全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(6)：477～481
Journal of Wuhan Botanical Research
水稻 DH群体籽粒充实度的 QTL定位
牛傲蕾 ，卢训莉 ，宋 驰
(武汉大学生命科学学院生物学实验教学中心，武汉 430072)
摘 要：籽粒充实度较差是当前水稻亚种间杂种优势利用中所面临的最大障碍之一。研究采用籼粳交(圭 630×
02428)来源的 DH群体对水稻籽粒充实度进行 QTI 分析，检测到 1个主效应 QTL(qGP一7)，该 QTI 位于第 7染
色体 RZ978~RG404a~RG404c区间的大约 26 cM 的染色体区段上，对籽粒充实度的贡献率为 1O ～15％。发现
了 2对“加性×加性”效应的互作 QTI ，对籽粒充实度的贡献率 皆为 2O％左右 ，表明 QTL的上位性是控制籽粒充
实度的重要遗传基础之一。还对亚种间杂交稻育种中“以饱攻饱”的亲本选配策略作了讨论。
关键词：水稻；籽粒充实度；数量性状基因座位(QTI )；上位性
中图分类号：Q943 文献标识码 ：A 文章编号：i000—470X(2004)06—0477—05
Mapping of QTLs Controlling Grain Plumpness of Rice
Using Doubled Haploid Lines
NIU Ao—Lei” ，LU Xun—Li“ 。SoNG Chi
(Experimental Center of Biology，College of Life Sciences．!~Zuhan University，Wuhan 430072，China)
Abstract：Composite interval mapping was conducted to map both main—effect and digenic epista—
tic loci for grain plumpness using a doubled haploid population derived from a indica／japonica
cross．One main—effect QTL (qGP一7)for the trait was located onto a 26 cM chromosomal region
marked by RZ978一RG404a—RG404c on chromosome 7．This QTL explained 10 9／6—1 5 of the
phenotypic variation．Two pairs of interactions were identified，each accounting for about 20％ of
the phenotypic variation，suggesting the importance of epistasis as genetic factor of the trait．
Key words：Rice；Grain plumpness；Quantitative trait loci(QTL)；Epistasis
籼粳亚种间杂交稻具有强大的物质生产优势和
穗大粒多的库容优势，展现了籼粳杂种优势直接利
用的广阔前景_1 ]。然而，随着亚种间杂交稻由研究
向实用化的纵深发展，其籽粒充实度差的问题 日见
突出，被认为是当前亚种间杂交稻育种中所面临的
最后一道难关L1 j。
近年来对水稻籽粒充实度的研究主要集中在从
籽粒灌浆特性和源库关系等方面去揭示其成因，表
明许多亚种间杂种 F 籽粒表现为明显的异步灌浆
型，弱势粒灌浆启动滞后和粒重增长速度缓慢，是其
籽粒充实度差的直接原因_2 ；籼粳亚利，间杂交稻的
物质生产优势主要表现在抽穗后期，而抽穗后的光
合产物向籽粒的转运率低，多形成“无效源”_3]；提高
灌浆期根系和籽粒中细胞分裂素含量，是促进籽粒
灌浆、提高籽粒充实度的一条有效途径[4]。
籽粒充实是涉及生理、生化和遗传等多方面的
复杂过程。在影响籽粒充实度的诸多囚素中，遗传占
有重要的地位_5]，表现在一般配合力和特殊配合力
的作用明显，且在年度间较稳定_6]。籽粒充实度的遗
传表达与组合有关，且世代间的差异极显著，进一步
收稿 日期：2004—03—11，修回日期：2004—07—02。
基金项目：部分获得国家“973”计划项目(2OO1cB1O88O6)资助
作者简介；牛傲蕾(1983一)，女，卢训莉(1983一)，女，武汉大学生命科学学院 2001级生物技术专业学生
本研究在章志宏副教授的指导下完成。
++ 同为第一作者。
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表明了遗传因素是籽粒充实度差异的内在基础L7]。
发现有些亲本对提高亚种间杂交稻的籽粒充实度有
利，而有些亲本对提高籽粒充实度不利，杂种 F 的
籽粒 充实度与双亲的籽粒充实度呈极显著正相
关[7I 。上述关于籽粒充实度的遗传学研究，多采用
常规的方法，迄今未见有在 QTL水平上进行深入
研究的报道 。
以分子标记技术为基础的 QTL(quantitative
trait locus)分析技术的发展，为我们提供了对受多
基因控制的复杂性状进行遗传剖析的有力工具L9J。
本研究采用籼粳交来源的DH群体及其RFLP遗传
图谱对水稻籽粒充实度进行 QTL分析，以揭示水
稻籽粒充实度遗传控制的分子基础，为籼粳亚种间
