全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(8): 1299−1307 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 引进国际先进农业科学技术计划(948计划)项目(2006-G1(A)); 国家自然科学基金项目(30771378)
作者简介: 嬬陈冰 (1979−), 女, 在读硕士, 专业: 作物遗传育种, 主要从事水稻分子育种。
* 通讯作者(Corresponding author): 高用明, 男, 研究员, 博士生导师。研究方向: 水稻有利基因发掘与分子设计育种。
E-mail: irriygao@126.com
Received(收稿日期): 2008-01-24; Accepted(接受日期): 2008-03-13.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01299
利用 BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状 QTL
陈冰嬬 1 石英尧 3 崔金腾 1 钱益亮 3 刘海燕 1 张力科 1 王 辉 1
高用明 1,* 朱苓华 1 黎志康 1,2
(1 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081; 2 International Rice Research Institute, DAPO Box7777, Metro Manila, Philippines;
3 安徽农业大学农学院, 安徽合肥 230036)
摘 要: 以我国优良籼稻恢复系蜀恢 527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为 199株
的 BC2F2高代回交群体。选取 85个均匀分布在 12条染色体上的多态性 SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、
长宽比和千粒重 4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了 QTL定位。
单向方差分析(P<0.01)共检测到了 10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的 QTL, 其中有 3个具有多效性。由于粒
长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的 2个 QTL均能在粒长 QTL中检测到。位于第 3染色体着丝粒区域的 qgl3b
是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效 QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的 29.37%、26.15%
和 17.15%。该 QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢 527的等位基因为增效)和负向超显
性。位于第 8染色体的 qgw8位点是一个控制粒宽的主效 QTL, 同时也是控制千粒重的微效 QTL, 能解释粒宽表型变
异的 21.47%和千粒重表型变异的 5.16%。该 QTL 对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢 527 的等位基因
为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到 61 对显著的上位性互作, 涉及 54 个 QTL, 其中 23 个是
能同时影响 2~4个性状的多效位点, 且有 8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的 13对上位性互作位
点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有 8 对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精
细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。
关键词: 水稻; 粒长; 粒宽; 长宽比; 千粒重; QTL定位
QTL Detection of Grain Size and Shape with BC2F2 Advanced Backcross
Population of Rice (Oryza sativa L.)
CHEN Bing-Xu1, SHI Ying-Yao3, CUI Jin-Teng1, QIAN Yi-Liang3, LIU Hai-Yan1, ZHANG Li-Ke1,
WANG Hui1, GAO Yong-Ming1,*, ZHU Ling-Hua1, and LI Zhi-Kang1,2
(1 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2 International Rice Research Institute, DAPO
Box7777, Metro Manila, Philippines; 3 Agricultural College, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China)
Abstract: The traditional mapping population with complicated genetic backbround is usually derived from a cross between two
parents with a lot of unfavorable agronomic traits. The identified QTLs by traditional mapping can not be applied in genetic im-
provement of crops due to complicated interactions between QTLs and genetic background. The advanced backcross method for
QTL mapping with elite variety as recurrent parent could partially eliminate the background effects and integrate QTL mapping
with genetic breeding. In present study, using Shuhui 527, an elite indica restorer in China as recurrent parent and Milagrosa from
Philippines as donor, the BC2F2 advanced backcross population with 199 individuals was developed. A total of 85 polymorphic
SSR markers evenly distributed on 12 chromosomes were applied to genotype the mapping population. The grain length, grain
width, ratio of grain length to width and thousand grain weight of the parents and the BC2F2 population were evaluated after har-
vesting. The QTL identification of the above traits was conducted by one-way ANOVA (for single QTL) and two-way ANOVA
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(for digenic epistatic interaction loci). Among ten QTLs for grain length, grain width, ratio of grain length to width and thousand
grain weight detected by one-way ANOVA (P<0.01), there were three pleiotropic QTLs. QTLs for ratio of grain length to width
could be identified in QTLs for grain length due to highly close relationship between them. The results in present study indicated
that qgl3b on chromosome 3 was a major QTL controlling grain length, ratio of grain length to width and thousand grain weight,
which explained 29.37%, 26.15%, and 17.15% of phenotypic variation of the three traits and showed large additive effects (posi-
tive allele from Shuhui 527) and negative overdominant effects, qgw8 was also a major QTL controlling grain width with 21.47%
contribution to phenotypic variation and a minor QTL controlling thousand grain weight with 5.16% contribution to phenotypic
variation. It had large additive effects (positive allele from Shuhui 527) and positive partial dominant effects in both traits.
Two-way ANOVA (P<0.005) showed 61 pairs of digenic epistatic interactions involved in 54 QTLs among which 23 loci had
pleiotropism affecting two to four traits and eight loci were the same as those detected by one-way ANOVA. It was observed that
eight of thirteen pairs of digenic epistatic interactions related to ratio of grain length to width could be found in grain length. The
results above will lay a good foundation in fine mapping, cloning and designed molecular breeding of favorable genes related to
rice grain size and shape.
Keywords: Rice (Oryza sativa L.); Grain length; Grain width; Ratio of length and width; Thousand grain weight; QTL
detection
提高水稻(Oryza sativa L.)产量、改良稻米品质
一直是水稻遗传改良的两个主要育种目标。粒重、
每穗粒数、每株穗数是水稻产量的 3 个最重要的组
成成分。粒重主要取决于籽粒大小和形状如粒长、
粒宽、长宽比和粒厚等, 这些性状还影响稻米的外
观品质[1-2]。
在过去的十年中, 已经定位了大量与水稻籽粒大
小和形状相关的 QTL[3-25], 其中, 很多学者利用不同
的遗传材料在第 3 染色体着丝粒区域定位到了与籽粒
性状相关的主效 QTL。该区域的 GS3, 是一个控制粒
长和粒重的主效 QTL 且是控制粒宽和粒厚的微效
QTL。目前 GS3 的候选基因已经被确定, 但尚没有进
行功能验证[11]。Song等克隆了一个位于第 2染色体上
控制粒宽和粒重的主效QTL的候选基因——GW2, 阐
明了 GW2的分子机制, 它编码一个前所未知的环形
蛋白——E3泛素连接酶[13]。
水稻籽粒相关性状属于多基因控制的复杂数量
性状, 不同的研究者因所采用的研究材料不同, 定
位的结果往往存在很大的差异。由于传统作图群体
的亲本大多并非生产上广为种植的优良品种, 加上
存在普遍的 QTL与遗传背景的互作, 使定位的成果
难以直接应用于作物品种的遗传改良, 导致 QTL发
掘定位与作物遗传育种实践脱节。利用生产上广为
栽培的品种作轮回亲本培育的高代回交群体, 可以使
得定位群体的遗传背景得到纯化, 提高QTL定位的精
度。而且高代回交群体往往综合性状优良, 在进行
QTL 定位的同时, 有望育成有应用价值的新品系, 从
而将 QTL 定位与遗传育种实践紧密结合起来, 提高
QTL定位成果在遗传育种实践上的利用效率[26-27]。
本研究构建了性状优良的高代回交群体, 利用
分子标记剖析粒长、粒宽、长宽比和千粒重等性状
的遗传基础 , 从而为相关性状有利基因的精细定
位、克隆和分子设计育种奠定基础。
1 材料与方法
1.1 高代回交群体的培育
选取我国生产上大面积推广应用的籼稻恢复系
蜀恢 527为轮回亲本, 通过对 55个来源于世界各地
的水稻种质资源材料分子标记遗传多样性分析 [28],
结合表型评价, 选择与轮回亲本分子标记多态性好,
籽粒性状差异大, 来自菲律宾的Milagrosa作供体亲
本 , 进行一轮杂交、两轮回交和一轮自交 , 获得
BC2F2原始群体。
1.2 高代回交群体的性状鉴定
2006 年正季在安徽农业大学试验农场种植
BC2F2群体及其亲本。4 月 28 日播种, 群体共 360
株, 每行 15株, 行距 20 cm, 株距 17 cm。其他管理
同一般大田。成熟期从每行中间收获 12株, 晒干后
每个单株随机选取 10 粒种子 , 用电子数显卡尺
(1~150 mm)测量每粒种子的粒长(GL)和粒宽(GW),
取其平均数进行分析。以粒长的平均数除以粒宽的
平均数代表长宽比。每个单株分 3 次随机选取 200
粒种子秤重, 每两次称重之间误差不超过 0.2 g, 否
则取第 4次样称重, 取其平均数换算成千粒重。
1.3 DNA的提取和 SSR基因型分析
2006 年 7 月初在安徽农业大学试验农场, 分单
株取 BC2F2群体分蘖期水稻鲜叶片, 用 CTAB 法提
取基因组 DNA[29]。由于部分单株叶片样品因编号磨
第 8期 陈冰嬬等: 利用 BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状 QTL 1301


