鄭加興，張?jiān)滦?，覃寶祥，邱永福，蒙姣榮，劉芳，馬增鳳，劉馳，李容柏，陳保善

(1廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530005;2廣西大學(xué)，亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530005; 3廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，廣西南寧 530007;4廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530005)

普通野生稻苗期耐冷性QTLs的互作和聚合效應(yīng)分析

鄭加興1，2，3，張?jiān)滦?，4，覃寶祥1，2，邱永福1，2，蒙姣榮2，4，劉芳1，2，馬增鳳3，劉馳3，李容柏1，2，陳保善2，4

(1廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530005;2廣西大學(xué)，亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530005; 3廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，廣西南寧 530007;4廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530005)

【目的】普通野生稻Oryza rufipogonGriff.蘊(yùn)含豐富的遺傳多樣性，對其進(jìn)行耐冷性數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTLs)的挖掘和效應(yīng)分析，可為水稻耐冷性分子育種提供寶貴的基因資源和理論支持.【方法】以秈稻品種9311為受體親本、普通野生稻品系DP15和DP30為供體親本，構(gòu)建染色體片段代換系，鑒定了18個(gè)水稻苗期耐冷QTLs，將其中分別包含4個(gè)耐冷QTL且遺傳背景一致的4個(gè)代換系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL分別兩兩雜交得到2個(gè)聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL和(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL，對聚合系中各耐冷QTL的互作效應(yīng)及聚合效應(yīng)進(jìn)行研究.【結(jié)果和結(jié)論】4個(gè)耐冷QTL對水稻耐冷性有加性效應(yīng);互作分析顯示各耐冷QTL間在聚合系中均存在正向互作.聚合效應(yīng)在qSCT-4與qSCT-8間表現(xiàn)為QTL間明顯的累加效應(yīng)，而qSCT-1與qSCT-12間聚合的累加效應(yīng)不明顯，表現(xiàn)為qSCT-12對qSCT-1有上位作用.

普通野生稻;耐冷性;數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTLs);染色體片段代換系;聚合效應(yīng)

水稻的低溫冷害在世界上許多國家均有發(fā)生，是全球性自然災(zāi)害.在水稻廣泛種植的溫帶以及熱帶亞熱帶地區(qū)，冷害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了水稻生產(chǎn)的穩(wěn)定與發(fā)展，對世界糧食供給的安全與協(xié)調(diào)也產(chǎn)生了不小的影響.我國所有稻區(qū)均有冷害發(fā)生，每2～3年就發(fā)生一次較大冷害，每逢災(zāi)害年稻谷損失達(dá)50億～100億kg［1］.在中國南方雙季稻區(qū)早稻播種后，幼苗生長期常遇上寒潮天氣，導(dǎo)致秧苗黃葉卷葉、生長遲鈍、植株矮小，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致植株死苗，冷害不僅嚴(yán)重影響早稻的產(chǎn)量，而且還會(huì)延長早稻生育期而影響晚稻的生產(chǎn)計(jì)劃，使得晚稻產(chǎn)量降低和稻米品質(zhì)變差［2］.為此，研究水稻耐冷性的遺傳基礎(chǔ)和遺傳規(guī)律，對于提高水稻的耐冷能力、提高水稻產(chǎn)量等具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.

隨著分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對水稻耐冷性遺傳分析和分子定位的研究已相繼報(bào)道［3-18］.但是由于不同研究者所用的遺傳群體、分子標(biāo)記和試驗(yàn)環(huán)境等方面的不同，研究結(jié)果差異較大，主要表現(xiàn)在不同群體、相同群體不同環(huán)境或不同鑒定方法所定位的耐冷QTL數(shù)目、染色體區(qū)域和效應(yīng)大小有較大差異，導(dǎo)致這些QTLs難以被育種家利用.育種家最關(guān)心的是這些QTL的真實(shí)性、效應(yīng)大小、不同QTL之間的互作關(guān)系以及它們潛在的育種價(jià)值.用分子標(biāo)記輔助QTL聚合程序能夠?qū)⒏信d趣的QTL合并到一個(gè)群體中分析QTLs之間的作用方式及各自的效應(yīng)大小，能夠?qū)⒍鄠€(gè)有利的QTLs快速精確地聚合到一個(gè)個(gè)體中供育種利用［19-22］，從而有效提高育種效率和精度.

