利用重组自交系群体检测水稻碾磨品质数量性状基因座
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摘要 利用Asominori为母本，IR24为父本配制杂交组合，各代用单粒传法获得的稳定、性状差异较大71个家系的重组自交系群体为研究材料。在贵州省热量条件不同的2个不生态环境分别对RIL群体碾磨品质性状以及糙米率、整精米率进行QTL分析，结果表明：稻米碾磨品质是由多个QTL控制的，且易受环境的影响，无论是糙米率、整精米率都与环境有较大影响；该研究检测到第2染色体G1185-C1236区段内存在同时控制糙米率（BR）和精米率（MR）的QTL，因此该研究的结果可以为水稻碾磨品质的改良提供理论指导。
中图分类号 Q343.1+5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）18-0030-03
稻米碾磨品质主要包括糙米率（browm rice recovery，BR）、精米率（milled rice rate，MR）和整精米率（head rice rate，HR）3个指标，是稻米品质性状的重要组成部分，关系到稻米产量和商品价值。目前，我国稻米品质存在的主要问题之一是碾磨品质较差，主要表现在整精米率低，对其进行遗传改良日益受到重视。而迄今为止，对稻米碾磨品质性状的遗传只进行了一些初步研究，比较一致的看法是碾磨品质是多基因控制的数量性状，其遗传表达受基因型和环境的共同影响，但对其遗传基础则有不同的看法。陈建国等[1]对早稻的遗传研究认为，糙米率和精米率的遗传受母株基因型和胚乳基因型共同控制，并以基因的加性效应为主。倪林娟等[2]对粳稻的研究表明，精米率和整精米率主要受种子胚乳直接效应控制。而李 欣等[3]对粳稻品质性状的遗传研究认为，糙米率、精米率和整精米率的遗传不同于直链淀粉等三倍体胚乳性状，其遗传表达受母株基因型控制。石春海等[4]研究表明，糙米率和精米率除受制于种子基因效应、细胞质效应和母体植株基因效应等遗传主效应外，还明显受到各遗传效应与环境互作效应的影响。Gravois et al研究认为，整精米率和遗传表达以基因型与环境互作效应为主。以上的研究都只是利用有关的遗传模型和数理统计方法对稻米碾磨品质性状的遗传效应进行分析，未能对其基因位点进行定位和解析。
随着分子标记和相关统计分析软件的发展，利用分子标记定位水稻数量性状基因座位（quantitative trait loci，简称QTL）的研究不断得到深入。从最初的对水稻产量性状、抗性和生育期的QTL定位，发展到稻米蒸煮食味和外观等品质性状的定位，从单一环境下的QTL分析，发展到多环境下的QTL分析。但有关稻米碾磨品质QTL的研究不是很多，尤其是在不同环境下，对有关稻米碾磨品质QTL的研究较少。因此，该研究以“Asominori/ IR24”的重组自交系（RIL）为材料，探讨相同遗传群体在不同环境条件下稻米碾磨品质QTL检测的差异，以阐明该性状的遗传基础，为水稻碾磨品质改良提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料包括Asominori（母本）和IR24（父本）以及两者衍生的重组自交（RIL）群体，该群体含有71个家系，家系内性状整齐一致，家系间性状差异较大，由日本九州大学提供。
1.2 田间种植
2008年在贵州省水稻研究所试验田和思南县塘头镇种植RIL群体及其父母本，每个株系和亲本种植一个小区，随机区组种植，每小区2行，每行10株，株行距13.2 cm×19.8 cm，小区间距26.4 cm。水稻生育期间的肥水管理同常规，无病虫害发生，生长正常。记载每个株系的抽穗期，在齐穗后35～40 d收取每个株系种子，自然晒干，储藏3个月后进行碾磨品质的测定。
1.3 碾磨品质性状的测定
3项碾磨品质指标的测定参照农业部颁布的《米质测定方法（NY147-88标准）》进行。具体步骤：用电子天平称取水分平衡为13%左右的样品100 g，用实验砻谷机脱壳。根据样品谷粒的厚度，适当调节砻谷机辊轮的间距在0.5～1.0 mm，使样品2次脱壳后，基本脱壳完全。样品经2次脱壳后，使砻谷机空转数圈，清除机内残留的稻谷和米粒。捡出残留谷粒，称量糙米和谷粒重量，精确到0.1 g。计算出糙米率：糙米率（%）=糙米重/（样品谷重-未脱壳谷重）×100。称取70 g糙米样品，用实验型精米机碾磨一定时间，使精米达到国家标准一等水平，用1.5 mm孔径的筛子筛去精米中的胚片和糠屑，待米样冷却至室温后，称量精米样品重量，计算精米率：精米率（%）=精米重/糙米重×糙米率。借助筛子人工筛去精米样品中的碎米，再用手工进一步将残留的碎米拣去，保留所有整精米（长度仍达完整精米粒平均长度4/5的米粒），称量整精米重量，计算整精米率：整精米率（%）=整精米重/糙米重×糙米率。