损无法确认被而遗弃, 最后共获得 199 个可以清楚
辨认的单株 DNA样品。
SSR 标记分析中采用郑景生等 (2003)报道的
PCR方法并略作改动[30]。PCR仪为 MJ PTC-100, 采
用 20 μL体系 PCR扩增, 含 25 ng总 DNA、1.5 mmol
L−1 MgCl2、0.2 mmol L−1 dNTP、1.0 U Taq DNA聚
合酶、各 0.1 μmol L−1双向引物。PCR 扩增程序为
94℃5 min, 接着 94℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 60 s, 35
个循环, 最后 72℃延伸 10 min。扩增产物加 2/5 体
积上样缓冲液, 用 8%非变性聚丙烯酰胺(PAGE)凝
胶在北京六一电泳仪上完成电泳。电压 100 V, 电流
100 A, 电泳 1.5~2.0 h。电泳完成后, 用已配好的
genefinder染色液(10 μL genefinder︰200 mL H2O)进
行染色 30 min, 在柯达Gel LOGIC100凝胶成像系统
上照相, 读取标记基因型数据。
利用 RM-系列的 1~600号(大约 550对) SSR引物
对亲本蜀恢527和Milagrosa进行全基因组多态性筛选,
共筛选出 164 (54.7%)个多态性标记。参考 Cornell大
学的 SSR遗传图谱[31]对筛选出的多态性标记进行取
舍, 去除带型差异不显著或不清晰的标记以及图距
小于 5 cM的冗余标记, 最后获得平均图距 20 cM左
右的 85个有效标记。用这 85个有效 SSR标记对参
试的群体进行基因型分析。
1.4 数据分析
利用 SAS PROC GLM[32]对 BC2F2群体的粒长、
粒宽、长宽比和千粒重进行性状-标记间的单向和双
向方差分析, 显著水平分别为 0.01和 0.005。用作图
软件 Mapchart 2.0[33]绘制遗传图谱。
2 结果与分析
2.1 亲本及回交群体的性状表现
轮回 亲本蜀恢 527的平均粒长 11.17 mm, 粒宽
2.85 mm, 长宽比 3.91, 属于长粒型, 千粒重 29.05 g;
而供体 Milagrosa 的平均粒长 6.05 mm, 粒宽 2.46,
长宽比 2.46, 形态短圆, 千粒重 11.14 g。因此, 轮回
亲本与供体亲本在粒长、粒宽、长宽比和粒重上存
在着较大的差异(图 1)。

