利用RIL群体对精米氨基酸含量的QTL定位

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　　摘要：通过一个重组自交系及已构建好的遗传图谱，研究稻米氨基酸含量的ＱＴＬ定位。结果表明，通过Ｗｉｎｑｔｌｃａｒｔ软件发现多个控制不同氨基酸合成的区段，其中位于第一染色体的ＲＭ２５９～ＲＭ５８０片段影响了多种氨基酸的含量。通过氨基酸含量相关ＱＴＬ定位的研究，为将来的分子标记辅助选择改良稻米营养品质打下了基础。
　　关键词：水稻；重组自交系（RIL）；氨基酸；赖氨酸；数量性状基因座（QTL）；营养品质
　　中图分类号：Ｓ７８６文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）16－3408-04
　　
　　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＱＴＬ ｆｏｒ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｍｉｌｌｅｄ Ｒｉｃｅ ｂｙ ＲＩＬ
　　
　　ＺＨＯＵ Ｘｕ－ｓｈｅｎｇ，ＨＥ Ｙｕ－ｑｉｎｇ
　　（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： The ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ（ＱＴＬ） analysis for ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ content in Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ． was carried out according to the ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ（ＲＩＬ） and its genetic map. The results showed that several sections for controling different ａｍｉｎｏ ａｃｉｄs’ sythesis were found by software of Winqtlcart. The ＱＴＬ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｏｆ ＲＭ２５９～ＲＭ５８０ ｏｎ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ １ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ some contents of ａｍｉｎｏ ａｃｉｄs． As a result， rｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ on ＱＴＬ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ provided ａ ｐａｔｈｗａｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｔｒａｉｔ ｏｆ ｒｉｃｅ ｂｙ marker-assisted selection （ＭＡＳ）．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．； ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ（ＲＩＬ）； ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ；lｙｓ； ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ（ＱＴＬ）； ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｔｒａｉｔ
　　
