nèi)切酶:B am H 、D ra 、E co R 、E co

12、R 、H in d 、X ba ; XM 群體應(yīng)用了5種:B am H 、D ra 、E co R 、E co R 、H in d ; 共選用了320個DNA 克隆, 由美國Co rnell 大學(xué)T ank sley 實驗室提供。只有雙親間呈多態(tài)性的探針才用于檢測F 2群體。1. 2. 2SSL P 所應(yīng)用的引物購自R esearch Genetics 公司, PCR 反應(yīng)按照提供的手冊操作, 擴(kuò)增產(chǎn)物在2%M etaPho r TM 瓊脂糖(FM C 上電泳。共有來自第1、2、4、9、10、11染色體的59對引物用于雙親間檢測, 對照SSL P 框架圖譜12, 只有那些在雙親間顯示多態(tài)性、且

13、有可能填補(bǔ)圖譜上空白區(qū)的引物, 才用于F 2群體的檢測。1. 2. 3A FL P 和RAM P A FL P 參照V o s 等的方法13, 引物來由Keygene 公司, 應(yīng)用了1對P st 選擇性引物與6對M se 選擇性引物組合成的6對引物。RAM P 參照A rencib ia 等的方法14, 應(yīng)用了1對微衛(wèi)星引物與7對RA PD 引物組合成的7對引物。PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物在6%變性聚丙烯酰胺膠上電泳, 銀染檢測采用S I LV ER SEQU EN CE TMDNA 測序系統(tǒng)(P rom ega 。1. 3數(shù)據(jù)分析采用M A PM A KER EXP 3. 0構(gòu)建圖譜15, 用Ko s

14、am b i 函數(shù)將重組率轉(zhuǎn)換成遺傳圖距(c M 。應(yīng)用單因子方差分析(SA S PROL GLM 16和區(qū)間作圖法(M A PM A KER Q TL1. 1b 17定位Q TL , 只有在前者P 2. 0的情況下同時檢測到, 才判斷為控制相應(yīng)性狀的Q TL 。應(yīng)用雙因子方差分析(SA S PROL GLM 16對雙基因互作進(jìn)行了檢測, 當(dāng)P 0. 01 。因此, 最終定位到4個Q TL , 即qPH 3、qPH 5、qPH 7和qPH 12(圖2 , 其貢獻(xiàn)率分別為8. 4%、12. 7%、13. 7%和12. 2%。4個Q TL 都表現(xiàn)為完全顯性或超顯性(表2 。在XM 群體中, 用區(qū)間

15、作圖法定位到4個Q TL , 分別位于第3、6、7、12染色體, 但是第3染色體上的Q TL 沒有在單因子方差分析中檢測到。因此, 最終定位到3個Q TL , 即qPH 6、qPH 7和qPH 12(圖2 。其貢獻(xiàn)率分別為18. 4%、22. 9%和5. 6%。3個Q TL 都表現(xiàn)為部分顯性(表2 。表2同一個F 2群體中檢測到的株高QT L 及其所處區(qū)間的產(chǎn)量性狀QT LTable 2QT L for plan t he ight and QT L for y ield tra its detected i n correspondi ng i n tervals i n each F 2p

16、opulation群體aPopulati on a區(qū)間Interval Q TLLOD P 2值bP 2value b %貢獻(xiàn)率c %V ar 2cA d D e D A f Z MR G 962R G 482qPH 32. 510. 00258. 4-4. 175. 091. 22R G 4702R G 573qPH 53. 420. 001712. 7-0. 359. 7128. 06R Z 3952R Z 989qPH 72. 760. 004013. 75. 267. 181. 36q N FGP 72. 440. 00449. 14. 8620. 254. 17R G 1762R G

17、 543qPH 123. 790. 000312. 2-5. 425. 280. 97q N P 122. 570. 00306. 7-1. 371. 621. 19R G 5432R G 81qT GW T 123. 220. 000812. 50. 80-0. 15-0. 18X M R G 1382R Z 398qPH 66. 30. 000118. 4-7. 23-3. 22-0. 45qGYD 62. 330. 00277. 2-9. 737. 910. 81R Z 3952R G 404qPH 76. 160. 000122. 97. 524. 890. 65q N FGP 72.