图 1 轮回亲本蜀恢 527和供体亲本 Milagrosa的籽粒
Fig. 1 Grains of recurrent parent Shuhui 527 and donor par-
ent Milagrosa

BC2F2群体中, 粒长变幅为 6.81~11.60 mm, 绝
大多数单株介于亲本蜀恢 527和Milagrosa之间, 呈现
明显的双峰分布(表 1, 图 2-A), 偏度最大, 达到−1.16,
峰度也最高 , 为−0.67, 显示可能存在主基因的作
用。粒宽介于 2.41~3.20 mm之间, 如果算上近轴端
的那个不显眼的小峰, 实际上也是双峰分布, 但在
整个群体中以远轴端的大峰为中心呈近似正态分布
(表 1, 图 2-B), 偏、峰度分别为 0.90和−0.58。群体
中各单株的长宽比变动在 2.34~4.59之间, 且和粒长
性状的分布近似(表 1, 图 2-C), 因此其偏度仅次于粒
长 , 达到 −1.02, 峰度也有 −0.57; 千粒重介于
11.69~31.52 g 之间, 也呈双峰分布, 但没有粒长和
长宽比明显, 而且分别相对集中(表 1, 图 2-D), 其偏度
虽然较高(−0.95), 但峰度只有−0.30。群体中各性状
均出现了不同程度的超亲分离。
2.2 性状的相关分析
粒长和粒宽之间几乎没有相关性, 相关系数仅
为−0.09; 粒长和长宽比的相关系数为 0.95, 相关极
显著; 粒宽与长宽比呈极显著负相关, 相关系数为
−0.39; 粒长和长宽比均与千粒重呈极显著正相关,

表 1 亲本及高代回交群体籽粒性状的表现
Table 1 Phenotypic performance of grain traits for parents and the BC2F2 random population Shuhui 527/Milagrosa//Milagrosa
BC2F2群体 BC2F2 population
性状
Trait
蜀恢 527
Shuhui 527
Milagrosa
中亲值
MPV 均值±标准差
Mean ± SD
变幅
Range
峰度
Kurtosis
偏度
Skewness
粒长 GL (mm) 11.18±0.55 6.04±0.20 8.61 9.90±1.40 6.81–11.59 −0.67 −1.16
粒宽 GW (mm) 2.85±0.05 2.46±0.04 2.66 2.86±0.13 2.414–3.20 −0.58 0.90
长宽比 L/W 3.92±0.21 2.45±0.05 3.18 3.46±0.53 2.34–4.59 0.57 −1.02
千粒重 TGW (g) 29.05±1.15 11.14±0.27 20.09 22.81±4.80 11.69–31.52 −0.30 −0.95
GL: 粒长; GW: 粒宽; L/W: 长宽比; TGW: 千粒重; MPV: 中亲值。
GL: grain length; GW: grain width; L/W: ratio of grain length to width; TGW: thousand grain weight; MPV: Mid-parent value.
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图 2 BC2F2群体粒长、粒宽、长宽比和千粒重的分布
Fig. 2 Distributions of grain length, grain width, ratio of grain length to width, and thousand grain weight in the BC2F2 population
S: 轮回亲本蜀恢 527; M: 供体亲本 Milagrosa。S: recurrent parent Shuhui 527; M: donor parent Milagrosa.

相关系数分别达到 0.76 和 0.65; 粒宽与千粒重显著
正相关, 相关系数为 0.16。
2.3 单位点 QTL定位分析
利用性状 -标记间单向方差分析 (P<0.01)对粒
长、粒宽、长宽比和千粒重 4个性状进行了 QTL定
位。共检测到 14个 QTL位点, 其中粒长 3个、粒宽
4个、长宽比 2个和千粒重 5个。
2.3.1 粒长 3个控制粒长的 QTL, 2个位于第 3
染色体、1 个位于第 7 染色体(表 2, 图 3)。其中位
于第 3染色体的 qgl3b对粒长的贡献率达到 29.37%,

表 2 单向方差分析检测出的水稻籽粒大小和形状 QTL (P＜0.01)
Table 2 QTLs of rice grain size and shape detected by one-way ANOVA (P＜0.01)
性状 e
Trait e
QTL 标记
Marker
染色体
Chrom. a
位置
Distance
F-值
F-value
概率
Probability
加性效应
Add. b
显性效应
Dom. c
显性度
D/|A| d
贡献率
Contribution
(%)
qgl3a RM282 3 100.6 5.81 0.0036 −0.41 −0.26 −0.63 5.73
qgl3b RM487 3 127.9 40.33 0.0001 −0.74 −1.05 −1.42 29.37
粒长
GL
qgl7 RM10 7 63.5 5.25 0.0060 −0.30 −0.56 −1.87 5.46