杂种优势的研究与利用提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料的种植及性状的测定
以籼 稻 品 种 “圭 630”与 粳 型 广 亲 和 品种
“02428”杂种 F 花药培养获得的含有 81个 DH系
的 DH群体为实验材料(由四川农业大学李平教授
和四川省农科院向跃武先生提供)。DH群体及 2个
亲本于 2001年夏季在武汉种植，随机区组设计，2
次重复．每小区单苗栽种 2行，每行 1O株，株行距
18 cm×20 cm，栽培管理与一般生产田相同。成熟时
每个 DH系取 8个主茎穗，手工脱粒后，于透光灯箱
上区分受精粒和空粒(子房未膨大)。对受精粒再相
继用比重为 1．0和 1．1的盐水漂选，区分瘪粒、比重
大于 1．0的饱粒和比重大于 1．1的饱粒。随后经
8O℃ 24 h烘干后分别称重、记数，计算籽粒充实度
(A、B、C 3个指标)。
籁
1
墨
口
78 8O 82 84 88 9o 92 94 96 98
籽粒充实度 A
Grain plumpness A
籽粒充实度 A( )一(受精籽粒均重／比重大于1．1
饱粒均重)×100，
籽粒充实度 B( )一(单穗 比重大于1．0的饱粒重／
单穗有效库容)×1o0，
籽粒充实度 C(％)一(单穗 比重大于1．O的饱粒重／
单穗总库容)×100。
其中，单穗有效库容一穗均受精粒数×比重大
于 1．1的饱粒均重，单穗总库容一穗均总粒数 ×比
重大于 1．1的饱粒均重。上述指标 A为朱庆森等[1
推荐并为多数研究者所采用，指标 B和 C则为本文
另设的 2个参考指标。
1．2 RFLP遗传图谱及 QTL定位
利用上述 DH群体进行 RFLP分析和连锁图谱
的构建见文献[113。RFLP连锁图谱上有分布于
12条染色体上的 233个标记，覆盖水稻基因组约
2 070 cM (Kosambi函数 )，标 记 间 平 均 图距 约
9 cM，适合于 QTL分析的要求。
采用基于混合线性模型的QTLMapper 1．0软
件[1 ]对各性状进行QTL定位及互作分析。分析过程
中，控制主效标记和互作标记的影响，结合似然比和
t测验检 验QTL效应 及互 作效 应 (显 著性 水 平
尸
2．1 性状的表型分析
水稻籽粒充实度的 3个指标(A、B、C)在 DH群
体中均表现为连续变异，基本上呈正态分布(图 1)，
超亲分离现象明显，表明籽粒充实度为受多基因控
制的数量性状，通过基因重组产生有正向和负向两
个方向的超亲基因型。
4O 46 52 58 64 7O 76 82 88 94
籽粒充实度 B
Grain plumpness B
35 40 45 5O 55 6o 65 7O 75 8O
籽粒充实度 C
Grain plumpness C
图 l 水稻籽粒充实度在 DH群体的变异分布
Fig．1 Frequency distribution of grain plumpness in the DH population of rice
2．2 QTL定位及效应分析
用基于混合线性模型的作图软件QTLMapper
1．0扫描水稻全基因组，共检测到显著影响籽粒充
实度 A、B、C的 QTLs 5个(表 1)，分布于 3条染色
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第 6期 牛傲蕾等：水稻 DH群体籽粒充实度的 QTL定位 479
体的 3个标记区间(图 2)。
对籽粒充实度 A和 B各只检测到 1个 QTL，
即qGPA一7和qGPB一7，这 2个QTLs同位于第 7染
色 体 的 RZ978～ RG404a区 间，贡 献 率 分 别 为
15．3 和 12．8 ，加性效应的方向一致，增效基因
均来自亲本“圭 630”。
表 1 影响水稻籽粒充实度的QTL定位及其效应分析
a)按照 McCouch等 ” 提出的原则命名 QTL；b)QTL与所在标记区间左边标记的遗传图距，单位为 cM；C)加性
效应值为正，表明来源于亲本“圭 630”的等位基因对性状具有增效作用 ；反之 ，则表明对性状的增效基因来源于亲本
“02428”；d)贡献率 ，即各个QTI 所能解释的变异方差。
a)QTL designations folowed the guide as suggested by McCouch et a1．LI3J；b)Genetic distance in cM of each QTI
from the left marker on the interval；C)Additive effect：its positive value indicates the genotype from parent
‘Gui630’toward increasing the trait value；d)Variance explained by each QTL．
cM Chr
． 1
qGP
Chr．7
Rz978
RG404a
RG404c
RG35l
RG323 c
ZG34B
G20
RG678
RG6
RZ395 qGP
RG4
RG7Il
G387B
RG484
RG30a
RG30b
RG477
RZ488
RG769
B39B
RG l28
RG404b
RG528
Chr．11
图 2 控制水稻籽粒充实度的 QTL在 RFLP连锁图谱上的位置
Fig．2 RFLP linkage map showing positions of QTI for grain plumpness in rice