早期的聚合育種一般利用攜帶優(yōu)良目的基因的材料進(jìn)行雜交，其遺傳背景復(fù)雜，雖然分子標(biāo)記輔助選擇可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)基因的聚合，但非目的基因仍會(huì)出現(xiàn)大量分離，因此要獲得多基因聚合系仍需經(jīng)過常規(guī)的育種程序［23］.染色體片段代換系(Chromosome segment substitution line，CSSL)是基因組內(nèi)部只有一個(gè)純合染色體片段來自供體親本、其他部分與受體親本相同的品系［24］.利用染色體片段代換系進(jìn)行QTLs聚合研究，由于它消除了置換片段外其他基因區(qū)域的干擾，大大提高了對目標(biāo)QTLs選擇的精確性和效率.

鄭加興等［25］以廣西普通野生稻核心種質(zhì)材料DP15和DP30為供體親本、低溫敏感的秈稻品種9311為受體親本，通過連續(xù)回交和SSR分子標(biāo)記輔助選擇，建立了2套普通野生稻染色體片段代換系，利用這2套普通野生稻染色體片段代換系鑒定了18個(gè)耐冷QTLs.本研究用分子標(biāo)記輔助選擇，選取4個(gè)遺傳背景回復(fù)到輪回親本9311背景較多的耐冷QTL-CSSLs分別進(jìn)行雜交，獲得了2個(gè)QTLs聚合系，分析了聚合系中耐冷QTLs間的作用方式及聚合效應(yīng).

1 材料與方法

1.1 材料

受體親本為對低溫敏感的秈稻品種9311，供體親本為廣西普通野生稻耐冷品系DP15和DP30.通過與輪回親本連續(xù)回交結(jié)合SSR分子標(biāo)記輔助選擇至BC4F2世代，構(gòu)建了一套由230個(gè)株系組成的、含導(dǎo)入片段相互重疊、最大程度覆蓋野生稻基因組的普通野生稻染色體片段代換系.用這套染色體片段代換系BC4F2代的230個(gè)株系進(jìn)行苗期耐冷性篩選鑒定，獲得4個(gè)耐冷性較強(qiáng)的株系DC866、DC1006、DC1046及DC1081［25］.用這4個(gè)耐冷株系建立作圖群體，經(jīng)連鎖分析鑒定了qSCT-1、qSCT-4、qSCT-8和qSCT-12共4個(gè)耐冷QTLs，與其相連鎖的最近分子標(biāo)記分別是位于第1染色體的RM466、第4染色體的RM317、第8染色體的RM6208和第12染色體的RM5746，遺傳距離分別為3.8、2.0、4.2和1.1 cM (圖1).利用這些連鎖標(biāo)記通過分子標(biāo)記輔助選擇，在BC4F2分離群體中含有目標(biāo)耐冷QTL的單株繼續(xù)與輪回親本9311回交并自交，產(chǎn)生BC5F2群體，在BC5F2群體中選擇目標(biāo)耐冷QTL位點(diǎn)純合的單株自交，獲得目標(biāo)耐冷QTL位點(diǎn)純合的BC5F3株系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL.另外，在BC5F2代利用分子標(biāo)記輔助選擇具有目標(biāo)耐冷QTL的純合單株進(jìn)行2個(gè)QTLs間的雜交聚合，聚合后的F2世代再通過分子標(biāo)記檢測選擇2個(gè)目標(biāo)QTLs位點(diǎn)均純合的單株自交構(gòu)建純合QTL-CSSL聚合系.

圖1 4個(gè)苗期耐冷性QTLs的分子圖譜Fig.1 Linkage maps of four cold tolerant QTLs at the seedling stage

1.2 苗期耐冷性鑒定方法

種子在清水中泡種48 h后在人工氣候箱催芽至根長2 cm，播種于44 cm×34 cm的托盤中.托盤中的泥土取自稻田，充分混合使土質(zhì)均一，每托盤均勻地播12行，每行30株，中間2行設(shè)置為對照，對照品種分別為冷敏感的秈稻受體親本9311和耐冷粳稻品種藤坂5號.幼苗在溫室培育至“3葉”或“3葉1心”期轉(zhuǎn)移至人工氣候箱中冷處理，設(shè)置條件為溫度10℃、濕度70%，光照12 000 lx，白天/黑夜各12 h，連續(xù)處理5 d后，轉(zhuǎn)移至26℃氣候箱恢復(fù)7 d.統(tǒng)計(jì)活苗數(shù)和死亡苗數(shù)并計(jì)算活苗率，活苗率=活苗數(shù)/總苗數(shù)×100%.重復(fù)3次.