qgw3 RM520 3 191.6 5.50 0.0047 −0.04 0.09 2.25 5.31
qgw5a RM161 5 96.9 5.84 0.0034 −0.06 0.03 0.50 5.62
qgw5b RM31 5 118.8 8.09 0.0004 −0.09 0.10 1.11 7.63
粒宽
GW
qgw8 RM447 8 124.6 26.66 0.0001 −0.11 0.03 0.27 21.47


qlw3a RM282 3 100.6 5.08 0.0071 −0.15 −0.07 −0.47 5.05 长宽比
LWR qlw3b RM487 3 127.9 34.35 0.0001 −0.27 −0.37 −1.37 26.15


qtgw2 RM525 2 143.7 5.62 0.0042 −0.88 0.07 0.08 5.42
qtgw3a RM60 3 0.0 5.28 0.0059 −1.09 −1.35 −1.24 5.11
qtgw3b RM487 3 127.9 20.07 0.0001 −1.94 −2.74 −1.41 17.15
qtgw3c RM55 3 168.2 5.05 0.0073 −1.75 0.53 0.30 4.90
千粒重
TGW
qtgw8 RM447 8 124.6 5.31 0.0057 −1.89 0.46 0.24 5.16
d D/|A|: 显性度, 为显性效应与加性绝对值的比值。
a Chrom.: chromosome; b Add.: additive effect; c Dom.: dominance effect; d D/|A|: degree of dominance,the ratio of dominance effect to
additive effect (absolute); e GL: grain length; GW: grain width; L/W: ratio of grain length to width; TGW: thousand grain weigh.
第 8期 陈冰嬬等: 利用 BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状 QTL 1303



图 3 在蜀恢 527/Milagrosa BC2F2群体中检测到的控制水稻籽粒大小和形状的 QTL在染色体上的分布
Fig. 3 The distribution of QTLs for rice grain size and shape on chromosomes in the BC2F2 population of Shuhui 527/Milagrosa

加性效应为−0.74, 显性效应为−1.05, 可能是一个
主效 QTL。qgl3a 和 qgl7 所能解释的变异分别为
5.73%和 5.46%。这 3个控制粒长 QTL的等位基因
均来自蜀恢 527 的等位基因对粒长有增加作用, 显
性度介于−0.63 ~ −1.87, 表现出负向部分显性或负
向超显性。
2.3.2 粒宽 共检测到了 4 个控制粒宽的 QTL,
分别位于第 3、5 和 8 染色体, 其中 2 个分布在第 5
染色体上(表 2, 图 3)。位于第 8 染色体的 qgw8, 可
以解释粒宽表型变异的 21.47%, 加性效应为−0.11,
显性效应为−0.03, 可能是一个主效 QTL。其他 3个
QTL的贡献率处于 5.31%~7.63%之间。所有 QTL来
自蜀恢 527 的等位基因可以增加粒宽, 显性度介于
0.27~2.25之间, 表现正向部分显性或正向超显性。
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2.3.3 长宽比 共检测到 2个控制长宽比的QTL,
均分布在第 3 染色体上, 其贡献率分别是 5.05%和
26.15%, 加性效应分别为−0.15 和−0.27,显性效应分
别为−0.07 和−0.37(表 2, 图 3)。来自蜀恢 527 的等
位基因对长宽比有增效作用, 且 qlw3a 表现负向部
分显性(显性度为−0.47), qlw3b 表现负向超显性(显
性度为−1.37)。
2.3.4 千粒重 5 个控制千粒重的 QTL, 分布在
第 2、3和 8染色体上(表 2, 图 3)。贡献率变化范围
为 4.90%~17.15%。其中 qtgw3b的贡献率最大, 达到
17.15%, 加性效应和显性效应分别为−1.94和−2.74。
其余 QTL的贡献率变化于 4.90%~5.42%之间。所有
QTL来自蜀恢 527 的等位基因可以增加千粒重。其
中, qtgw3a和 qtgw3b 表现负向超显性, 显性度分别
为−1.24 和−1.41, 其余 QTL 均表现正向部分显性,
显性度介于 0.08~0.30之间。
2.4 双位点互作 QTL定位分析
利用双向方差分析(P<0.005)共检测到 61 对上
位性互作位点, 包括 15 对粒长、19 对粒宽、13 对
长宽比和 14对千粒重(表 3, 图 3)。
2.4.1 粒长 控制粒长的 15 对互作 QTL 分布于
除第 4、7和 11的 9条染色体, 共涉及 24个可能的
QTL。每对上位性互作能解释的表型变异变化于
4.62%~9.71%之间。其中, RM7、RM588、RM171、
RM511和 RM19与两个或两个以上的位点存在上位
性互作。
2.4.2 粒宽 共检测到 19 对上位性互作位点 ,
分布在除第 8外的 11条染色体 , 共涉及 26个可能
的 QTL。每对上位性互作对表型变异的贡献率变
幅为 5.22%~10.02%。其中 , RM475、RM240、
OSR13、RM487、RM401、RM334、RM31、RM340、
RM215和 RM229与两个或两个以上的位点存在上
位性互作。
2.4.3 长宽比 长宽比的上位性互作涉及 13 对共
21个位点, 分布在除第 4、5、7、11的 8条染色体上。
每对上位性对表型变异的贡献率介于 4.41%~10.03%
之间。其中 OSR13、RM487、RM204和 RM340与两
个或两个以上的位点存在上位性互作。
2.4.4 千粒重 检测到的 14 对千粒重上位性互
作位点共涉及 22个位点, 分布在除第 1、4的 10条
染色体上。其贡献率最大为 8.40%, 最小为 4.16%。
其中, RM7、RM487、RM590、RM286和 RM19 与
两个或两个以上的位点存在上位性互作。
3 讨论
由于水稻粒长、粒宽、长宽比和千粒重之间存
在高度正向或负向相关性, 不少相关 QTL具有一因
多效。本研究一共定位 14个与水稻籽粒大小与形状
相关的单位点 QTL, 分布在第 3、5、7 和 8 染色体
上。其中控制粒长的 qgl3a与控制长宽比的 qlw3a、
控制粒长的 qtl3b与控制长宽比的 qlw3b以及控制千
粒重的 qtgw3b、控制粒宽的 qgw8 与控制千粒重的
qtgw8 分别属于同一个多效 QTL(表 2, 图 3)。因此,
单向方差分析检测到的单位点 QTL数实际为 10个,
其中控制长宽比的 2 个 QTL 均在粒长性状中检测
到。4个形状共检测到 61对共 93个互作 QTL, 其中
23 个是能同时影响 2~4 个性状的多效位点(表 3, 图
3)。控制长宽比的 13 对上位性互作位点中, 与控制
粒长的 15对上位性互作位点完全相同的有 8对, 与
控制粒宽的上位性互作位点有 1 对完全相同。控制
千粒重的 14对上位性互作位点中, 有 2对与控制粒
长的完全相同, 有 1 对与控制粒宽的完全相同。粒
长与粒宽没有完全一致的上位性互作位点。剔除重
复位点, 最终定位的与水稻籽粒大小和形状有关的
上位性互作位点共 54个, 其中与单向方差分析检测
到的位点相同的有 8 个, 最终检测到的控制 4 个性
状的 QTL 位点总数为 56 个。由于长宽比是用粒长
和粒宽的比值来表示的, 它是粒长和粒宽的子性状,
且本研究群体中长宽比与粒长呈高度正相关(相关
系数达到 0.95), 因此, 控制长宽比的 QTL基本上都
能在粒长性状中检测到。在遗传育种实践中, 可以
通过改良粒长辅之以改良粒宽来进行长宽比的改
良。千粒重性状与粒长和粒宽分别呈极显著和显著
正相关, 主效粒长或粒宽 QTL均对千粒重有较大贡
献 , 其中又以粒长的贡献大于粒宽 , 因此 , 提高粒
长和粒宽均可以提高千粒重。
研究水稻籽粒大小和形状的遗传基础, 第 3 染
色体是值得重点关注的。本研究定位的 10个单位点
QTL中, 有 5个位于第 3染色体, 发现的 54个互作
位点中, 9个位于第 3染色体, 两相合并, 发现的 56
个相关性状 QTL 共有 11 个位于第 3 染色体。第 3
染色体的着丝粒区域更是控制籽粒大小和形状的热
点区域。前人已利用至少 10个不同亚种内或亚种间
群体在第 3 染色体着丝粒区域定位到与粒长或粒重
有关的 QTL[6,9,11,16-23]。本研究在该区域检测到的
qgl3b 位点(127.9 cM), 是一个影响粒长、长宽比和
千粒重的主效 QTL, 贡献率分别是 29.37%、26.15%
第 8期 陈冰嬬等: 利用 BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状 QTL 1305


