全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(10): 17401747 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CBA01402), 教育部科学技术研究重点项目, 江苏省杰出青年基金项目
(BK2012010), 江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ13_0904)和校大学生学术科技创新基金项目(b13097)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘巧泉, E-mail: qqliu@yzu.edu.cn; Tel: 0514-87996648
第一作者联系方式: E-mail: xyliu2008@qq.com; Tel: 15705278682
Received(收稿日期): 2014-03-14; Accepted(接受日期): 2014-07-06; Published online(网络出版日期): 2014-07-25.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140725.1049.008.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01740
利用 9311来源的粳型染色体片段代换系定位控制稻米糊化温度的微
效 QTL
刘鑫燕 1,2 朱孔志 1 张昌泉 1 洪 燃 1 孙 鹏 1 汤述翥 1 顾铭洪 1
刘巧泉 1,*
1 扬州大学农学院 / 江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育建设点 / 粮食作物现代产业技术协同创新中心, 江苏扬州 225009;
2 南通大学生命科学学院, 江苏南通 226019
摘 要: 糊化温度(gelatinization temperature, GT)是评价稻米蒸煮与食味品质的重要因素之一, 除受一主效基因控制
外, 还受多个微效基因的影响。本研究利用粳稻品种日本晴和籼稻品种 9311作为受体和供体来源的 38个染色体片段
代换系为研究对象, 于 2010—2011年连续 2年分别于 2个环境内种植, 测定各株系稻米的糊化温度(碱消值), 利用 t
测验与轮回亲本比较。结合高通量重测序技术鉴定各代换系的基因型, 以一年两地检出的极显著差异位点作为一个
QTL, 共检测到 4个控制 GT的微效 QTL, 即 qGT2-1、qGT7-1、qGT8-1和 qGT12-1, 分别位于第 2、第 7、第 8和第
12染色体上。加性效应分析结果显示, 4个 QTL的效应值均为负值, 表明来自籼稻品种 9311的这 4个片段对碱消值
的效应均为负效应。其中 qGT7-1和 qGT12-1 2个 QTL在 2年 4个环境均被检测到, 遗传效应的趋势也一致, 加性效
应贡献率为 11.31%~28.95%。以受体亲本碱消值差异最大的代换系 N53 株系及亲本为材料, 对稻米淀粉精细结构进
行分析, 推测支链淀粉中短链含量的减少可能会引起 GT 的升高。上述结果为进一步精细定位和克隆相应 QTL 及开
展稻米品质改良的分子育种奠定了基础。
关键词: 水稻; 染色体片段代换系; 糊化温度; 数量性状位点定位; 代换作图
Mapping of Minor QTLs for Rice Gelatinization Temperature Using Chromo-
some Segment Substitution Lines from Indica 9311 in the Japonica Background
LIU Xin-Yan1,2, ZHU Kong-Zhi1, ZHANG Chang-Quan1, HONG Ran1, SUN Peng1, TANG Su-Zhu1, GU
Ming-Hong1, and LIU Qiao-Quan1,*
1Agricultural College of Yangzhou Univerity / Jiangsu Key Laboratory for Crop Genetics and Physiology / Co-Innovation Center for Modern Pro-
duction Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2 College of Life Science, Nantong University, Nantong 226019,
China
Abstract: Gelatinization temperature (GT), one of the determinants for rice cooking and eating quality, is controlled by not only a
major gene but also several minor genes. Previously, we used the japonica rice cultivar Nipponbare as the recipient and the indica
9311 as the donor to develop a population containing 38 chromosome segment substitution lines (CSSLs), and genotyped them
using a high-throughput re-sequencing strategy. In this study, this population and their parents were used to map the minor quanti-
tative trait loci (QTLs) for rice gelatinization temperature. The GT of each line was measured and expressed as alkali spreading
value (ASV) under two environments (Campus and Hangji) within two years (2010–2011). After compared with that of the recep-
tor parent by t-test, the stable QTL was identified if there was a significant difference in both environments of the same year. Fi-
nally, four QTLs for gelatinization temperature were detected, named as qGT2-1, qGT7-1, qGT8-1, and qGT12-1 located on
chromosome 2, 7, 8, and 12, respectively. Two of them, qGT7-1 and qGT12-1 were stable over two years and in two environments,
with contributions ranging from 11.31% to 28.95%. Additive effect analysis showed that the effect value of four QTLs were nega-
第 10期 刘鑫燕等: 利用 9311来源的粳型染色体片段代换系定位控制稻米糊化温度的微效 QTL 1741


tive. These results demonstrated that the four fragments from donor parent 9311 had negative effects for the alkali spreading value.