　　水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）是我国主要粮食作物之一，随着人民生活水平的提高，人们对稻米的营养功能越来越重视。人体主要通过食物摄取所需的氨基酸，尤其Ｌｙｓ在谷物中含量较低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，因此被称为第一限制性氨基酸，也是衡量稻米营养品质的重要指标［１，２］。但是由于营养性状的复杂性，容易受到环境的影响以及测定方法的复杂性，对于稻米氨基酸含量的改良一直比较困难。随着分子标记及遗传图谱的研究深入［３，４］，复杂性状的遗传研究成为可能［５，６］。同时由于ＱＴＬ定位的准确性很高，因此一些科学家建议将初步定位的ＱＴＬ直接用于育种，大幅降低育种成本［７，８］。利用中国香稻以及川香２９Ｂ为亲本构建重组自交系群体，研究控制精米氨基酸含量的ＱＴＬ，为稻米氨基酸含量的遗传研究打下基础，也为将来的分子标记辅助选择改良稻米营养品质提供理论依据。
　　１材料与方法
　　１．１试验材料及田间管理
　　研究所利用的群体是由水稻亲本材料川香２９Ｂ（ＣＸ２９６）和中国香稻（ＺＸ）杂交后利用单粒传培育的２３５个Ｆ９、Ｆ１０重组自交系。亲本之一川香２９Ｂ是由四川省农业科学院培育而成的优良保持系，其不育系川香２９Ａ具有香味，开花习性好和异交结实率高等特点。中国香稻是中国水稻研究所培育而成的香稻优质晚籼品种。
　　水稻亲本材料川香２９Ｂ和中国香稻及其杂交后利用单粒传培育的２３５个Ｆ９、Ｆ１０重组自交系分别于２００８年、２００９年种植于华中农业大学试验农场，每个株系种植１行，每行１０株，株行距为１６．５ ｃｍ×２６．４ ｃｍ。
　　１．２性状的考察
　　１．２．１米粉的制备稻米经自然干燥后室温保存３个月，于４ ℃冰箱中保存。取２５ ｇ左右的稻谷脱壳，碾出精米（国产ＪＭＪ－１００型精米机），再打成精米粉（Ｕｄｙ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ，ＵＳＡ），将米粉过１００目筛，装入封口塑料袋中，置于－２０ ℃冰箱中保存。
　　１．２．２精米氨基酸的测定样品须保证均匀，过６０～８０目筛。根据样品粗蛋白质含量，确定大体称样量，称取５０～１００ ｍｇ左右样品于水解管中，加入６～８ ｍＬ的６ ｍｏｌ／Ｌ盐酸。液氮冷却，充入氮气，封口。１１０ ℃烘箱处理２２ ｈ。消化后的样品过滤后，去离子水定容至５０ ｍＬ。取２００ μＬ样品，真空干燥后加入２００ μＬ ０．０２ ｍｏｌ／Ｌ的盐酸，振荡均匀。离心后吸１５０ μＬ上清液于内插管内，以氨基酸测定仪（Ｌ－８８００ ＨＩＴＡＣＨＩ）检测。
　　１．３连锁图谱和ＱＴＬ的定位
　　利用Ｍａｐｍａｋｅｒ／ＥＸＰ ３．０软件构建了一张包含１４４个ＳＳＲ标记的分子标记遗传连锁图谱［９－１２］。以构建好的分子标记遗传连锁图谱为基础，利用Ｗｉｎ ＱＴＬ Ｃａｒｔ软件对１７种氨基酸性状进行ＱＴＬ定位。采用ＬＯＤ值２．０作为阈值来判断ＱＴＬ存在与否，若标记区间ＬＯＤ≥２．０则认为该区间存在１个控制该性状的ＱＴＬ，同时计算每个ＱＴＬ对各性状的表型贡献率和加性效应。
　　２结果与分析
　　２．１亲本各氨基酸含量测定结果及描述性统计分析
　　ｔ测验表明，两个亲本精米的各氨基酸含量存在极显著差异。群体中精米的各氨基酸和蛋白质含量均表现正态分布和双向超亲分离，属于多基因控制（表１）。
　　２．２稻米氨基酸含量的ＱＴＬ定位
　　２００８年共检测到３２个控制氨基酸含量的位点，分别位于第１、３、４、９、１１、１２染色体上，其中第１、３、１１染色上ＱＴＬ较多，分别为６、８、８个，表型贡献率为３．６４％～１２．２５％（表２及图１），其中位于第１１染色体上的ＲＭ２６１１５～ＲＭ２６３５０片段控制了Ｈｉｓ、Ｔｈｒ、Ｇｌｙ、Ｌｅｕ、Ａｒｇ的含量，加性效应分别为１．４９、２．０６、１．９４、３．５９、４．６７，表型贡献率分别为１２．２５％、９．３２％、６．６０％、５．２９％、６．９６％，加性效应均为正值，表示此区段是来自中国香稻的等位基因；位于第１染色体ＲＭ２４３～ＲＭ７０７５片段控制了Ｃｙｓ、Ｇｌｕ、Ｔｈｒ、Ａｓｐ、Ｉｌｅ的含量，加性效应分别为－２．６８、－７．６９、－１．３９、
　　－３．４６、－１．５７，表型贡献率分别为１０．５２％、４．２９％、３．９８％、３．９４％、４．３０％，加性效应均为负值，表明此区段是来自川香２９Ｂ的等位基因；位于第３染色体的ＲＭ２３１～ＲＭ５７４８片段控制了Ｔｙｒ、Ｌｅｕ、Ｐｈｅ、Ａｒｇ、Ｇｌｙ、Ａｓｐ、 Ｌｙｓ的含量， 加性效应分别为３．５２， ４．３９， ２．６４，
