水稻硅含量QTL qHUS6.1 的精细定位
摘要:硅是水稻的有益元素之一。 针对位于水稻第6 染色体短臂的谷壳硅含量QTL qHUS6.1，从前期建立的剩余杂合体衍生群体自交后代中，经目标区间的13 个SSR标记检测，挑选出杂合区间彼此交迭的3 个剩余杂合体，构建了3 套近等基因系。在田间种植条件下，测量成熟后水稻谷壳、剑叶和茎秆的硅含量。表型分布和方差分析结果都显示，异质区间为RM19410～RM5815的近等基因系具有显著的基因型效应，而异质区间为RM4923～RM19410 和RM19417～RM204的近等基因系未呈显著变异。经比较，将qHUS6.1 定位在RM19410 和RM19417之间约64.2 kb，含9个候选基因的区域内, 该QTL 作用较强且同时控制水稻谷壳、剑叶和茎秆硅含量，增效等位基因来自父本密阳46，总体上呈加性遗传。本研究qHUS6.1 的克隆奠定了基础，并为QTL精细定位材料的构建和应用提供了新思路。
关键词：水稻，硅含量，QTL，精细定位，剩余杂合体，近等基因系
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自20世纪90年代以来，水稻数量性状座位(quantitativetrait locus，QTL)分析全面展开，并逐步发展到QTL的精细定位和克隆，在抽穗期、产、抗逆和驯化等多种类别的性状上不断取得进展。与主基因克隆常常利用的突变性状不同, 绝大多数水稻QTL 精细定位和克隆研究的性状为自然变异产生。自然变异一般涉及大量QTL, 而效应较小QTL 的精细定位仍富有挑战性。
水稻是典型的喜硅植物, 硅积累有助于缓解水稻的多种生物胁迫和非生物胁迫， 并以提高结实率为主要途径获得增产。不同水稻基因型对硅的吸收、分配和积累存在显著差异，这为研究水稻硅含量遗传机理、培育具有高硅含量的水稻品种提供了基础。近年来, 研究人员已经发现了3个水稻群体的硅含量QTL。Dai等人应用籼籼交组合珍汕97B/密阳46的244个重组自交系(recombinant inbred line,RIL)，在田间种植条件下将控制水稻不同组织硅含量的QTL 定位于染色体1，5，6，11 和12； Wu 等人应用籼粳交组合Kinmaze/DV85 的81 个RIL，在水培条件下将控制水稻苗期硅吸收的QTL 定位于染色体1, 3, 7, 8, 9 和11； Norton 等人应用籼粳交组合Bala/Azucena 的79 个RIL，在田间种植条件下将控制水稻叶片硅含量的QTL 定位于染色体5和10。
在前期研究中，我们针对水稻第6染色体短臂上的谷壳硅含量QTLqHUS6，在初步验证的基础上建立了具有同质遗传背景的分离群体，将qHUS6 分解为3 个QTL, 即qHUS6.1, qHUS6.2a 和qHUS6.2b，其中，qHUS6.1已界定在147.0 kb 的RM510～RM19417区间内，而qHUS6.2a 和qHUS6.2b 仅分别定位于1.9 和2.0 Mb 的RM19706～RM19795和RM314～M19665 区间； 而且，根据基因组物理位置比较，qHUS6.1 和qHUS6.2a 所处区间未见其他水稻硅含量QTL 和硅相关基因的报道。本研究构建了异质区间相互交迭并覆盖了qHUS6.1区域的3套近等基因系材料，将qHUS6.1 进一步界定在64.2 kb 的范围内，并确定其同时控制水稻谷壳、剑叶和茎秆的硅含量。
1 材料与方法
水稻材料  
    前期应用208个多态性水稻SSR 标记，从珍汕97B/密阳46 F7群体中筛选出一个剩余杂合体(residual heterozygous line, RHL)，自交建立了1 个F2:3 群体，开展水稻第6 染色体短臂产量性状和硅含量QTL 的验证与分解^[15,16]。除第6 染色体短臂约7.3 Mb 目标区间和第1, 2, 4, 5 染色体上分别有1 个3.8, 1.1, 2.0, 0.6 Mb 的区间为杂合外，该RHL的其他区间均呈纯合状态^[16]。本研究所用材料来源于该RHL自交3代后的3个不同单株，本文称为TF6-2, TF6-15和TF6-17，它们在qHUS6.2a和qHUS6.2b区间均呈父本纯合型，而在qHUS6.1 及其二侧区域的部分区间呈杂合并相互交迭。经选用覆盖qHUS6.1区域的13个SSR 标记(包括qHUS6.1界定标记RM510和RM19417，区间内标记5个和区间外二侧标记6 个)检测，TF6-2，TF6-15和TF6-17的杂合区间分别为RM4923〜RM19410, RM19410〜RM5815和RM19417〜RM204 (图1)。自交形成3个F2 群体，再经上述13个标记检测， 分别挑选在分离区间未发生交换的非重组材料，其中，从TF6-2 群体筛选出10个母本型纯合子和10个父本型纯合子，从TF6-15和TF6-17群体中分别筛选出10个母本型纯合子、10个父本型纯合子和20个杂合子。自交后获得3套近等基因系, 分别延续其源单株的名字称为TF6-2,TF6-15 和TF6-17 近等基因系。
DNA提取和分子标记检测
    移栽后7 d，每个单株取3 cm 叶片，按照Zheng 等人^[17]的方法提取DNA。SSR引物信息来自Gramene 网站(www.gramene.org), PCR 扩增参照Chen 等人^[18]的方法, 扩增产物用6%的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离、银染检测。
性状考察和数据分析
    2007 年夏在浙江富阳种植3套近等基因系，每个株系12 个单株，株距和行距20 cm×23 cm，设2 个重复。成熟后每个重复每个株系取中间10 株的主茎, 将茎秆(茎和叶鞘)、剑叶和穗分开后分别混合，烘干，取100 粒饱满的籽粒用砻谷机脱壳获得谷壳。茎秆、剑叶和谷壳样品磨粉后60℃烘干至恒重，采用钼蓝比色法测定各样品的硅含量^[19]，所得结果为SiO2 的含量(%)。每样品测2次，取平均值，运用SAS软件的一般线性模型(ProcGLM)^[14,20]对每套近等基因系中不同基因型的表型差异进行方差分析。
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