Further comparison for starch fine structure between the receptor parent and N53 line showed that the decrease of A and B1 chains
with short branch length might be the possible reason for increased GT. The results pave the way for the fine mapping and subse-
quent cloning of these QTLs and the molecular breeding for the improvement of rice quality.
Keywords: Oryza sativa L; Chromosome segment substitution lines; Gelatinization temperature; Quantitative trait locus (QTL);
Substitution mapping
随着人们生活水平的提高, 稻米品质日趋受到
重视。糊化温度(gelatinization temperature, GT)是指
大米淀粉蒸煮后淀粉粒发生不可逆转膨胀、双折射
现象消失时的温度, 它是评价稻米蒸煮与食味品质
的一项重要指标[1]。GT一般分为低( <70 )℃ 、中(70~
74 )℃ 和高等( >74 ) 3℃ 个等级[2]。因测定困难, 通常
用碱消值(alkali spreading value, ASV)间接表示。
ASV的 6~7级对应于低糊化温度, 3~5级对应于中糊
化温度, 1~2级对应于高糊化温度。稻米糊化温度直
接反映煮饭时米的吸水率、膨胀容积和伸长程度。
一般高糊化温度的稻米相对于低糊化温度的稻米需
更多的水分及更长的蒸煮时间。由于育种家的定向
选择, 目前主要栽培品种多为中、低 GT类型, 少数
为高 GT类型; 大多数粳稻品种属于低 GT类型, 少
数为中 GT类型, 很少有高 GT的粳稻品种。
糊化温度的遗传, 多数研究认为是受一主效基
因和若干微效基因共同控制。日本学者Kudo等[3]最
早通过细胞遗传学将控制GT的主效基因定位在水
稻第6染色体上。He等[4]对DH群体的QTL分析显示,
GT主要受第6染色体的ALK主基因及该染色体上一
个微效QTL控制。利用KDML105和CT9993衍生的重
组自交系群体, Lanceras等[5]检测到1个位于第2染色
体上的QTL和2个第6染色体上的QTL共同控制GT。
严长杰等[6]利用GT上具有显著差别的籼稻品种南特
号和粳稻品种Balilla杂交 , 并与Balilla回交得到的
142株回交群体为研究对象, 通过SSR标记定位了一
个第6染色体上的主效QTL (即ALK位点)和分别位于
第2、第3、第6、第9和第11染色体上的5个微效QTL。
纵观前人研究, GT除受第6染色体上的主效QTL (即
ALK位点)控制外, 还有一些微效QTL的影响。高振
宇等 [7]利用图位克隆的方法, 分离克隆了控制水稻
GT的主效基因ALK, 序列分析表明其编码可溶性淀
粉合酶IIa (SSSIIa); 同时研究了不同品种中该基因
DNA序列与碱消值之间的关系, 推测出糊化温度的
高低与该基因编码区序列中ATG下游G264变为C264
有关, 这一碱基变换使所在密码子由编码谷氨酸变
为天冬氨酸, 是导致糊化温度降低的主要原因。对
GT微效QTL的研究, 在不同群体中所获结果有所不
同, 其中主要的原因是传统的群体如杂种F2/F3、低
世代回交群体(BC1)、加倍单倍体(DH)和重组自交系
(RIL)等初级作图群体有众多的遗传因子同时分离,
个体间遗传背景相差很大, 难以准确鉴别单个 QTL
的效应, 克隆就更困难[4-6]。为克服初级群体在QTL
研究中的缺点, 一系列的高级作图群体(次级群体),