表 3 双向方差分析检测到的影响水稻籽粒大小和形状的两位点上位性互作 QTL (P＜0.005)
Table 3 Digenic epistatic QTLs of rice grain size and shape detected by two-way ANOVA (P＜0.005)
性状
Trait
位点 1
Locus 1
染色体
Chromosome
位置
Position
位点 2
Locus 2
染色体
Chromosome
位置
Position
F-值
F-value
概率
Probability
贡献率
Contribution (%)
RM24 1 78.4 RM588 6 7.4 4.65 0.0037 6.87
RM128 1 134.8 RM105 9 32.1 4.08 0.0035 9.01
RM525 2 143.7 RM296 9 0 5.09 0.0006 9.44
RM240 2 158.0 RM511 12 59.8 10.01 0.0018 5.11
RM60 3 0.0 RM511 12 59.8 3.95 0.0042 7.46
RM7 3 64.0 RM278 9 77.5 4.41 0.0020 8.44
RM7 3 64.0 RM590 10 117.2 10.18 0.0017 4.76
RM487 3 127.9 RM345 6 145.2 7.00 0.0002 7.06
RM565 3 215.5 RM171 10 73.0 4.61 0.0040 7.37
RM161 5 96.9 RM19 12 20.9 5.55 0.0045 5.38
RM31 5 118.8 RM588 6 7.4 5.53 0.0046 5.39
RM588 6 7.4 RM171 10 73.0 6.52 0.0018 6.36
RM204 6 25.1 RM271 10 59.4 5.87 0.0034 5.72
RM340 6 133.5 RM19 12 20.9 9.36 0.0025 4.62
粒长
Grain
length
RM447 8 124.6 RM222 10 11.3 5.12 0.0006 9.71