　　４．０７，１．６３，３．３７，１．２６，表型贡献率分别为８．８０％，７．８５％，４．９５％，４．３８％，４．３１％，４．１８％，加性效应均为正值，表明此区段是来自中国香稻的等位基因。
　　２００９年共检测到２1个控制氨基酸含量的位点，分别位于第１、2、４、６、８染色体上，数目分别为８、５、３、４、１（表２及图１），其中位于第８染色体的ＲＭ２１０～ＲＭ２５６片段控制Ａｌａ含量的ＱＴＬ效应较大，加性效应为１０．３１，表型贡献率为１１．０９％；位于第１染色体ＲＭ２５９～ＲＭ５８０片段控制了Ａｓｐ、Ｓｅｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ｃｙｓ、Ｖａｌ的含量，加性效应分别为１１．６0、１７．２0、６．５５、１１．８0、１１．５６、８．２９，表型贡献率分别为4．34％、５．０８％、４．９１％、４．８９％、４．２９％、４．０９％，加性效应均为正值，表明此区段来自中国香稻等位基因；位于第６染色体的ＲＭ４３９～ＲＭ５７５３片段控制了Ｐｈｅ、Ｈｉｓ、Ｔｒｙ、Ｌｙｓ的含量，且效应较大，加性效应分别为－８．３１，－３．０３，－０．７２，－４．９６，表型贡献率分别为７．３４％、７．０９％、６．８５％、６．６７％，加性效应均为负值，表明此区段来自川香２９Ｂ等位基因。
　　通过对两年数据分析发现，控制氨基酸含量的数量性状位点呈现簇生趋势，位于ＲＭ２５９～ＲＭ７０７５区段的等位基因控制多个氨基酸的含量，２００８年数据显示此区段为川香２９Ｂ控制，而２００９年数据表示此区段为中国香稻控制，表明此区段对于多个氨基酸的含量控制起到重要作用。２００８年控制Ｌｙｓ的区段有位于第３染色体的ＲＭ７５７６～ＲＭ５７４８及第１２染色体的ＲＭ１７～ＲＭ２８８０６，加性效应分别为１．２６和－１．４0，总共解释了９．５３％的遗传变异；２００９年控制Ｌｙｓ的区段是位于第６染色体的ＲＭ４３９～Ｍ５７５３片段，加性效应为－４．９６，解释了６．６７％的遗传变异。
　　３讨论
　　通过重组自交系研究控制精米氨基酸含量的ＱＴＬ发现，控制氨基酸含量的数量性状位点效应一般较小（≤１２．２５％），且表现出簇生趋势，具有一因多效的特性，即一个位点控制多个氨基酸的含量。迄今为止，关于稻米氨基酸含量的ＱＴＬ研究报道很少，钟明［１３］对于珍汕９７Ｂ×德陇２０８重组自交系的研究发现，位于第１染色体的ＲＭ４９３～ＲＭ５６２片段与第７染色体的ＭＲＧ１８６～ＭＲＧ４４９９片段几乎影响了全部氨基酸的含量，其中第１染色体的ＲＭ２４３～ＲＭ５７７片段与ＲＭ５７７～ＲＭ３１２的片段分别控制了Ｖａｌ／Ｉｌｅ／Ａｒｇ／Ａｓｐ／Ｔｈｒ／Ｇｌｕ／Ａｌａ／Ｌｅｕ／Ｐｈｅ／Ｐｒｏ的含量，与该研究的第１染色体的区段较为一致；Ａｌｕｋｏ等［１４］的研究表明，该区段对于精米蛋白质的合成有着重要的作用，而位于第９染色体的ＲＭ３２８～ＲＭ１０７的片段控制了赖氨酸的含量，表明了遗传背景对于氨基酸含量有着一定的影响。通过定位控制氨基酸含量的ＱＴＬ，可以为将来通过分子标记辅助选择提高稻米营养品质打下基础。
　　
　　参考文献：
　　［１］ ＪＵＬＩＡＮＯ Ｂ Ｏ． Ｒｉｃｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］． ２ｎｄ ｅｄ． Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒｅａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，１９８５．
　　［２］ 林榕辉，罗玉坤．中国栽培稻种质资源主要品质性状的测定分析［Ａ］．应存山．中国稻种质资源［Ｃ］．北京：中国农业出版社，１９９３． ８３－９３．
　　［３］ ＬＡＮＤＥＲ Ｅ Ｓ，ＢＯＴＳＴＥＩＮ Ｄ． Ｍａｐｐｉｎｇ mｅｎｄｅｌｉａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔｓ ｕｓｉｎｇ ＲＦＬＰ ｌｉｎｋａｇｅ ｍａｐｓ［Ｊ］． Ｇｅｎｅｔｉｃｓ， １９８９，１２１：１８５－２００．
　　［４］ ＭＣＣＯＵＣＨ Ｓ Ｒ， ＫＯＣＨＥＲＴ Ｇ， ＹＵ Ｚ Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｒｉｃｅ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ［Ｊ］． Ｔｈｅｏｒ Ａｐｐｌ Ｇｅｎｅｔ，１９８８，７６：８１５－８２９．