如导入系(introgression lines, Ils)、代换系(substitution
lines, SLs)或近等基因系(near isogenic lines, NILs)等
被发展, 并已被用于稻米品质性状相关微效QTL的
定位[8]。
本实验室在前期研究中, 分别以全基因组测序
的粳稻品种日本晴和籼稻品种 9311 为受体和供体,
构建了一套染色体片段代换系群体, 并借助高通量
全基因组重测序的方式对所有染色体片段代换系进
行了精确的基因型鉴定[9]。高振宇等[7]的研究表明,
9311和日本晴 2个品种中控制 GT的主效基因相同,
即 ALK 基因编码区 ATG 下游第 264 位碱基都为 C;
碱消值表型鉴定也都属 C 型, 即在碱液中米粒能完
全溶解, 均表现为中糊化温度类型。因此, 本研究利
用由这 2个亲本来源的染色体片段代换系群体对GT
进行定位研究, 以期定位控制 GT 的微效 QTL。通
过 2年各 2个环境的数据分析, 共定位到 4个与 GT
相关的微效 QTL, 其中 2个 QTL能稳定遗传, 为进
一步精细定位并克隆相应 QTL奠定了基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
2010年和2011年籼稻(O. sativa L. subsp. indica)
品种9311和粳稻(O. sativa L. subsp. japonica)品种日
本晴(Nipponbare), 以及以日本晴为受体、9311为供
体构建的38个经重测序的染色体片段代换系群体[9]
于扬州大学文汇路校区内试验基地(简称为“校内”)
和扬州市郊杭集镇的试验基地(简称为“杭集”)种植,
每个环境设置3个重复。每个系种植4~6行, 每行10
个单株, 株行距分别为13 cm和17 cm。均按常规水肥
管理。38个染色体片段代换系中的代换片段分布于
水稻的 12条染色体上 , 覆盖了水稻全基因组的
87.46%[9]。染色体代换系群体抽穗期持续时间约为8 d,
1742 作 物 学 报 第 40卷

灌浆成熟期间的条件较为一致, 抽穗后22~25 d成熟
收获。为减少生育期差异对稻米品质的影响, 本研
究剔除了个别生育期滞后的家系。
1.2 碱消值和直链淀粉含量的测定
收获亲本及水稻染色体代换系植株上成熟种子,
采用 Little 等[10]方法测定每粒精米的碱消值(ASV),
按 1~7 级记分。每个株系测定 3 个单株, 每个单株
均测定 18粒, 以其平均数代表亲本或代换系各株系
的 GT表型值。按农业部标准米质测定方法 NY147-
88测定稻米中的直链淀粉含量和胶稠度。
1.3 QTL分析
GT 数据由统计软件 SPSS16.0 分析完成。采用
Eshed 等[11]的方法稍作修改检测 QTL。以受体亲本
日本晴为对照, 参照张昌泉等 [8]方法检测代换系与
对照亲本间的差异显著性。通过 t 测验比较每个
CSSL与日本晴 GT之间的差异, 以 α = 0.05为阈值,
即 P≤0.05, 则认为染色体置换片段上存在控制 GT
的 QTL; 当 P > 0.05时则不存在控制 GT的 QTL。
参考 Eshed等[11]的方法估算各个 QTL的加性效应值
及加性效应贡献率。加性效应值＝(染色体片段代换
系的碱消值日本晴碱消值)/2; 加性效应贡献率 =
(染色体片段代换系加性效应值 /日本晴碱消值) ×
100%。
1.4 QTL代换作图
QTL代换作图参照何风华等[12]的方法并作适当
修改。即 2 个或 2 个以上的染色体代换系在相互重
叠的置换区段上均检测到控制 GT 的 QTL, 而且遗
传效应一致, 则认为 QTL位于置换片段的重叠片段
上; 如果在某一个 CSSL 的置换片段上检测到控制
GT 的 QTL, 但在含有其置换片段某相应重叠区段
的另一个或多个 CSSL 中未检测出, 则认为 QTL 位
于非重叠的区段上。
1.5 淀粉链长分布分析
待测样品的精米用三倍体积 NaOH 溶液(pH
8.0~8.5)浸泡过夜后, 去除浮渣。随后用组织匀浆机