RM237 1 115.2 RM334 5 141.8 5.56 0.0045 5.76
RM529 1 189.6 RM240 2 158.0 4.65 0.0037 7.16
RM236 2 14.4 OSR13 3 53.1 6.07 0.0028 5.81
RM475 2 92.5 RM240 2 158.0 5.64 0.0042 5.92
RM475 2 92.5 RM206 11 102.9 5.70 0.0040 5.54
RM535 2 195.7 RM401 4 8.5 10.14 0.0017 5.38
RM231 3 15.7 RM487 3 127.9 4.74 0.0012 9.38
RM545 3 35.3 RM31 5 118.8 6.16 0.0026 5.61
OSR13 3 53.1 RM345 6 145.2 5.57 0.0045 5.22
RM487 3 127.9 RM204 6 25.1 4.34 0.0022 8.45
RM487 3 127.9 RM340 6 133.5 6.61 0.0003 9.49
RM401 4 8.5 RM229 11 77.8 6.42 0.0020 6.57
RM153 5 0 RM31 5 118.8 4.60 0.0039 6.19
RM334 5 141.8 RM215 9 99.4 4.06 0.0035 7.72
RM588 6 7.4 RM286 11 0 4.68 0.0035 6.74
RM340 6 133.5 RM552 11 40.6 6.27 0.0005 8.88
RM11 7 47.0 RM229 11 77.8 5.30 0.0005 10.02
RM215 9 99.4 RM590 10 117.2 4.61 0.0039 6.69
粒宽
Grain width
RM229 11 77.8 RM463 12 75.5 3.87 0.0048 7.45


RM24 1 78.4 RM588 6 7.4 4.84 0.0029 7.18
RM128 1 134.8 RM105 9 32.1 4.65 0.0014 10.03
RM263 2 127.5 RM340 6 133.5 5.45 0.0050 5.51
RM525 2 143.7 RM296 9 0 4.11 0.0032 7.89
RM240 2 158.0 RM511 12 59.8 8.52 0.004 4.41
OSR13 3 53.1 RM136 6 51.2 4.30 0.0024 8.74
OSR13 3 53.1 RM278 9 77.5 4.15 0.0030 7.98
RM487 3 127.9 RM204 6 25.1 4.32 0.0023 6.25
RM487 3 127.9 RM345 6 145.2 6.33 0.0004 6.71
RM204 6 25.1 RM311 10 25.2 6.07 0.0028 6.37
RM204 6 25.1 RM271 10 59.4 6.96 0.0012 6.77
RM340 6 133.5 RM19 12 20.9 10.53 0.0014 5.22
长/宽比
Grain
length
/width
RM447 8 124.6 RM222 10 11.3 4.97 0.0008 9.33


RM438 2 58.4 RM319 3 150.3 4.57 0.0041 6.89
RM525 2 143.7 RM590 10 117.2 10.48 0.0014 4.82
RM7 3 64.0 RM334 5 141.8 4.50 0.0045 6.50
RM7 3 64.0 RM278 9 77.5 4.13 0.0032 8.13
RM487 3 127.9 RM345 6 145.2 4.54 0.0042 5.56
RM487 3 127.9 RM210 8 90.3 4.74 0.0012 7.67
RM487 3 127.9 RM12 12 109.1 4.18 0.0029 6.91
RM520 3 191.6 RM511 12 59.8 4.64 0.0037 6.72
RM31 5 118.8 RM19 12 20.9 5.62 0.0043 5.44
RM588 6 7.4 RM286 11 0 4.98 0.0024 7.27
RM340 6 133.5 RM19 12 20.9 8.41 0.0042 4.16
RM10 7 63.5 RM331 8 69.0 5.49 0.0049 5.54
RM590 10 117.2 RM286 11 0 4.45 0.0018 8.40
千粒重
1000-grain
weight
RM260 11 61.7 RM235 12 91.3 4.90 0.0027 7.17
1306 作 物 学 报 第 34卷