18、 510. 00377. 211. 973. 150. 26R G 4632R G 901qPH 122. 030. 00595. 6-3. 742. 090. 56a . Z M =珍汕97B 密陽46; X M =協(xié)青早B 密陽46. b . 應(yīng)用單因子方差分析得到具有最高F 值時的P 值. c .Q TL 所能解釋的表型方差占總表型方差的比值. d . Q TL 的加性效應(yīng). e . Q TL 的顯性效應(yīng). f . 顯性度. a . Z M =Zhenshan 97B M ilyang 46; X M =X ieqingzao B M ilyang 46. b . O utput fro

19、m one -w ay ANOVA at them arker locus w ith the h ighest F value . c . Percent of pheno typ ic variance exp lained by the putative Q TL . d . A dditive gene effect of the putative Q TL . e . Dom inance gene effect of the putative Q TL . f . D egree of dom inance .2. 4雙基因互作在Z M 群體中發(fā)現(xiàn)了7對雙基因互作(表3 , 其貢獻(xiàn)

20、率為11. 0%13. 6%。所有互作都不發(fā)生于Q TL 之間, 但有兩對互作的一方為Q TL , 分別為qPH 3和qPH 7。從互作的方式來看, 有5對表現(xiàn)為加性2加性互作, 2對同時表現(xiàn)出加性互作和加性2顯性互作, 沒有檢測到顯性2顯性互作。表3在兩個群體中檢測到的影響水稻株高的雙基因互作Table 3D igen ic i n teraction s for plan t he ight detected i n the two population s群體Populati on 標(biāo)記1aM arkerl a標(biāo)記2M arker2貢獻(xiàn)率%Var11b 1213212223313233Z

21、 MR G 472(1 R Z 395(7 12. 8-18. 7433-6. 613R G 472(1 R G 257(10 12. 010. 113-5. 313R Z 668(2 R G 482(3 11. 631. 2033R G 509(2 R Z 721(7 11. 919. 643R Z 328(3 R Z 675(4 11. 013. 7039. 263R G 620(4 R Z 721(7 11. 315. 9833-12. 7933R G 493(5 R Z 626(7 13. 6-19. 9833X MR G 393(3 R G 257(10 12. 8-12. 1633

22、5. 313R G214(4 R G711(7 11. 97. 5836. 613R G 214(4 R Z 797(11 13. 910. 073-8. 893R Z 617(8 R G 662(9 11. 7-9. 9733662(9 257(10 12. 4-8. 57310. 0335. 713a :括號內(nèi)的數(shù)字代表染色體序數(shù). b :第1個數(shù)字代表座位1, 第2個數(shù)字代表座位2; 基因型1代表母本, 2代表父本, 3代表雜合; 3:P 0. 05, 33:P 0. 01; 空白表示互作不顯著。a :T he num ber in parenthesis stand fo r the

23、ch romo som e num ber . b :F irst num ber :locus 1; second num ber :locus2; 1:m aternal geno type ; 2:paternal geno type ; 3:heterozygous geno type ; 3:P 0. 05, 33:P 0. 01; B lank referred to no 2significant effects .在XM 群體中發(fā)現(xiàn)了5對雙基因互作(表3 , 其貢獻(xiàn)率為11. 7%13. 9%。沒有Q TL 參與互作。從互作的方式來看, 有2對表現(xiàn)為加性2顯性(或顯性2加性 互

24、作, 3對同時表現(xiàn)出加性2加性互作和加性2顯性(或顯性2加性 互作, 沒有檢測到顯性2顯性互作。2. 5株高和產(chǎn)量性狀的遺傳相關(guān)性雖然2個群體之間稍有差異, 株高與4個產(chǎn)量性狀的相關(guān)性都達(dá)到了顯著或極顯著水平(表4 。從Q TL 所處的位置和基因作用模式及效應(yīng)方向來看, 也具有相同的趨勢。在Z M 群體中, 共定位了9個產(chǎn)量性狀Q TL (圖2 。其中, 第7染色體的q N FGP 7和控制株高的qPH 7位于同一區(qū)間; 第12染色體的q N P 12和qT GW T 12和控制株高的qPH 12位于同一區(qū)間。qPH 7和q N FGP 7均表現(xiàn)為超顯性, 其加性效應(yīng)增效的等位基因亦均來自父本

25、;qPH 12和q N P 12均可看作表現(xiàn)為完全顯性, 其加性效應(yīng)增效的等位基因均來自母本。不過,與qPH 12和q N P 12處于相鄰位置的qT GW T 12, 其基因作用模式和效應(yīng)方向, 與qPH 12和q N P 12均不相同。這些結(jié)果與Z M 群體中株高與每穗實粒數(shù)和單株穗數(shù)相關(guān)性較高、與千粒重相關(guān)性較低是一致的。另外, 從圖2看, qT GW T 12也有可能與qPH 12和q N P 12位于不同的位置。表4兩個F 2群體中株高和產(chǎn)量性狀的相關(guān)系數(shù)Table 4Correlation coeff ic ien ts between plan t he ight and y i

26、eld tra its群體Populati on單株產(chǎn)量GYD單株穗數(shù)N P每穗實粒數(shù)N FGP千粒重T G W TZ M 株高0. 574330. 302330. 605330. 1753333333333:P 0. 05; 33:P 0. 01PH :p lant heigh t ; GYD :grain yield per p lant ; N P :num ber of panicle per p lant ; N FGP :num ber of filled grain perpanicle ; T G W T :1000grain w eigh t在XM 群體中, 共定位了8個產(chǎn)量