1.4 QTL分析
RIL群体的分子标记数据由日本九州大学提供，RIL群体构建的连锁图包含375个RFLP标记。用MAPMAKER/EXP 3.0软件以RIL群体的375个标记进行连锁分析，用Kosambi函数将重组值转换成图距单位（cm），构建RFLP分子连锁图谱。RIL群体的375个RFLP标记覆盖水稻基因组2 692.8 cm，标记间平均间距为7.18 cm，标记较均匀地分于12条染色体上，分子连锁图谱符合QTL作图要求。
采用WinQTLCart2.0软件，用复合区间作图分析方法对控制稻米碾磨品质的QTL进行检测。在整个水稻染色体组中每隔2 cm对基因存在的可能性扫描，当LOD>2.0时，假设该点存在一个QTL，其位置在LOD值的峰值对应点。
2 结果与分析
2.1 RIL群体碾磨品质的表现
亲本Asominori的糙米率、精米率和整精米率在贵阳和思南2个试验点均高于亲本IR24（表1），该3项碾磨品质性状在2个试验点的RIL群体中均呈连续的分布，且显示超亲分离，表现出数量遗传特征，适合QTL分析。
2.2 糙米率QTL分析
在贵阳点检测到3个QTL分别位于1、3、4染色体上，LOD值分别为2.9、2.3、2.6，贡献率分别为13.5%、11.4%、12.4%，加性效应分别为-2.55%、-2.23%、-2.28%，遗传正效应均来自IR24；在思南点检测到3个QTL分别位于2、2、4染色体上，LOD值分别为2.4、2.9、2.4，贡献率分别为11.7%、13.3%、11.0%，加性效应分别为-2.99%、3.24%、2.79%，第2染色于C370-C601的QTL遗传正效应均来自IR24，其余2个QTL的遗传正效应均来自Asominori（表2、图1）。
2.3 精米率QTL分析
在贵阳点检测到1个QTL，位于3染色体上，LOD值为2.1，贡献率为9.6%，加性效应为-1.88%，遗传正效应来自IR24；在思南点检测到2个QTL，分别位于1和2染色体上，LOD值分别为2.3和2.7，贡献率分别为9.7%和15.5%，加性效应分别为2.31%、和3.34%，遗传正效应均来自Asominori（表2、图1）。
2.4 整精米率QTL分析
在贵阳点检测到1个QTL，位于7染色体上，LOD值为3.1，贡献率为26.5%，加性效应为7.88%，遗传正效应来自Asominori；在思南点检测到1个QTL，位于3染色体上，LOD值为2.7，贡献率为12.5%，加性效应为3.94%，遗传正效应来自Asominori（表2、图1）。
3 讨论
该研究在2个环境中，共检测到11个与稻米碾磨品质有关的QTL，分布在5条染色体上，但在2个环境中在相同的染色体区段未检测到控制相同性状的QTL，说明稻米碾磨品质是由多个QTL控制的，且易受环境的影响。
该研究第2染色体G1185-C1236区段内存在同时控制糙米率（BR）和精米率（MR）的QTL，李泽福等检测到4个同时影响BR和MR的位点，Tan et al也发现同时控制MR和HR的QTL。因此，除影响单一性状位点控制稻米碾磨品质外，不同碾磨品质性状间可能存在一定的内在联系，受相同代谢网络的调控。
梅捍卫等[5]在第7染色体CDO497-BCD855区间定位到一个控制整精米率的QTL（QHr7），解释表型变异的17.52%，与该研究 中qHR-7有可能为同一QTL。在该研究中qHR-7的表型变异结实率达到了26.5%，有待于进一步做精细定位和克隆。
稻米品质等种子性状受到不同遗传体系的影响，在早期的研究中存在着以二倍体模式还是以三倍体胚乳模式进行遗传分析的问题。由于水稻为自花授粉植物，纯合个体的子代种子的基因型与母株相同，唯一的区别是胚乳中有3个拷贝，而胚和母株中只有2个拷贝，因此对于重组自效系群体而言，用二倍体或三倍体模型进行QTL定位分析，将得到基本一致的定位结果，仅在加性效应估算时可能发生倍数性的高估或低估[5-6]。因此，该研究的结果可以为水稻碾磨品质的改良提供理论指导。
4 参考文献
[1] 陈建国，朱军.籼粳交稻米品质性状的遗传相关分析[J].湖北大学学报：自然科学版，1998，20（3）：288-290.
[2] 倪林娟，全立勇.杂交粳稻米质性状的遗传分析[J].上海农业科学，1996，12（2）：13-17.
[3] 李欣，王安民.粳杂种稻米品质的遗传分析[J].中国水稻科学，1999，13（4）：197-204.
[4] 石春海，杨肖娥.种子、细胞核母体遗传效应对籼型杂交稻稻米营养品质杂交优势的影响[J].杂交水稻，1996（1）：23-27.
[5] 梅捍卫，罗利君.水稻加工品质数量性状的基因座（QTLS）定位研究[J].植物遗传资源科学，2002，29（9）：791-797.
[6] 刘灵燕，龚秋林，彭少凡，等.水稻数量性状点（QTL）分析研究进展[J].河北农业科学，2009（4）：48-50.