和 17.15%, 对于粒长、长宽比和千粒重均表现了较
大的加性效应(来自蜀恢 527的等位基因为增效)和负
向超显性。该位点又同时与多个其他随机位点通过
显著的互作进一步调控粒长、粒宽、长宽比和千粒
重。Fan等[11]报道的主效 QTL GS3位于第 3染色体
着丝粒区域(大概 127.9 cM), 可以认为 GS3和 qgl3b
就是同一个 QTL; Wan等[23]报道的主效 QTL gl3也
位于该区域附近, 也可能和 qgl3b 是同一个 QTL。
本研究还在第 8 染色体检测到一个控制粒宽的主效
QTL qgw8, 贡献率达 21.47%, 对粒宽具有较大的加
性效应(来自蜀恢 527的等位基因为增效), 但显性效
应较小。该 QTL还同时影响千粒重, 并通过与其他
随机位点的互作影响粒长和长宽比, 该 QTL对千粒
重也具有较大的加性效应(来自蜀恢 527的等位基因
为增效)和正向部分显性。目前只有 Rabiei等[14]在相近
区域定位到控制粒宽的主效 QTL。Song等[13]克隆的
控制粒宽和粒重的主效 QTL 的候选基因——GW2,
位于第 2 染色体短臂, 本研究中只检测出一个位于
第 2 染色体长臂(143.7 cM 处)的控制千粒重的微效
QTL qtgw2。
本研究结果对水稻籽粒大小和形状的改良策略
具有重要的参考意义。在常规育种中要充分利用来
自蜀恢 527 的 qgl3b 等位基因来提高粒长、长宽比
和千粒重, 利用来自蜀恢 527的 qgw8等位基因来提
高粒宽和千粒重。在杂交水稻育种中, 则要同时考
虑加性效应和显性效应。由于 qgl3b 在粒长、长宽
比和千粒重上均表现较大的负向超显性效应(显性
度分别为−1.42、−1.37 和−1.41), 因此, 用于配制杂
种的不育系和恢复系必须同时带有与蜀恢 527相同的
qgl3b等位基因, 否则配制的杂种将表现籽粒较短、
粒重较小。生产实践上, 珍汕 97A和 II-32A的籽粒
较短, 配制的杂交稻组合所结籽粒基本都较短, 那
些长粒型的不育系如中 9A、金 23A、协青早 A等与
长粒型的恢复系配制的杂交组合, 籽粒基本上都较
长。qgw8在粒宽和千粒重上虽然表现了正向部分显
性, 但显性度较低(仅分别为 0.27和 0.24), 在杂交稻
育种上, 也以不育系和恢复系同时带有与蜀恢527相
同的 qgw8等位基因为佳。
4 结论
在以优良恢复系蜀恢 527 作轮回亲本, 及与轮
回亲本表型差异大、分子标记多态性好的菲律宾品
种 Milagrosa作供体亲本的 BC2F2群体中, 籽粒大小
和形状表现出受主基因和微效基因共同控制的双峰
连续分布, 发现 2个主效 QTL和若干微效 QTL, 这
将为相关性状的精细定位、克隆和分子设计育种奠
定基础。
References
[1] Evans L. Storage capacity as a limitation on grain yield. In:
International Rice Research Institute. Rice Breeding. Los
Banos, Philippines: International Rice Research Institute,
1972. pp 499−511
[2] Xu J-L(徐建龙), Xue Q-Z(薛庆中), Luo L-J(罗利军), Li
Z-K(黎志康). Genetic dissection of grain weight and its re-
lated traits in rice (Oryza sativa L.). Chin J Rice Sci (中国水
稻科学), 2002, 16(1): 6−10 (in Chinese with English abstract)
[3] Tan Y F, Xing Y Z, Li J X, Yu S B, Xu C G, Zhang Q F. Ge-
netic bases of appearance quality of rice grains in Shanyou 63,
and elite rice hybrid. Theor Appl Genet, 2000, 101: 823−829
[4] Li J L, Thomson M, McCouch S. Fine mapping of a
grain-weight quantitative locus in the Pericentromeric region
of rice chromosome 3. Genetics, 2004, 168: 2187−2195
[5] Huang N, Parco A, Mew T, Magpantay G, McCouch S,
Guiderdoni E, Xu J C, Subudhi P, Angeles E R, Khush G S.
RFLP mapping of isozymes, RAPD, and QTL for grain shape,
brown planthopper resistance in a doubled-haploid rice popu-
lation. Mol Breed, 1997, 3: 105−113
[6] Redoña E D, Mackill D J. Quantitative trait locus analysis for
rice panicle and grain characteristics. Theor Appl Genet, 1998,
96: 957−963
[7] Kubo T, Takano-Kai N, Yoshimura A. RFLP mapping of
genes for long kernel and awn on chromosome 3 in rice. Rice
Genet Newsl, 2001, 18: 26−28
[8] Xing Y Z, Tan Y F, Xu C G, Hua J P, Sun X L. Mapping
quantitative trait loci for grain appearance traits of rice using
a recombinant inbred line population. Acta Bot Sin, 2001, 43:
721−726
[9] Thomson M, Tai T, McClung A, Xai X H, Hinga M, Lobos K,
Xu Y, Martinez P, McCouch S. Mapping quantitative trait
loci for yield, yield components and morphological traits in
an advanced backcross population between Oryza rufipogon
and the Oryza sativa cultivar Jefferson. Theor Appl Genet,
2003, 107: 479−493
[10] Aluko G, Martinez C, Tohme J, Castano C, Bergman C, Oard
H J. QTL mapping of grain quality traits from the interspeci-
fic cross Oryza sativa × O. glaberrima. Theor Appl Genet,
2004, 109: 630−639
[11] Fan C C, Xing Y Z, Mao H L, Lu T T, Han B, Xu C G, Li X H,
Zhang Q F. GS3, a major QTL for grain length and weight
and minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes
a putative transmembrane protein. Theor Appl Genet, 2006,
112: 1164−1171
第 8期 陈冰嬬等: 利用 BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状 QTL 1307


