全 文 ：书核 农 学 报 2010，24(6):1105 ～ 1109
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)06-1105-05
水稻第 6 染色体短臂每穗实粒数和
每穗颖花数 QTL的精细定位
樊叶杨 程式华 范方军 庄杰云
(中国水稻研究所国家水稻改良中心 /水稻生物学国家重点实验室，浙江 杭州 310006)
摘 要:对水稻第 6 染色体短臂上一个控制每穗实粒数和每穗颖花数的 QTL 进行精细定位研究。针对
前期定位的 RM587-RM6119 区域，应用在目标区间内杂合片段呈交叉排列的 3 个剩余杂合体，自交后
获得 3 套 F2∶ 3群体，对每穗实粒数、每穗颖花数和单株产量进行 QTL 分析。在 3 套群体中均检测到控制
每穗实粒数、每穗颖花数和单株产量的 QTL，其遗传作用均以加性作用为主，增效等位基因来自母本珍
汕 97B，且 QTL 的效应在各群体间相近。因此，该目标区间存在一个共同的 QTL，通过控制每穗粒数来
调控单株产量。通过比较 3 个剩余杂合体共有的杂合区间，最终将控制每穗实粒数和每穗颖花数的
QTL 定位于 RM3414-RM19417 之间约 96. 4kb 的区域内。
关键词:水稻;数量性状座位(QTL);剩余杂合体;每穗实粒数;每穗颖花数
FINE MAPPING OF A QTL FOR NUMBER OF GRAINS PER PANICLE AND
NUMBER OF SPIKELETS PER PANICLE ON SHORT ARM OF RICE CHROMOSOME 6
FAN Ye-yang CHENG Shi-hua FAN Fang-jun ZHUANG Jie-yun
(Chinese National Center for Rice Improvement / State Key Laboratory of Rice Biology，
China National Rice Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 310006)
Abstract:A quantitative trait locus (QTL)for number of grains per panicle (NGP)and number of spikelets per panicle
(NSP)on the short arm of rice chromosome 6 was fine mapped. Three residual heterozygous lines (RHLs)，which
carried overlapping heterozygous segments in interval RM587-RM6119，were selected. Three F2:3 populations were
developed and used for QTL analysis for number of grains per panicle，number of spikelets per panicle and grain yield
per plant (GY). The QTL for NGP，NSP and GY were detected in all three populations. The genetic action mode and
allelic direction of each QTL were consistent across three populations，showing additive action with the increasing allele
from maternal line Zhenshan 97B. The magnitude of additive effects was also similar among three populations. This
suggests that a QTL was located in the target interval regulating GY by controlling NGP and NSP. By comparing the
common heterozygous regions among three RHLs，the QTL for NGP and NSP was delimited in a 96. 4kb-segment flanked
by RM3414 and RM19417.
Key words:rice (Oryza sativa L.);quantitative trait locus (QTL);residual heterozygous line;number of grains per
panicle;number of spikelets per panicle
收稿日期:2010-03-19 接受日期:2010-06-02
基金项目:国家自然科学基金(30571062)，农业部超级稻专项(200906)，中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(2009RG002)
作者简介:樊叶杨(1975-)，男，浙江松阳人，助理研究员，主要从事水稻遗传育种学研究。E － mail:fanyeyang@ yahoo. com. cn
通讯作者:庄杰云(1965-)，男，福建惠安人，博士，研究员，主要从事水稻遗传育种学研究。E-mail:jz1803@ hzcnc. com
实粒数和颖花数是稻谷产量的重要构成因子，其
遗传研究一直深受重视。两者皆属于复杂的数量性
状，由众多数量性状座位(quantitative trait locus，QTL)
控制。随着分子标记的发展和应用，定位了大量的实
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粒数 QTL 和颖花数 QTL，仅 Gramene(www. gramene.
