不同环境下水稻株高和穗长的QTL分析

【目的】水稻株高和穗长是影响水稻产量的2个重要因素,选育长穗大粒和株高适中的品种将对水稻的增产有非常重要的意义。通过对株高和穗长进行多环境QTL分析,鉴定稳定表达的株高和穗长的主效QTL,增加对株高和穗长遗传行为的了解,为水稻株型育种提供参考。【方法】首先,以辽宁省超级粳稻品种沈农265和云南省的地方粳稻品种丽江新团黑谷杂交衍生的粳-粳交重组自交系(recombinant inbredlines,RILs)群体为试验材料,采用QTL Ici Mapping v3.0软件基于完备复合区间作图法在多环境条件下(沈阳,2011;海南,2012年;沈阳,2013年)对株高和穗长进行QTL分析;其次,基于上面定位的结果,结合已发表的文献和水稻数据库中的相关数据,对在3种环境条件下检测到的主效QTL进行比较分析,确定其可靠性;最后,采用主效QTL-BSA法(Bulked Segregant Analysis of Major QTL)对3种环境条件下检测到的主效QTL进行分析,进一步缩小目标QTL的区间范围。【结果】在3种环境条件下,沈农265和丽江新团黑谷的株高和穗长均存在显著差异,在RILs群体中,株高和穗长存在较大幅度变异,呈现双向超亲分离,近似于正态分布,这表明株高和穗长均为多基因控制的数量性状。在3种环境下,共检测到9个与株高和穗长相关的QTL,包括5个株高QTL,分布于第6、7、9和12染色体上,LOD介于2.67—19.39,加性效应值在-17.68—2.90,单个QTL贡献率为4.25%—37.35%;4个穗长QTL,分布于第6、7和9染色体上,LOD介于3.57—23.18,加性效应值在-3.22—1.42,单个QTL贡献率为11.30%—61.62%。有5个QTL被单独检测到,仅有4个QTL能在2个或3个环境中被检测到。其中,位于第9染色体上相同区间的q PL9a和q PH9能在3种环境中被检测到,而位于第7染色体上相同区间的q PH7和q PL7b分别能在2种或3种环境中被检测到,增效等位基因均来自丽江新团黑谷。同时,依据已发表的相关文献和Gramene网站对所定位的主效QTL进行整合分析,在第7染色体上的RM10—RM248区域存在一个油菜素内酯的信号转导调控因子基因Os BZR1和8个控制株高或穗长相关的QTL,在第9染色体上的RM566—RM242区域存在多个赤霉素合成或油菜素内酯合成相关基因和9个控制株高或穗长相关的QTL,进一步验证了所检测到的主效QTL的可靠性。利用主效QTL-BSA分析法将第9染色体上控制株高和穗长的QTL-q PHL9(q PL9a和q PH9)定位在RM1189—RM24457,物理距离522.46 kb,而将新发现的第7染色体QTL-q PHL7(q PL7b和q PH7)定位在RM478—RM429,物理距离为856.49 kb。【结论】3种环境中,在沈农265和丽江新团黑谷的RILs群体分别检测到5个控制株高和4个控制穗长的QTL,其中位于第9染色体上的主效QTL-q PHL9同时影响株高和穗长,在3种环境中均能被检测到,位于第7染色体上的主效QTL-q PHL7同时影响株高和穗长,该位点能在2种环境中被检测到,是一个新的多效性QTL位点。