　　［５］ ＣＡＵＳＳＥ Ｍ Ａ，ＦＵＬＴＯＮ Ｔ Ｍ，ＣＨＯ Ｙ Ｇ，ｅｔ ａｌ． Ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｇｅｎｏｍｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ｉｎｔｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃ ｂａｃｋｃｒｏｓｓ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，１９９４，１３８：１２５１－１２７４．
　　［６］ ＨＡＲＵＳＨＩＭＡ Ｙ，ＹＡＮＯ Ｍ，ＳＨＯＭＵＲＡ Ａ，ｅｔ ａｌ． Ａ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｉｃｅ ｇｅｎｅｔｉｃｌｉｎｋａｇｅ ｍａｐ ｗｉｔｈ ２２７５ ｍａｒｋｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｉｎｇｌｅ Ｆ２ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，１９９８，１４８：４７９－４９４．
　　［７］ 方宣钧，吴为人，唐纪良．作物ＤＮＡ标记辅助育种［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．５２－５６．
　　［８］ ＳＡＬＶＩ Ｓ，ＴＵＢＥＲＯＳＡ Ｒ． Ｔｏ ｃｌｏｎｅ ｏｒ ｎｏｔ ｔｏ ｃｌｏｎｅ ｐｌａｎｔ ＱＴＬｓ： ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］． Ｔｒｅｎｄｓ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉ，２００５，１０（６）：２９７－３０４．
　　［９］ 晁园． 利用重组自交系群体定位水稻品质相关性状ＱＴＬ［Ｄ］．武汉：华中农业大学，２００９．
　　［１０］ ＬＩＮＣＯＬＮ Ｓ，ＤＡＬＹ Ｍ， ＬＡＮＤＥＲ Ｅ． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｇｅｎｅｔｉｃｓ ｍａｐｓ ｗｉｔｈ ＭＡＰＭＡＫＥＲ／ＥＸＰ ３．０［R］． Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ：Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，１９９２．
　　［１１］ ＫＡＯ Ｃ Ｈ，ＺＥＮＧ Ｚ Ｂ，ＴＥＡＳＤＡＬＥ Ｒ Ｄ． Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｍａｐｐｉｎｇ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ［Ｊ］． Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，１９９９，１５２：１２０３－１２１６．
　　［１２］ ＺＥＮＧ Ｚ Ｂ． Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔ ｌｏｃｉ［Ｊ］． Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，１９９４，１３６：１４５７－１４６８．
　　［１３］ 钟明． 水稻精米蛋白质和氨基酸含量ＱＴＬ定位及遗传基础研究［Ｄ］． 武汉：华中农业大学，２００７．
　　［１４］ ＡＬＵＫＯ Ｇ，ＭＡＲＴＩＮＥＺ Ｃ，ＴＯＨＭＥ Ｊ，ｅｔ ａｌ． ＱＴＬ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｒａｉｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｒｏｓｓ Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ × Ｏ． ｇｌａｂｅｒｒｉｍａ［Ｊ］． Ｔｈｅｏｒ Ａｐｐｌ Ｇｅｎｅｔ，２００４，１０９：６３０－６３９．

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