(IKA-T RCT-Basic, Germany)以 17 500转 min–1匀浆
3 min, 匀浆液中按每克精米添加 50 mg的碱性蛋白
酶, 42℃磁力搅拌 24 h, 将消化过的匀浆液过 200目
筛后弃掉残渣, 滤液经 3600 × g离心 20 min, 弃上
清液, 用去离子水悬浮沉淀后 3600 × g离心 20 min。
重复上述清洗过程 5 次以去掉淀粉中残留的离子。
后用 90%无水乙醇洗 2次, 于真空干燥器中干燥, 过
100目筛提纯出天然的淀粉, 随后用塑料袋密封放置
于 4℃冰箱备用。参照 Zhu 等[13]的方法将提纯的淀
粉去分支 , 利用异淀粉酶 (EC3.2.1.68, Hayashibara
Biochemical Laboratories, Inc, Okayama, Japan)处理
提纯亲本及代换系成熟种子收获的淀粉, 获得去分
支的淀粉。利用凝胶色谱仪(PL-GPC 220, Polymer
Laboratories Varian, Inc. Amherst, MA)分析去分支的
淀粉分子量分布。
2 结果与分析
2.1 亲本及染色体片段代换系的碱消值
双亲及染色体片段代换系群体的平均碱消值见
表 1。t 测验表明受体亲本日本晴和供体亲本 9311
的碱消值在 2年 2个地点均存在显著差异(P≤0.05),
且较稳定。双亲及染色体群体在 2 年 2 点的碱消值
频率分布图见图 1, 由图 1可知, 染色体片段代换系
间 GT 的变异范围较广, 且呈连续分布, 这也表明
GT性状受多基因控制。
2.2 QTL及其效应分析
为排除环境的影响, 本实验对2年各2个环境的
碱消值进行了分析 , 以同一年份2个地点都能检出
的极显著差异位点作为一个稳定 QTL, 共检测到4
个 QTL, 分别是 qGT2-1、qGT7-1、qGT8-1、qGT12-1
(表2)。其中 qGT2-1和 qGT8-1分别只在2010年和2011
年检测到 , 在年份间的稳定性较差 , 而 qGT7-1和
qGT12-1在2年2地均检测到, 遗传效应的趋势也一

表 1 双亲及染色体片段代换系群体的碱消值
Table 1 Profiling of the alkali spreading value among CSSLs and their two parents
日本晴 Nipponbare 9311 CSSL群体 CSSL population 年份
Year
地点
Site Mean±SD Mean±SD 范围 Range 均值 Mean 变异系数 CV
校内 Campus 4.25±0.11* 3.25±0.08 2.17–4.92 3.22 1.32 2010
杭集 Hangji 4.42±0.12* 3.17±0.23 2.17–5.67 3.92 0.18
校内 Campus 4.75±0.11* 3.17±0.23 2.00–5.00 3.57 0.12 2011
杭集 Hangji 4.25±0.07* 3.09±0.12 2.00–5.50 4.00 1.72
*表示 t测验在 0.05水平差异显著。* Significant at the 0.05 probability level as determined by t-test.
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图 1 双亲及染色体片段代换系在不同环境中的碱消值频率分布
Fig. 1 Histogram of alkali spreading value of CSSLs and their two parents in different environments
E1: 校内(2010); E2: 杭集(2010); E3: 校内(2011); E4: 杭集(2011)。
E1: Campus (2010); E2: Hangji (2010); E3: Campus (2011); E4: Hangji (2011).