水稻苗期耐冷級別鑒定參考國際水稻所的分級方法［26］略有改動(dòng).1級：所有葉片青綠或接近青綠;2級：第1葉枯黃，其余葉片青綠;3級：第1葉枯黃，第2葉1/2葉片枯黃，第3和第4葉片青綠;4級：第1葉和第2葉片枯黃，第3和第4葉片青綠;5級：第1葉、第2葉和第3葉1/4葉片枯黃，第4葉片青綠;6級：第1葉、第2葉和第3葉1/2葉片枯黃，第4葉青綠;7級：第1、第2葉和第3葉1/2葉片枯黃，或第1、第3葉和第2葉1/2葉片枯黃，第4葉1/4葉片枯黃;8級：第1、第2、第3和第4葉1/4葉片枯黃;9級：苗全部死亡.1～6級的為耐冷材料;7～9級的為冷敏感材料.

1.3 SSR標(biāo)記引物

參照McCouch等［27］2002年公布的2 240對新增SSR標(biāo)記，從中選取覆蓋水稻全基因組的715個(gè)SSR標(biāo)記，合成相應(yīng)引物(引物序列見http：∥www.gramene.org)，對2個(gè)親本進(jìn)行多態(tài)性分析.根據(jù)親本間多態(tài)性分析結(jié)果選取多態(tài)性好、在水稻遺傳圖譜上均勻分布的232個(gè)標(biāo)記作為構(gòu)建染色體單片段代換系(CSSL)的全基因組檢測標(biāo)記，標(biāo)記間的平均遺傳距離是9.83 cM.

1.4 DNA提取、PCR反應(yīng)及電泳分析

每個(gè)單株樣本取約5 mg葉片放入2.0 mL離心管中用萊馳MM400(Retsch，Germany)組織研磨儀磨碎.DNA提取參照《精編分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》中的CTAB制備方法［28］.PCR反應(yīng)體系：0.1 μL 5 U/μLTaqDNA聚合酶，2 μL模板DNA，1 μL 10 μmol/L引物，1 μL 2 mmol/L dNTP，1 μL 10×Buffer(100 μmol/LTris-HCl，500mmol/LKCl，15mmol/L MgCl2，0.1 g/L的明膠，pH8.3)，用ddH2O補(bǔ)足10 μL.PCR擴(kuò)增反應(yīng)條件：先95℃預(yù)變性5 min;然后94℃30 s、55℃30 s、72℃30 s，反應(yīng)30個(gè)循環(huán);最后72℃延伸5 min.PCR擴(kuò)增產(chǎn)物加入6×Loading Buffer后在70 g/L的聚丙烯酰胺凝膠(PAGE)中進(jìn)行電泳，銀染檢測.

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件分析數(shù)據(jù).通過t測驗(yàn)比較染色體片段代換系與輪回親本9311之間耐冷性的差異，統(tǒng)計(jì)測驗(yàn)時(shí)以親本9311的3個(gè)重復(fù)觀察值合并為1個(gè)群體作對照，P≤0.001時(shí)認(rèn)為代換片段上有耐冷QTL存在.參照Eshed和Zamir［29］的分析方法估算各個(gè)QTL的加性效應(yīng)，加性效應(yīng)值= (染色體片段代換系的表型值-親本9311的表型值)/2.QTL的命名遵循McCouch等［30］制定的原則.

對聚合系F2世代2個(gè)QTLs 2種基因型植株的耐冷級別差異顯著性采用雙因素方差分析和Duncan’s多重比較.對聚合系與QTL-CSSLs植株間的耐冷性差異顯著性采用Duncan’s多重比較分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 QTL-CSSLs耐冷性驗(yàn)證