检测到影响籽粒充实度C的QTL 3个，贡献率
之和达 44．9 。其 中，位于第 l、ll染色体上 的
qGPC一研ⅡqGPC一11的加性效应值较大 ，贡献率分别
为19．6 9，6和l5．4 。这2个QTL上的增效基因均来
自亲本“02428”。位于第7染色体RG404a~RG404c
区间的qGPB一7的效应值较小，贡献率为9．9 ，该
QTL上亲本“圭630”的等位基因具有增效作用。
比较对籽粒充实度 A、B、C的QTL定位结果，
可以清楚地看到，qGPA一7、qGPB一7和 qGPC一7这3
个QTL同位 于第7染 色体 的RZ978～RG404a～
RG404c区间的大约 26 cM 的染色体区段上，而且
加性效应的方向一致。由于籽粒充实度 A、B、C为反
映同一性状的 3个不同指标，且这 3个指标之间呈
极显著正相关 (，．=0．86～0．96，尸<0．01)，因此可
以推断这 3个 QTL实际上为同一个 QTL，统一命
名为 qGP一7。
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48O 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
2．3 QTL上位性分析
用 QTLMapperI．0共检测到 8对显著影 响籽
粒充实度 A、B、c的互作QTLs(表 2)。位于第 1染
色体 RG381～RZ444区间和第 4染色体 RG776～
RZ590区间的 1对互作QTLs同时控制着籽粒充实
度A和B，其加性效应的方向一致，当这 2个位点上
的基因型为亲本基因型时，表现出增效互作。位于第
2染 色 体 RG744～RG151区 间 和第 6染 色 体
RZ516~RG716～ZG34A区间的 1对互作 QTL也
同时影响着籽粒充实度 A和 B，其加性效应值均为
负值，表明这 2个 QTL上分别来 自不同亲本的等
位基因所构成的重组基因型，对籽粒充实度 A和 B
具有增效作用。上述 2对互作 QTL对性状的贡献
率均为 20 左右。影响籽粒充实度B的另 2对互作
QTL和影响籽粒充实度 C的 2对互作 QTL的效
应较小，对该性状的贡献率均在 10 以下。
表 2 DH群体中影响水稻籽粒充实度的QTL上位性分析
a)“加性×加性”效应值为正，表示两个互作位点上的亲本基因型表现出增效互作 ，而重组基因型表现为减效互作；
当效应值为负时 ，则正好相反；b)贡献率．即各对互作 QTI 所解释的变异方差。
a) Add．× add．effect：positive values indicate that the two—locus genotypes being the same as those in parent
‘Gui630’(or ‘02428’)take the positive effects，while the two—locus recombinants take the negative effects．The case
of negative values is just the opposite；b)Variance explained by each epistatic QTI pair．
3 讨论
本研究采用了 A、B、c 3个指标计量水稻籽粒
充实度，其中指标 A为朱庆森等E1o]推荐并为多数研
究者所采用。由本套数据资料计算，这 3个指标彼此
之间均呈极显著正相关 ，相关系数分别为 FAB一0．96
(P
性，对这 2个指标的 QTL分析及其互作分析结果
也非常吻合，从而进一步证实了这一点。
QTL分析结果显示，位于第 7染色体 RZ978～
RG404a～RG404c区间的大约 26 cM 的染色体区
段上的qGP一7同时控制着籽粒充实度 A、B、c这 3
个指标，贡献率为 1O ～15 ，增效基因来 自亲本
“圭 630”。还检测到另外 2个对籽粒充实度C的贡
献率为 15 ～20 的QTLs，其增效基因来 自亲本
“02428”。QTL的上位性是控制籽粒充实度的重要
遗传基础之一。在本研究中所检测到的互作 QTLs
中，有 2对互作 QTLs同时控制着籽粒充实度 A和
B这 2个指标，其贡献率在 2O 9／6左右。其中，1对互
作 QTLs的增效互作基因型为亲本基因型，另 1对
互作 QTLs的增效互作基因型为重组基因型。水稻
籽粒充实度为受多基因控制的数量性状，其广义遗
传力为 0．58左右L5]，常规育种选择的难度相对较
大。随着更多增效 QTLs分子标记定位数据的积
累，利用分子标记辅助选择实现增效 QTLs的聚合
将成为水稻籽粒充实度遗传改良的重要途径。
为了解决亚种间杂交稻籽粒充实度差的问题，
袁隆平Eli提出了“以饱攻饱”的亲本选配策略。就有
利于相关 QTL增效基因的累积而言，“以饱攻饱”
的策略是合理的。但是由于控制籽粒充实度的QTL
具有显著的上位性，其增效互作基因型有的为亲本
基因型，有的为重组基因型，因此，简单的“以饱攻
饱”并非总是有效的。最近，陈光辉等[8 便发现，有的
亲本尽管本身的籽粒充实度较差，但由其所组配的
亚种间组合F 的籽粒充实度却较高。控制水稻籽粒
充实度 QTLs存在显著的上位性，说明在亚种间杂
交稻的亲本选配上，在注重一般配合力的同时，也不
可忽视特殊配合力的作用。
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