org)就已分别收录了 311 和 353 个，分布于水稻的 12
条染色体上。在已克隆的产量性状 QTL 中，除 qGY2-
1［1］、GS3［2］和 qSW5［3］与每穗实粒数和每穗颖花数的
关系未阐明外，Gn1a 主要控制每穗实粒数［4］，抽穗期
基因 Ghd7［5］、株型基因 PROG1［6］和 直 立 穗 基 因
DEP1［7］通过控制每穗实粒数或每穗颖花数来影响产
量，控制粒宽和粒重的 GW2［8］亦对每穗实粒数具有多
效性。
在前期研究中，我们应用剩余杂合体(RHL)衍生
群体，发现水稻第 6 染色体短臂 RM587-RM19784 区
域存在多个控制每穗实粒数和每穗颖花数的 QTL［9］，
并针对 RM587-RM6119 区间，筛选获得 3 个单株，自
交后获得 3 套 F2 群体，将 1 个产量性状 QTL 定位在
125. 1 kb 的 RM19407-RM19417 区间［10］。在本研究
中，进一步增加目标区间标记数和 F2 群体样本数，并
通过 F3 家系验证，进一步验证该 QTL 的效应，并将其
区间缩小为 96. 4kb。
1 材料与方法
1. 1 材料
本研究水稻材料包括 3 套 F2:3群体，分别记为
FM3、FM4 和 FM7，其分离区间分别为 RM587-Si2950、
RM587-RM225 和 RM19410-RM6119(图 1)，其他背景
区间都已基本纯合。3 个 F2 群体分别包含 1021、666
和 240 个单株;然后，从 FM3、FM4 和 FM7 F2 群体中分
别筛选到 36、15 和 10 个重组植株，再随机挑选 25、12
和 18 个非重组植株，自交构成 3 套 F3 群体。
图 1 3 套 F2∶ 3群体在第 6 染色体短臂 RM19350-RM314 区间的基因型
Fig. 1 Genotype of three F2∶ 3 populations in the interval RM19350-RM314 on the short arm of chromosome 6
1. 2 田间试验和性状考查
2005 年冬在海南陵水种植 FM3、FM4 和 FM7 F2
群体。株行距 20cm × 23cm，正常田间管理。成熟后分
单株收获，考查每穗实粒数和每穗颖花数。
2006 年夏在浙江富阳种植 FM3、FM4 和 FM7 F3
群体。每株系 12 个单株，株行距 20cm × 23cm，3 个重
复，完全随机区组设计。成熟后每株系取中间 10 株混
收，考查每穗实粒数、每穗颖花数和单株产量，以 3 个
重复的均值为基础进行数据分析。
1. 3 DNA 标记分析
采用简易法［11］提取各个 F2 单株的 DNA。SSR 标
记信息来自 Gramene 网站(www. gramene. org)，应用原
始亲本珍汕 97B 和密阳 46 检测多态性。 STS 标记
Si2944 和 Si2950 根据粳稻日本晴的基因组序列设计，
再经珍汕 97B 和密阳 46 检测多态性，其引物序列分别
为: 5′-AAACCACAAGATTAGGCTCTAAGT-3′ 和 5′-
AAGTGAGGGAAACCACATTCTAC-3′以及 5′- AGGCA-
CTCACAACCATAAC-3′ 和 5′- TAGTACATGACAATG-
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6 期 水稻第 6 染色体短臂每穗实粒数和每穗颖花数 QTL 的精细定位
GAGCTATC-3′。所有引物均由上海生工技术服务有
限公司合成。RM3414、Si2944 和 Si2950 仅用于确定 3
个原始单株的基因型，其余 FM3、FM4 和 FM7 分离区
间的标记(图 1)分别应用于对应 F2 群体各单株的检
测。PCR 扩增反应以及 PCR 产物的电泳和银染检测
均遵循以前研究［12］。
1. 4 遗传图谱的构建和数据分析
应用 MAPMAKER /EXP3. 0［13］构建目标区间的遗
传图谱，用 Kosambi 函数将重组值转换为遗传距离
(cM)。利用 Windows QTL Cartographer 2. 5［14］、采用
区间作图法检测 QTL，以 LOD = 3. 0 为阈值。
2 结果与分析
2. 1 性状表型变异
在 F2 群体中，每穗实粒数和每穗颖花数变异幅度
都较大，且呈连续分布，而在 F3 群体中，每穗实粒数、
每穗颖花数和单株产量 3 个产量性状虽然也呈连续分
布，但变异幅度明显变小(表 1)。在平均值方面，每个
产量性状在各群体间数值相近，其中每穗实粒数在 F2
群体中为 77. 65 ～ 82. 64，在 F3 群体中为 93. 86 ～
107. 73;每穗颖花数在 F2 群体中为 98. 70 ～ 102. 86，在
F3 群体中为 141. 60 ～ 147. 29;单株产量在 F3 群体中
为 18. 04 ～ 19. 50g(表 1)。综合来看，本研究所应用的
3 套群体在产量性状上表现较为一致，暗示了在遗传
背景上并无重要的差异，这可能是由于 3 个 RHL 梯系
材料均来源于同一个 RHL 衍生的 F3 群体，遗传背景
基本一致。
2. 2 每穗实粒数和每穗颖花数 QTL 的精细定位
应用 FM3、FM4 和 FM7 F2 群体的标记基因型数
据，分别构建了包含 5 个、9 个和 8 个 SSR 标记的遗传
图谱，其遗传距离分别为 1. 9cM、3. 6cM 和 5. 3cM。
表 1 3 套 F2:3群体中产量性状的表现
Table 1 The performance of yield traits in the three F2∶ 3 populations
世代 群体 性状 平均值 ±标准差 范围 偏斜度 峰度
generation population trait mean ± SD range skewness kurosis
F2 FM3 NGP 80. 00 ± 12. 29 23. 43 ～ 131. 00 0. 11 1. 04
NSP 102. 33 ± 14. 29 36. 00 ～ 162. 20 0. 31 1. 10