利用已鑒定的qSCT-1、qSCT-4、qSCT-8和qSCT-12這4個(gè)耐冷QTLs通過分子標(biāo)記輔助輪回選擇在BC5F3代獲得4個(gè)耐冷QTL-CSSLs純合家系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL.將這4個(gè)QTL-CSSLs各培養(yǎng)300株幼苗至“3葉”期，以輪回親本9311做對照進(jìn)行苗期耐冷性鑒定.結(jié)果顯示：4個(gè)QTL-CSSLs的活苗率均顯著高于輪回親本9311(P≤0.001)，表明4個(gè)QTL-CSSLs所包含的QTLs對耐冷性有很強(qiáng)加性效應(yīng)(表1).親本9311幾乎所有植株已枯黃，藤坂5號植株仍然保持青綠，4個(gè)QTL-CSSLs植株大部分葉片仍保持青綠(圖2).這些結(jié)果與之前QTLs鑒定的結(jié)果基本一致，稍有不同的是之前鑒定耐冷效應(yīng)并非最大的qSCT-12發(fā)展來的純系qSCT-12-CSSL在4個(gè)QTL-CSSLs中表現(xiàn)出最強(qiáng)的耐冷性，可能與其在回交過程中排除了某些對耐冷性有負(fù)效應(yīng)的背景QTL有關(guān).鑒定結(jié)果再次驗(yàn)證了4個(gè)耐冷QTLs有較強(qiáng)的耐冷效應(yīng)，由其發(fā)展來的4個(gè)QTL-CSSLs是分子標(biāo)記輔助選擇聚合育種良好材料.

2.2 背景分析

選取均勻覆蓋水稻全基因組的144個(gè)SSR標(biāo)記，檢測4個(gè)耐冷QTL-CSSLs的背景(引物序列見http：∥www.gramene.org).從圖3可以看出，4個(gè)耐冷代換系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL基因組在親本9311的背景均超過95%，除目標(biāo)QTL區(qū)段外，其他殘留野生稻片段均少于5%.在qSCT-1-CSSL中的第11染色體有3.6 Mb其他殘留片段，在qSCT-12-CSSL中的第2和第4染色體分別有1.7 Mb和2.6 Mb其他殘留片段，在qSCT-4-CSSL中的第6染色體有2.9 Mb其他殘留片段，在qSCT-8-CSSL中的第7染色體有3.3 Mb其他殘留片段.4個(gè)耐冷QTL-CSSLs經(jīng)冷處理鑒定和分子標(biāo)記檢測殘留片段的基因型，結(jié)合耐冷表型和基因型結(jié)果，用QTL分析軟件Windows QTL Cartographer V2.5對4個(gè)耐冷代換系目標(biāo)片段以外的其他殘留片段進(jìn)行QTL連鎖分析發(fā)現(xiàn)，4個(gè)耐冷代換系的其他殘留片段與耐冷性不相關(guān).這表明，4個(gè)耐冷QTL-CSSLs的殘留片段對耐冷QTL的表達(dá)沒有影響.

表1 4個(gè)QTL-CSSLs上檢測出的耐冷性QTL的耐冷效應(yīng)Tab.1 Additive effects of QTLs for cold tolerance detected using CSSL of rice

2.3 互作分析

根據(jù)4個(gè)耐冷QTLs所在代換片段兩端標(biāo)記的基因型，通過分子標(biāo)記輔助選擇，在代換系BC5F2群體中選擇目標(biāo)代換片段均純合的qSCT-1-CSSL與qSCT-12-CSSL雜交獲得聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL，目標(biāo)代換片段均純合的qSCT-4-CSSL與qSCT-8-CSSL雜交獲得聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL.將2個(gè)聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL和(qSCT-4/ qSCT-8)-CSSL的F2群體分別培養(yǎng)312和306株幼苗，至“3葉”期經(jīng)冷處理鑒定分別獲得126和102株活苗，用水稻苗期耐冷級別鑒定法統(tǒng)計(jì)各存活單株的耐冷級別，利用距離4個(gè)耐冷QTLqSCT-1、qSCT-4、qSCT-8和qSCT-12最近的SSR標(biāo)記RM466、RM317、RM6208和RM5746檢測2個(gè)聚合系各種基因型的單株數(shù)，結(jié)果見表2.結(jié)合2個(gè)聚合系各自F2的基因型及其相應(yīng)平均耐冷級別，用雙因素方差分析(P＜0.05)方法分析qSCT-1與qSCT-12之間的互作(圖4).從圖4a可以看出，在聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL中，當(dāng)qSCT-1是野生稻純合等位基因時(shí)qSCT-12是野生稻純合等位基因和雜合等位基因間均值存在顯著差異;而當(dāng)qSCT-12是野生稻純合等位基因時(shí)，qSCT-1是野生稻純合等位基因與雜合等位基因之間均值沒有顯著差異.同樣用雙因素方差分析(P＜0.05)對qSCT-4與qSCT-8進(jìn)行互作分析，從圖4b可以看出，在聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL中，當(dāng)qSCT-4是野生稻純合等位基因時(shí)，qSCT-8是野生稻純合等位基因與雜合等位基因間均值存在顯著差異;同樣，當(dāng)qSCT-8是野生稻純合等位基因時(shí)，qSCT-4是野生稻純合等位基因與雜合等位基因間均值有顯著差異.