表 2 利用染色体片段代换系对水稻糊化温度 QTL分析
Table 2 Analysis of QTL for gelatinization temperature in rice CSSL
校内 Campus 杭集 Hangji 年份
Year
QTL
染色体
Chr.
区间
Interval (bp)
大小
Size (Mb)
代换系
CSSL A A% A A%
qGT2-1 2 1–1100365 1.10 N9 –0.96 22.47 –0.50 11.31
qGT7-1 7 3661546–17110937 13.44 N30 –0.92 21.53 –0.50 11.31
2010
qGT12-1 12 16710520–27757321 11.04 N53 –1.00 23.53 –0.50 11.31
qGT7-1 7 3661546–17110937 13.44 N30 –0.71 14.84 –0.79 18.59
qGT8-1 8 2392408–8676424 6.28 N49 –1.38 28.95 –0.97 22.71
2011
qGT12-1 12 16710520–27757321 11.04 N53 –1.38 28.95 –1.13 26.47
A表示加性效应, A%表示加性效应贡献率。A represents additive effect, and A% represents additive gene effect contribution.

致, 是很稳定的 2 个 QTL。在 2010 年, qGT7-1 和
qGT12-1 在校内环境下对 GT 的加性效应值分别为
0.92 和 1.00, 相应的加性效应贡献率分别为
21.53%和 23.53%; 2个 QTL的加性效应值之和超出
了亲本间的差异 , 其原因可能存在着一定的上位
性。在杭集试验点 2个 QTL对 GT的加性效应值分
别为0.50 和0.50, 相应的加性效应贡献率分别为
11.31%和 11.31%。2011年, qGT7-1和 qGT12-1在校
内环境下对 GT 的加性效应值分别为0.71 和1.38,
相应的加性效应贡献率分别为 14.84%和 28.95%; 在
杭集试验点 2 个 QTL 对 GT 的加性效应值分别为
0.79 和 1.13, 相应的加性效应贡献率分别为
18.59%和 26.47%。qGT12-1 对水稻 GT 的加性效应
贡献率最大, 含有 qGT12-1 置换片段的代换系 N53
所对应的 GT为高或中 GT。
2.3 QTL的代换作图
本研究所用的 38个染色体片段代换系均已全基
因组重测序分析, 基因型图谱已发表[9]。通过染色体
代换片段的重叠分析, 可进一步缩小 QTL的定位区
间。部分家系的 ASV 见表 3。在代换系 N9 中检测
1744 作 物 学 报 第 40卷

到 qGT2-1, 初步将其定位在第 2 染色体上, 约 1.10
Mb (图 2-A); 在代换系 N30 中检测到 qGT7-1, 考虑
N26和 N27重叠部分, 将其定位在第 7染色体上, 约
13.44 Mb (图 2-B, F); 在代换系N49中检测到 qGT8-1,
考虑 N46 重叠部分, 将其定位在第 8 染色体上, 约
6.28 Mb (图 2-G)。在代换系 N53中检测到 qGT12-1,
定位在第 12染色体中, 约 11.04 Mb (图 2-D, H)。
家系 N53携带来自第 4、第 8和第 12染色体上
的 3 个染色体片段, 其中第 8 和第 12 染色体上的 2
个代换片段正好是 qGT8-1和 qGT12-1所在位置。按
上述分析, 本研究定位到的 qGT12-1 在 2 年均稳定
存在, 而 2011年只检测到 qGT8-1。为进一步分析这
2个 QTL的效应及其真实性, 分别进行代换作图(图
2), 并列出了相关代换系在 2年 4个环境下的碱消值
(表 3)。在 2010年, N53家系稻米碱消值与受体亲本
有极显著差异, 而含有第 8 染色体相同代换片段的
N49 家系稻米碱消值与受体亲本无显著差异, 因此
认为 N53家系中造成 GT差异的原因是由于第 12染
色体上代换片段引起的。在 2011年, N53和 N49家
系稻米碱消值都显著区别于受体亲本, 可以推测 53
家系中GT的差异可能是 2个QTL qGT8-1和 qGT12-1
共同作用的结果。

图 2 控制稻米糊化温度的 QTL代换作图
Fig. 2 Physical mapping of the QTLs for gelatinization temperature with developed CSSLs
基因型数据基于全基因组重测序, 黑色表示来自 9311片段, 灰色表示日本晴背景。右边为 CSSL的名称, 带*表示该 CSSL稻米 GT
与受体亲本日本晴相比有显著差异。
Genotypes of the CSSLs were constructed based on the whole-genome re-sequencing data. Black color indicates the substituted segments
from 9311, are denoted by gray bars from Nipponbare.