27、性狀Q TL (圖2 。其中, 第6染色體的qGYD 6和控制株高的qPH 6位于同一區(qū)間; 第7染色體的q N FGP 7和控制株高的qPH 7位于同一區(qū)間。這4個Q TL 的加性效應(yīng)均大于顯性效應(yīng), 而且qPH 6和qGYD 6、qPH 7和q N FGP 7的加性效應(yīng)方向分別一致, 即前一對增效的等位基因都來自母本, 后一對增效的等位基因都來自父本。從上述結(jié)果可以看出, 在兩個F 2群體檢測到的株高Q TL 中, 各有2個與產(chǎn)量性狀Q TL 位于相同區(qū)間, 且與相對應(yīng)的產(chǎn)量性狀Q TL 具有基本一致的基因作用模式和效應(yīng)方向。3討論3. 1兩個群體間株高QT L 分析的比較本研究檢測到的5

28、個株高Q TL 中, qPH 7和qPH 12在2個群體中同時定位到, 且位于同一染色體區(qū)間, 但它們在2個群體中的效應(yīng)表現(xiàn)不盡相同。qPH 7在Z M 群體中表現(xiàn)為超顯性, 而在XM 群體中表現(xiàn)為部分顯性; qPH 12在Z M 群體中表現(xiàn)為完全顯性, 而在XM 群體中表現(xiàn)為部分顯性。在雙基因互作上, Z M 群體中有兩個株高Q TL (qPH 3和qPH 7 分別參與互作, 而XM 群體中沒有株高Q TL 參與互作; Z M 群體以加性互作為主, XM 群體以加性2顯性(顯性2加性 為主, 兩個群體中均未檢測到顯性2顯性互作。分析結(jié)果的相似性與2個群體共用一個父本以及相近的圖譜覆蓋面有密切

29、的關(guān)系; 而相 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 9作物 學(xué)報 27 卷 22 異性則表明: 2 個群體株高的分離是受不同座位上的基因和同一座位上的復(fù)等位基因控制 的。 3. 2株高 QTL 與主效基因的比較 5 H uang 等 的研究表明, 其定位的株高 Q TL 與 13 個已知控制株高的主基因在基因組上 的位置一致, 支持了 Rober

30、t son 的假設(shè) 18 , 即: 同一性狀的主基因與 Q TL 是同一座位上的不 同等位基因。本研究檢測到的 5 個 Q TL 中, 4 個與前人檢測到的株高 Q TL 位于相同區(qū)間: 5 6 7 qP H 5 和 qP H 7 與 H uang 等 、X iao 等 和 Yan 等 的 結(jié) 果 相 同; qP H 3 和 qP H 12 與 19 H em am a lin i 等 的結(jié)果相同。其中, qP H 5 和 qP H 12 分別與主基因 sd g 和 d 233 位于同一區(qū) 間。由此可見, 本研究同樣支持了 Robert son 的假設(shè)。 3. 3株高在高產(chǎn)育種中的應(yīng)用 在二個

31、群體中, 株高與產(chǎn)量性狀存在正相關(guān)性, 但相關(guān)系數(shù)并不是很高 ( 表 4 , 這種趨 勢也反映在 Q TL 分析結(jié)果上。在二個群體中, 都存在只檢測到株高 Q TL 、未檢測到產(chǎn)量性 狀 Q TL , 以及只檢測到產(chǎn)量性狀 Q TL 、未檢測到株高 Q TL 的區(qū)間; 不管怎樣, 分別在 ZM 和 XM 群體檢測到的 4 和 3 個株高 Q TL 中, 各有 2 個與產(chǎn)量性狀 Q TL 在染色體位置、基因 作用模式和效應(yīng)方向諸方面, 具有較高的一致性。株高 Q TL 與產(chǎn)量性狀 Q TL 遺傳作用的部 分一致性, 表明株高低于一定限度后, 難以獲得高產(chǎn)。這與育種家提出的 “矮中求高” 的高產(chǎn)

32、策略是一致的, 即: 在利用半矮稈基因的基礎(chǔ)上, 適當(dāng)增加株高, 借以提高生物學(xué)產(chǎn)量, 使之 具有充足的源, 為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ) 20 。 參考文獻(xiàn) 1閔紹楷, 申宗坦, 熊振民. 水稻育種學(xué) 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1996 . 2K ino sh ita T. R ice Genet. N ew slett, 1995, 12: 9 153 3L i Z K, S R M P in son, J W Stan sel et al T heor A pp l Genet, 1995, 91: 374 381 . 4 u P, G Zhang, N H uang. E up hy tica ,

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