[12] Ashikari M, Sakakibara H, Lin S, Yamamoto T, Takashi T,
Nishimura A, Angeles E, Qian Q, Kitano H, Matsnoka M.
Cytokinin oxidase regulates rice grain production. Science,
2005, 309: 741−745
[13] Song X J, Huang W, Shi M, Zhu M Z, Lin H X. A QTL for
rice grain width and weight encodes a previously unknown
RING-type E3 ubiquitin ligase. Nat Genes, 2007, 39:
623−630
[14] Rabiei B, Valizadeh M, Ghareyazie B, Moghaddam M, Ali A.
Identification of QTL for rice grain size and shape of Iranian
cultivars using SSR markers. Euphytica, 2004, 137: 325−332
[15] Yan C-J(严长杰), Liang G-H(梁国华), Lin X(李欣), Tang
S-Z(汤述翥), Yi C-D(裔传灯), Tian S(田舜), Lu J-F(陆驹飞),
Gu M-H(顾铭洪). Mapping quantitative trait loci associated
with rice grain shape based on an indica/japonica backcross
population. Acta Genet Sin (遗传学报), 2003, 30(8): 711−716
(in Chinese with English abstract)
[16] Li Z K, Pinson S R, Park W D, Paterson A H, Stansel J W.
Epistasis for three grain yield components in rice (Oryza sa-
tiva L.). Genetics, 1997, 145: 453−465
[17] Yu S B, Li J X, Xu C G, Tan Y F, Gao Y J, Li X H, Zhang Q
F, Saghai Maroof S G. Importance of epistasis as the genetic
basis of heterosis in an elite rice hybrid. Proc Natl Acad Sci
USA, 1997, 94: 9226−9231
[18] Xiao J H, Li J M, Grandillo S, Ahn S L,Yuan L P, Tanksley S,
McCouch S. Identification of trait-improving quantitative trait
loci alleles from a wild rice relative, Oryza rufipogon. Gene-
tics, 1998, 150: 899−909
[19] Kubo T, Takano-Kai N, Yoshimura A. RFLP mapping of
genes for long kernel and awn on chromosome 3 in rice. Rice
Genet Newsl, 2001, 18: 26−28
[20] Moncada P, Martinez C P, Borrero J, Chatel M, Gauch H,
Guimaraes E, Tohme J, McCouch S. Quantitative trait loci for
yield and yield components in an Oryza sativa × Oryza rufi-
pogon BC2F2 population evaluated in an upland environment.
Theor Appl Genet, 2001, 102: 41−52
[21] Brondani C, Rangel N, Brondani V, Ferreira E. QTL mapping
and introgression of yield-related traits from Oryza gluma-
epatula to cultivated rice (Oryza sativa) using microsatellite
markers. Theo Appl Genet, 2002, 104: 1192−1203
[22] Li J M, Xiao J H, Grandillo S, Jiang L Y, Wan Y Z, Deng Q Y,
Yuan L P, McCouch S. QTL detection for rice grain quality
traits using an interspecific back cross population derived
from cultivated Asian (O. sativa L.) and African (O. glaber-
rima S.) rice. Genome, 2004, 47: 697−704
[23] Wan X Y, Wan J M, Jiang L, Wang J K, Zhai H Q, Weng J F,
Wang H L, Lei C L, Wang J L, Zhang X, Cheng Z J, Guo X P.
QTL analysis for rice grain length and fine mapping of an
identified QTL with stable and major effects. Theor Appl
Genet, 2006, 112: 1258−1270
[24] Xie X B, Song M H, Jin F X, Ahn S N, Suh J P, Hwang H G,
McCouch S R. Fine mapping of a grain weight quantitative
trait locus on rice chromosome 8 using near-isogenic lines
derived from a cross between Oryza sativa and Oryza rufipo-
gon. Theor Appl Genet, 2006, 113: 885−894
[25] Guo Y-M(郭咏梅), Mu P(穆平), Liu J-F(刘家富), Li Z-C(李
自超), Lu Y-X(卢义宣). Correlation analysis and QTL map-
ping of grain shape and grain weight in rice under upland and
lowland environments. Acta Agron Sin (作物学报), 2007,
33(1): 50−56 (in Chinese with English abstract)
[26] Tanksley S D, Nelson J C. Advanced backcross QTL analysis:
A method of the simultaneous discovery and transfer of valu-
able QTL from unadapted germplasm into elite breeding lines.
Theor Appl Genet, 1996, 92: 191−203
[27] Li Z-K(黎志康). Strategies for molecular rice breeding in
China. Mol Plant Breed (分子植物育种), 2005, 3(5): 603−608
(in Chinese with English abstract)
[28] Cui J-T(崔金腾 ), Chen B-X( 嬬陈冰 ), Shi Y-Y(石英尧 ),
Zhang R(张蓉 ), Wang H(王辉 ), Qian Y-L(钱益亮 ), Liu
H-Y(刘海燕 ), Zhu L-H(朱苓华 ), Li Z-K(黎志康 ), Gao
Y-M(高用明). Genetic diversity of involved Varieties and
improvement of elite restorer of indica rice (Oryza sativa L.)
using backcross introgression. Mol Plant Breed (分子植物育
种), 2008, 6(1): 25−31 (in Chinese with English abstract)
[29] Wang Z(王珍), Fang X-J(方宣钧). Plant DNA isolation. Mol
Plant Breed (分子植物育种), 2003, 1(2): 281−288 (in Chi-
nese with English abstract)
[30] Zheng J-S(郑景生 ), Lü P(吕蓓 ). PCR Technique and its
Practical methods. Mol Plant Breed (分子植物育种), 2003,
1(3): 381−394 (in Chinese with English abstract)
[31] Temnykh S, Declerck G, Lukashova A, Lipovich L, Cartin-
hour S, McCouch S. Computational and experimental analysis
of microsatellites in rice (Oryza sativa L.): Frequency, length
variation, transposon associations, and genetic marker poten-
tial. Genome Res, 2001, 11: 1441−1452
[32] SAS Institute Inc. SAS/STAT Software: Changes and
Enhancements through Release 6.12. Cary, North Carolina:
SAS Institute Inc, 1997
[33] Voorips R E. Mapchart Version 2.0: Windows Software for
the Graphical Presentation of the Linkage Maps and QTLs.
Plant Research International Wageningen, the Netherlands,
2001