表 3 几个家系碱消值的测定值
Table 3 Profiling of the alkali spreading value among several CSSLs (mean±SD)
年份
Year
地点
Site
日本晴
Nipponbare
N9 N26 N30 N27 N53 N49 N46
校内 Campus 4.25±0.11 2.33±0.27* 4.38±0.12 2.41±0.17* 4.17±0.17 2.25±0.18* 4.35±0.06 3.17±0.132010
杭集 Hangji 4.42±0.12 3.42±0.15* 4.74±0.20 3.42±0.06* 4.92±0.09 3.42±0.09* 5.00±0.01 5.00±0
校内 Campus 4.75±0.11 3.00±0 4.77±0.17 3.33±0.09* 3.08±0.08 1.99±0.11* 1.99±0.12* 3.00±0 2011
杭集 Hangji 4.25±0.07 5.67±0.17 4.31±0.09 2.67±0.11* 5.00±0 2.00±0.07* 2.31±0.10* 2.50±0.17
*表示 t测验在 0.05水平差异显著。* Significant at the 0.05 probability level as determined by t-test.

2.4 定位 QTL 对其他理化品质性状和淀粉结构
的影响
稻米理化品质是一个综合性状, 各性状间存在
复杂的关系。同时对2年各2个环境直链淀粉含量的
分析(表4)发现, 控制GT的qGT2-1和qGT8-1对AC也
有一定的影响, 说明这2个区段存在同时影响GT和
AC的QTL, 这些区段所含的QTL可能具有多效性。
为了探究造成 GT 差异的可能原因, 对受体亲
本日本晴、供体亲本9311及与受体亲本碱消值差异
最大的代换系 N53株系成熟种子的淀粉分子结构进
行了分析。利用凝胶渗透色谱仪(GPC)分析了样品提
纯淀粉的分子量分布情况, 结果见图3。被酶解的淀
粉经 GPC 分离, 出现了3个明显的峰, 左边2个峰
F2和 F1分别是被酶解的支链淀粉的一级支链峰和二
级支链峰, 其中一级支链峰(F2)表示淀粉的长 B 链,
而二级支链峰(F1)表示短分支的 A 链和 B1链; 右边
第3个峰是未被酶解的直链淀粉。日本晴和9311在
二级支链峰差异比较小, 而含 qGT8-1和 qGT12-1
代换系 N53的支链含量远远小于日本晴, 说明 N53
相对于日本晴而言, 含有较少的 A链和短 B链。长
第 10期 刘鑫燕等: 利用 9311来源的粳型染色体片段代换系定位控制稻米糊化温度的微效 QTL 1745


表 4 部分家系及受体亲本胶稠度(GC)、直链淀粉含量(AC)的测定值
Table 4 Gel consistency (GC) and amylase content (AC) in partial substitution lines and recipient parent (mean±SD)
N9 N49 日本晴 Nipponbare 年份
Year
地点
Site GC AC GC AC GC AC
校内 Campus 65.33±1.24 16.36±0.07* 66.67±2.08 16.01±0.07* 66.67±2.08 14.49±0.112010
杭集 Hangji 67.00±2.14 16.56±0.09* 68.00±1.15 16.23±0.13* 68.00±1.15 14.67±0.16
校内 Campus 65.50±2.12 14.81±0.42 71.50±2.12 15.08±0.21 71.50±2.12 14.43±0.272011
杭集 Hangji 65.50±0.71 13.70±0.18 74.00±1.41 14.23±0.34 74.00±1.41 14.70±0.10
*表示 t测验在 0.05 水平差异显著。* Significant at the 0.05 probability level as determined by t-test.