圖2 4個(gè)耐冷QTL-CSSLs和輪回親本9311的耐冷性表型Fig.2 Phenotypes of the parents and four QTL-CSSLs for cold tolerance

圖3 4個(gè)耐冷QTL-CSSLs遺傳背景Fig.3 Graphical genotypes of cold tolerance QTL-CSSLs

表2 聚合系F2群體各種基因型的單株數(shù)Tab.2 The individual plant number of different genotypes in two pyramiding lines

2.4 聚合效應(yīng)分析

將4個(gè)耐冷QTL-CSSLs及其相對應(yīng)的聚合系各培養(yǎng)400株幼苗至“3葉”期，以9311為對照經(jīng)冷處理鑒定，統(tǒng)計(jì)活苗率，結(jié)果見圖5.由圖5可見，2個(gè)聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL和(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL的活苗率分別為60.3%和62.8%，4個(gè)耐冷代換系qSCT-1-CSSL、qSCT-4-CSSL、qSCT-8-CSSL和qSCT-12-CSSL的活苗率分別為57.5%、47.2%、47.1%和61.6%.對各家系的活苗率進(jìn)行方差分析和多重比較的結(jié)果表明，4個(gè)耐冷QTL-CSSLs及2個(gè)聚合系的活苗率均顯著高于受體親本9311，可見4個(gè)耐冷QTLs對提高水稻苗期耐冷性有很大作用.比較4個(gè)耐冷QTL-CSSLs的耐冷性差異，qSCT-1-CSSL與qSCT-12-CSSL間以及qSCT-4-CSSL與qSCT-8-CSSL間均沒有顯著差異，但qSCT-1-CSSL或qSCT-12-CSSL的活苗率顯著高于qSCT-4-CSSL或qSCT-8-CSSL.聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL的活苗率顯著高于qSCT-4-CSSL和qSCT-8-CSSL.聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL與qSCT-1-CSSL及qSCT-12-CSSL的活苗率沒有顯著差異.有意思的是qSCT-4-CSSL與qSCT-8-CSSL聚合而得的(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL活苗率與(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL的活苗率沒有明顯差異.說明耐冷QTLsqSCT-4與qSCT-8的聚合效應(yīng)明顯，表現(xiàn)為QTLs間很強(qiáng)的累加效應(yīng)，顯著提高了其聚合系(qSCT-4/ qSCT-8)-CSSL的耐冷性;而qSCT-1與qSCT-12的聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL耐冷性提高并不明顯.

圖4 聚合系F2群體耐冷QTLs不同基因型的耐冷級別Fig.4 Differences in cold tolerance scores for different genotypes in F2populations derived from crosses between QTL-CSSLs

圖5 耐冷QTL-CSSLs及聚合系的活苗率Fig.5 Survival rates of QTL-CSSLs and pyramiding lines for cold tolerance