FM4 NGP 82. 64 ± 13. 22 15. 36 ～ 129. 50 0. 23 1. 02
NSP 102. 86 ± 15. 74 64. 64 ～ 157. 33 0. 54 0. 21
FM7 NGP 77. 65 ± 14. 35 45. 90 ～ 125. 56 0. 61 0. 57
NSP 98. 70 ± 14. 54 60. 88 ～ 150. 50 0. 60 1. 19
F3 FM3 NGP 93. 86 ± 10. 81 75. 47 ～ 120. 35 0. 34 － 0. 57
NSP 141. 60 ± 11. 71 115. 60 ～ 170. 95 0. 18 － 0. 08
GY (g) 18. 04 ± 3. 38 11. 49 ～ 28. 40 0. 58 0. 43
FM4 NGP 107. 73 ± 13. 44 91. 54 ～ 134. 83 0. 91 － 0. 51
NSP 147. 29 ± 16. 56 125. 09 ～ 178. 47 0. 63 － 0. 97
GY (g) 19. 50 ± 3. 10 14. 72 ～ 26. 42 0. 74 － 0. 18
FM7 NGP 103. 27 ± 11. 77 84. 05 ～ 125. 56 0. 19 － 0. 90
NSP 144. 50 ± 13. 18 120. 47 ～ 170. 27 0. 12 － 0. 47
GY (g) 18. 63 ± 2. 99 13. 58 ～ 25. 27 0. 52 － 0. 28
注:F2 群体种植于 2005 冬 － 2006 春(海南陵水)，F3 群体种植于 2006 夏(浙江富阳);FM3、FM4 和 FM7 F2 群体分别包含 1021、666 和 240 个单
株，F3 群体分别包含 61、27 和 28 个家系;NGP 为每穗实粒数，NSP 为每穗颖花数，GY 为单株产量。下表同。
Note:F2 populations were planted in the winter to spring season of 2005 － 2006 (Lingshui，Hainan Province )and F3 populations were planted in the
summer season of 2006 (Fuyang，Zhejiang Province);FM3，FM4 和 FM7 F2 populations contained 1021，666 and 240 individuals and F3 populations contained
61，27 and 28 families，respectively;NGP means the number of gains per panicle;NSP means the number of spikelets per panicle;GY means grain yield per
plant. The same as following tables.
应用 F2 群体的产量性状数据进行 QTL 分析，结
果表明目标区间对每穗实粒数和每穗颖花数具有显著
效应(表 2)。每穗实粒数和每穗颖花数 QTL 的遗传
作用模式和方向在 3 套群体间表现一致，均以加性作
用为主，增效等位基因来自母本珍汕 97B。
应用 F3 群体的产量性状数据分析，各个群体在 3
个产量性状上均检测到 QTL(表 3)。而且，与 F2 群体
一致，各个 QTL 均以加性作用为主，增效等位基因来
自母本珍汕 97B。从两代分析的共有性状每穗实粒数
和每穗颖花数看，与采用 F2 单株分析所得的结果相
比，应用 F3 株系估算的 QTL 加性效应和贡献率明显
提高，这与重复试验可有效降低表现型误差的常识是
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一致的。
综上所述，每穗实粒数、每穗颖花数和单株产量
QTL 的遗传作用模式均表现为加性作用，母本等位基
因起增效作用，可认为目标区间存在一个共同的 QTL，
通过控制每穗实粒数和每穗颖花数来调控单株产量。
比较 3 个 F2∶ 3群体在目标区间的基因型可以发现，它
们在 RM19410-Si2950 区间均呈分离，考虑到其两侧交
换区域 RM3414-RM19410 和 Si2950-RM19417 也可能
存在分离，可将 3 套群体中控制每穗实粒数、每穗颖花
数和单株产量的 QTL 定位于 RM3414-RM19417 之间
约 96. 4kb 的区域内。
表 2 目标区间产量性状 QTL 在 3 个 F2 群体中的效应
Table 2 Effects of QTLs in target region for yield traits in F2 populations
性状 群体 LOD 值 加性效应 显性效应 显性度 贡献率(%)
trait population LOD value additive effect dominance effect degree of dominance R2
每穗实粒数 FM3 20. 7 － 4. 69 － 3. 01 － 0. 64 8. 9
NGP FM4 34. 8 － 8. 67 － 4. 61 － 0. 53 21. 4
FM7 9. 9 － 8. 37 － 1. 81 － 0. 22 17. 3
每穗颖花数 FM3 34. 5 － 7. 05 － 4. 13 － 0. 59 14. 4
NSP FM4 61. 1 － 13. 02 － 8. 28 － 0. 64 34. 4
FM7 11. 4 － 8. 75 － 4. 38 － 0. 50 19. 5
注:加性效应指一个父本等位基因取代母本等位基因所产生的遗传效应;贡献率为相应 QTL 所解释的群体表型方差的比例。
Note:Additive effect means the genetic effect when a maternal allele is replaced by a paternal allele;R2 means the proportion of phenotypic variance
explained by given QTL.