图 3 受体亲本日本晴(Nip, 黑色)、供体亲本 9311 (蓝色)和代换
系 N53 (红色)稻米淀粉经异淀粉酶去分支后的链长分布
Fig. 3 Chain distributions of isoamylase-debranched starches
from Nipponbare (Nip, black), 9311 (blue), and N53 (red) by Gel
permeation chromatograms
lg Mw:分子量的对数; dWt/dlg Mw: 分子量的微分分布。
lg Mw: The molecular weight of logarithmic;
dWt/dlg Mw: molecular weight distribution of calculus.

链 B 的组成在 3 个材料稻米淀粉间也存在差异, 代
换系 N53的长链 B含量远远大于受体亲本日本晴。
从图中可见, 代换系 N53 和日本晴在直链淀粉所对
应的峰面积上并没有显著的差异。
3 讨论
稻米糊化温度因品种类型不同而有很大的差异,
一般糯米低于非糯米、粳米低于籼米, 籼米中还有
高、中、低 GT三种类型[14-15]。对糊化温度遗传, 普遍
认为是由一主效基因和若干微效基因共同控制[16-17]。
控制 GT 基因的分子定位研究开始于 20 世纪 90 年
代, 此后许多分子遗传研究也都表明籼稻和粳稻间
碱消值(ASV)的差异主要是由一主效基因或 QTL
(ALK)控制[4-7]。Umemoto 等[18]利用粳稻日本晴和籼
稻 Kasalath及其杂交后代将控制 GT差异的 ALK基
因和 gel(t)基因、控制支链淀粉链长分布的 acl(t)基
因和淀粉合酶基因 SSIIa定位在同一位点, 与分子标
记 C1478和 G200/R2147的遗传距离分别为 0.70 cM
和 0.23 cM。高振宇等[7]通过图位克隆法克隆了 ALK
基因, 并证明糊化温度的高低与该基因序列中 ATG
下游外显子中 G264突变为 C264有关, 这一碱基变换
使所在密码子由编码谷氨酸变为天冬氨酸, 是导致
糊化温度降低的主要原因。本研究所用的 2 个亲本
ALK基因序列中都是 C264。高振宇等[19]通过 15个水
稻品种对 ALK 基因进行了深入研究, 共发现了 4 个
单核苷酸变异。两亲本除了在 264 位点相同外, 在
ALK-SNP2-3797位点上也相同, 均为 A。但在 ALK-
SNP3-3797 位点上存在差异, 日本晴为 A, 9311 为
G; 在 ALK-SNP4-4327, 4328 两位点上, 日本晴为
GC, 而 9311 为 TT。但这些差异碱基对糊化温度并
没有产生影响[20], 说明本研究所用染色体片段代换
系的 2个亲本中控制 GT的 ALK主效基因是相同的。
除主效基因 ALK外, 微效基因/QTL对 GT的影
响也起着较为重要的作用。Lanceras等[5]发现在水稻
第 2 和第 6 染色体上存在微效作用位点, 分别解释
了 GT 变异的 12.22%和 8.57%。由于不同的研究者
所用的实验材料和分析方法各不相同, 并且性状本
身在遗传表达上较复杂, 因此对 GT 的遗传控制有
着不同的解释[4-6,18]。本研究利用染色体代换系共鉴
定出 4 个与 GT相关的微效 QTL, 分别为 qGT2-1、
qGT7-1、qGT8-1和 qGT12-1, 部分 QTL与前人报道
的结果相同, qGT2-1与 Lanceras等[5]定位在水稻第 2
染色体的 QTL、严长杰等[6]定位到的 qASV2 位于相
同的染色体区段上, 此位点 Govindraj等[20]在 DH群