3 討論與結(jié)論

傳統(tǒng)的育種方法要將分散于各個(gè)種質(zhì)中的多個(gè)優(yōu)良基因聚合于同一個(gè)體來培育優(yōu)良新品種的過程緩慢、難度較大，而將分子標(biāo)記技術(shù)與常規(guī)育種相結(jié)合進(jìn)行作物多基因(QTL)聚合的育種方法更加快速、高效.隨著作物分子圖譜的密度不斷加大，以及越來越多的目標(biāo)性狀基因(QTL)的定位與克隆，分子標(biāo)記輔助多基因聚合正日益體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢和應(yīng)用前景［22，31-33］.特別是在抗病蟲方面，分子標(biāo)記輔助選擇多基因(QTL)聚合，能同時(shí)有效地將多個(gè)抗性基因(QTL)聚合于同一個(gè)體，能有效提高作物抗性、拓寬抗譜、獲得持久抗性［34-38］.在水稻耐冷QTLs定位方面已有不少研究報(bào)道［3-18］，其中Saito等［10］用耐冷粳稻品種Silewah和冷敏感商業(yè)品種Hokkai241雜交構(gòu)建的近等基因系在第4染色體長臂OSR15-RM317區(qū)域內(nèi)定位并已克隆的一個(gè)抽穗期耐冷QTLCtb1與本研究定位的耐冷QTLqSCT-4處于同一區(qū)間內(nèi).Kuroki等［13］用耐冷品系Hokkai-PL9和冷敏感品系Hokkai287構(gòu)建近等基因系將一個(gè)抽穗期耐冷QTLqCTB8定位在第8染色體短臂RM5647-RM9028區(qū)域內(nèi)，與本研究定位的耐冷QTLqSCT-8所在區(qū)間很接近.Andaya等［12］用耐冷粳稻品種M202與冷敏感秈稻品種IR50雜交構(gòu)建的F5～F10重組自交系在第12染色體BAC克隆OSJNBb0071I17上87 kb區(qū)域內(nèi)定位的一個(gè)苗期耐冷QTLqCTS12與本研究定位的耐冷QTLqSCT-12所在區(qū)間很接近.前人已報(bào)道的耐冷QTLs往往只是對單個(gè)QTL的遺傳效應(yīng)進(jìn)行分析，沒有將多個(gè)耐冷QTLs聚合到一個(gè)重組體中，分析各QTL相互間的作用方式及其聚合效應(yīng).本研究首次將普通野生稻耐冷QTLs聚合到冷敏感秈稻品種9311背景中，分析各QTL相互間的作用方式及其聚合效應(yīng)，為研究QTL間互作機(jī)理及QTL聚合育種打下一定的理論基礎(chǔ).

數(shù)量性狀的復(fù)雜性是基因組內(nèi)多基因相互作用的結(jié)果，要明晰各基因間的相互作用，就要排除背景中控制或影響相同性狀的基因的干擾，在一致的遺傳背景下加以分析，才能更清楚地認(rèn)識各QTL間的作用方式.因此，我們不僅需要了解各個(gè)QTL所能提供的耐冷性效應(yīng)，而且需要對不同QTL之間的互作方式有清晰地認(rèn)識.只有這樣，育種家才能有目的地向需要改良的品種導(dǎo)入目標(biāo)QTL，以提高育種效率.在本研究聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL的F2分離群體中，qSCT-1和qSCT-12是野生稻純合等位基因或是雜合等位基因?qū)μ岣吣屠湫跃幸欢ㄗ饔茫?dāng)2個(gè)QTL都是野生稻純合等位基因比是雜合等位基因其聚合系耐冷性級別要低，即耐冷效應(yīng)更強(qiáng)，表現(xiàn)出一定的正向互作效應(yīng).在聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL的F2分離群體中，當(dāng)qSCT-4和qSCT-8是野生稻純合等位基因或是雜合等位基因均能夠提高聚合系的耐冷性，而當(dāng)2個(gè)QTL都是野生稻純合等位基因其聚合系耐冷性級別顯著低于雜合等位基因，即耐冷效應(yīng)更強(qiáng)，QTL間的互作方式表現(xiàn)為顯著正向互作效應(yīng).

本研究所涉及的2個(gè)聚合系中不同的QTLs兩兩組合的形式其聚合效應(yīng)存在明顯差異.qSCT-4與qSCT-8聚合的效應(yīng)明顯，表現(xiàn)為QTLs間明顯的正向累加效應(yīng)，聚合系(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL的耐冷性顯著提高，推測這2個(gè)耐冷QTLs可能屬于不同作用途徑的2個(gè)基因，且相互間作用方式可能存在正向互補(bǔ)，在育種上可以優(yōu)先考慮把這2個(gè)QTLs聚合到一起產(chǎn)生強(qiáng)耐冷的品系;而qSCT-1與qSCT-12的聚合效應(yīng)并不明顯，其聚合系(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL的耐冷表型接近于qSCT-12-CSSL的表型值，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的累加效應(yīng)，推測這2個(gè)耐冷QTLs可能屬于相同作用途徑的2個(gè)基因，一個(gè)效應(yīng)強(qiáng)的QTL掩蓋了另一個(gè)QTL的效應(yīng)，表明qSCT-12對qSCT-1有上位作用，預(yù)示在育種上不適合將這2個(gè)QTLs單獨(dú)聚合到一起.為了更全面地認(rèn)識耐冷QTLs間的作用方式，我們配制了更多的不同QTLs間聚合以及多個(gè)QTLs聚合在一起的聚合系，為研究耐冷QTLs的作用機(jī)制及耐冷育種打下良好的材料基礎(chǔ).