表 3 应用 3 套 F3 群体对产量性状 QTL 效应的验证
Table 3 Effects of QTLs in target interval for yield traits in F3 populations
性状 群体 LOD 值 加性效应 显性效应 显性度 贡献率
trait population LOD value additive effect dominance effect degree of dominance R2(%)
每穗实粒数 FM3 7. 1 － 11. 37 － 0. 64 － 0. 06 45. 0
NGP FM4 7. 8 － 13. 45 － 7. 80 － 0. 58 71. 0
FM7 5. 3 － 13. 97 － 3. 98 － 0. 28 56. 0
每穗颖花数 FM3 12. 2 － 15. 02 0. 67 0. 04 64. 9
NSP FM4 11. 1 － 18. 52 － 9. 45 － 0. 51 81. 9
FM7 8. 0 － 18. 57 － 0. 55 － 0. 03 70. 6
单株产量 FM3 5. 6 － 3. 14 － 0. 14 － 0. 05 35. 8
GY (g) FM4 5. 0 － 2. 84 － 1. 04 － 0. 36 57. 1
FM7 4. 5 － 2. 96 － 1. 98 － 0. 67 50. 6
3 讨论
复杂性状如产量性状一般由众多 QTL 共同作用，
但微效的 QTL 往往受不同的遗传背景和环境条件等
影响。有些 QTL 能在不同组合、不同世代和不同环境
条件下得到稳定检测，这些 QTL 应是开展精细定位、
基因克隆和分子标记辅助选择的首选目标。在前期研
究中，我们应用珍汕 97B /密阳 46 组合构建的重组自
交系群体以及从中筛选到的一个 RHL 衍生发展的
F2:3群体，均在第 6 染色体短臂上检测到一个控制每穗
实粒数的 QTL，作用方式均表现为加性，增效等位基因
来自母本珍汕 97B［10. 15］，暗示该 QTL 遗传稳定，适宜
开展精细定位研究。本研究应用 RHL 梯系材料及其
衍生的 F2:3群体，将其精细定位于 96. 4kb 的区域内。
该 QTL 同时还对每穗颖花数和单株产量具有显著的
效应，说明该 QTL 对水稻产量具有重要的作用，具有
较高的育种应用价值。
应用只在目标区间发生分离，而背景高度同质的
材料是 QTL 精细定位的必要条件。相较于近等基因
系，剩余杂合体可以直接从重组自交系中筛选获得，构
建便捷。应用 RHL 自交产生的只在目标区间发生分
离的群体，可以有效地实现 QTL 的定位和分解［16 ～ 18］。
在此基础上，在分离群体中还可筛选到杂合区间更小
且呈交叉排列的 RHL 梯系材料，通过比较后代群体中
目标性状的分离情况和 QTL 效应，可以进一步将 QTL
的位置精细。本研究应用筛选获得的 3 个 RHL 梯系
材料及其发展的 F2:3群体，将控制每穗实粒数、每穗颖
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花数和单株产量的 QTL 成功地界定在水稻第 6 染色
体短臂 RM3414-RM19417 之间约 96. 4kb 的区段上，证
明了上述策略的可行性。
Shan 等［19］将水稻小穗矮秆基因 spd6 精细定位于
第 6 染色体短臂上含有 4 个候选基因、跨度为 22. 4kb
的 Q5-JX6036 区间，该基因具有对每穗实粒数等性状
的多效作用。通过引物序列比对，发现 Q5 相当于粳
稻日本晴第 6 染色体 2095. 3kb 位置，JX6036 相当于
2118. 2kb 位置;同时，基因组位置搜索结果表明，区间
内的 4 个候选基因位于日本晴第 6 染色体 2094. 5-
2115. 6kb 范围内。本研究定位到的每穗实粒数 QTL
位于 RM3414-RM19417 区间，相当于粳稻日本晴第 6
染色体 2881. 9-2978. 3kb。从位置上看，该 QTL 位于
spd6 下游，很可能是一个新基因。
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(责任编辑 王媛媛)
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