体也定位到, 能解释 GT变异的 14.41%。qGT8-1包
含了 Fan 等[21]定位到的 2 个参与糊化温度控制的上
位性位点。本研究中检测出的其他 2 个与 GT 相关
的 QTL尚未见报道。Tian等[22]研究发现, 决定稻米
蒸煮与食味品质的淀粉合成相关基因通过影响直链
淀粉含量、胶稠度和 GT形成一个精细的调控网络。
本研究也证实了这一观点, qGT2-1和 qGT8-1这 2个
QTL 同时影响着稻米的 AC, 具有多效性。有关 GT
1746 作 物 学 报 第 40卷

与 AC 的关系, Radhika 等[23]报道, 在不同类型的品
种中, AAC与 GT显著正相关。此外, 利用本群体也
进行了 RVA 分析, 结果发现 qGT7-1 与控制米粉的
消减值 qSBV7.1位于同一位置[8], Bao等[24]在该位置
也检测到了控制消减值的 QTL。
研究表明, 稻米GT是一个复杂的性状。除受品
种的遗传因素影响外, 亦受环境因素的影响。本研
究所用的CSSL群体中, 共检测到4个影响GT的微效
QTL, 其中2个QTL(qGT7-1和qGT12-1)在不同年份
和不同环境下都能稳定表达。进一步对其淀粉的精
细结构分析表明, 含有来自9311的qGT8-1、qGT12-1
的染色体片段代换系稻米淀粉含有较少的A链和短
B链 , 推测短分支的支链淀粉A链和B1链含量的减
少可能会引起GT的升高。Zhu等[13]对3个糯稻品种的
研究, 也证实了这一推测。扬辐糯的糊化温度比苏
御糯和广陵香糯都高, 支链淀粉链长分布结果显示,
扬辐糯含有较多的支链淀粉A链和B1链; Bao等[25]提
出了SSIIa (即ALK编码的酶)决定GT高低的可能机
制 , 认为SSIIa的活性决定了支链淀粉的链长分布 ,
而链长的分布决定了GT的高低。一般而言, 低GT品
种的支链淀粉含有较多的短链, 高GT品种的支链淀
粉含有较多的长链。本研究中, 通过凝胶渗透色谱
(GPC)对2个亲本的链长分析发现, 2个品种的淀粉经
过异淀粉酶处理后, 淀粉低分子量的短分支链差异
不大 , 可能与两亲本ALK基因序列差异不大有关 ,
使定位控制GT的微效QTL更加精确。另一方面, 淀
粉合成是一个复杂的网络, 淀粉合成相关基因如控
制直链淀粉、胶稠度等基因对支链淀粉的合成也有
一定的影响。本研究所用的染色体片段代换系的2
个亲本含有相同的Wxb等位基因, 可排除Wx基因对
GT的影响, 可更加准确地鉴定控制GT的微效QTL。
基于分子标记检测技术, 我们成功构建了染色
体片段代换系, 并经全基因组重测序方式进行基因
型鉴定。这套遗传群体中代换片段平均长约5.6 Mb,
导入片段覆盖率仅为87.4%, 因此可能还会遗漏部
分QTL。因此构建高覆盖率的染色体单片段代换系
是本研究的下一步目标, 此项工作正在进行中。另
外, 将定位到携带QTL的染色体片段代换系进一步
与受体亲本回交, 以期产生分离群体来验证并精细
定位相关的QTL。
4 结论
共鉴定出 4 个与 GT 相关的微效 QTL, 分别为
qGT2-1、qGT7-1、qGT8-1和 qGT12-1, 分别位于水
稻第 2、第 7、第 8和第 12染色体上。其中 qGT7-1
和 qGT12-1 2个 QTL的遗传较为稳定, 其加性效应
贡献率为 11.31%~28.95%。推测支链淀粉中短链含
量的减少可能会引起 GT 的升高。研究结果为进一
步精细定位和克隆相应微效QTL及开展稻米品质改
良的分子育种奠定了基础。
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