4個(gè)耐冷QTL在各自的聚合系中相互間有普遍的互作關(guān)系，互作方式表現(xiàn)為正向互作效應(yīng)，能夠有效提高聚合系的耐冷性.2個(gè)聚合系中，qSCT-4與qSCT-8的聚合效應(yīng)明顯，表現(xiàn)為QTLs間明顯的累加效應(yīng);而qSCT-1與qSCT-12聚合后QTLs間的累加效應(yīng)不明顯，qSCT-12對qSCT-1有上位作用.正向累加效應(yīng)的耐冷QTLs間適于優(yōu)先聚合產(chǎn)生強(qiáng)耐冷品系.

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【責(zé)任編輯周志紅】

Pyramiding and interacting effects of QTLs for cold tolerance at the seedling stage in common wild rice，Oryza rufipogon Griff.

ZHENG Jiaxing1，2，3，ZHANG Yuexiong1，4，QIN Baoxiang1，2，QIU Yongfu1，2，MENG Jiaorong2，4，LIU Fang1，2，MA Zengfeng3，LIU Chi3，LI Rongbai1，2，CHEN Baoshan2，4
(1 College of Agriculture，Guangxi University，Nanning 530005，China;2 State Key Laboratory of Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources，Guangxi University，Nanning 530005，China; 3 Institute of Rice Research，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，China; 4 College of Life Science and Technology，Guangxi University，Nanning 530005，China)

【Objective】There is a rich genetic diversity in common wild rice，Oryza rufipogonGriff..Exploitation and effective analysis of cold tolerance quantitative trait loci(QTLs)from the wild rice could provide gene resources and theoretical support for rice cold tolerant molecular breeding.【Method】In our previous study，a total of 18 cold tolerant QTLs distributing throughout all 12 chromosomes of rice genome were discovered using 230 chromosome segment substitution lines(CSSLs)which were developed from two crosses between the cultivar，9311 as recipient parent and two lines of core resources of the common wild rice，DP15 and DP30 as donor parents.In this study，the interacting and pyramiding effects of four cold tolerant QTLsqSCT-1，qSCT-4，qSCT-8 andqSCT-12 which were previously identified in the CSSLs werestudied using two pyramiding lines，(qSCT-1/qSCT-12)-CSSL and(qSCT-4/qSCT-8)-CSSL obtained from two crosses between qSCT-1-CSSL and qSCT-12-CSSL，and qSCT-4-CSSL and qSCT-8-CSSL respectively against a uniform genetic background.【Result and conclusion】The results indicated that four cold-tolerance QTLs with an additive effect could significantly improve the resistance to rice cold stress separately;there might exist positive interaction effect among these cold tolerance QTLs in pyramiding lines.There was a significant addition effect betweenqSCT-4 andqSCT-8，but no significant epistasis effect betweenqSCT-12 andqSCT-1.

Oryza rufipogonGriff.;cold tolerance;quantitative trait loci(QTLs);chromosome segment substitution lines;pyramiding effects

S336

A

1001-411X(2014)01-0029-08

鄭加興，張?jiān)滦郏麑毾?，?普通野生稻苗期耐冷性QTLs的互作和聚合效應(yīng)分析［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1)：29-36.

2013-03-22優(yōu)先出版時(shí)間：2013-11-07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20131107.1609.010.html

鄭加興(1978—)，男，博士研究生，E-mail:jiaxing007@126.com;通信作者:李容柏(1957—)，男，研究員，博士，E-mail:lirongbai@126.com;陳保善(1959—)，男，教授，博士，E-mail:chenyaoj@gxu.edu.cn

國家自然科學(xué)基金(30860142);國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)(2009ZX08009-070B);廣西科學(xué)技術(shù)與開發(fā)項(xiàng)目(桂科攻1123001-3B);廣西大學(xué)科研基金項(xiàng)目(XDZ 11008);廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本業(yè)務(wù)費(fèi)(201005基)