水稻特大粒种质BG1和优质恢复系华占的粒形基因研究及相关功能标记开发

龚柯 薛炮 温小霞 廖飞飞 孙滨 彭泽群 程式华 曹立勇 张迎信 吴玮勋 孙廉平,* 占小登,*

水稻特大粒种质BG1和优质恢复系华占的粒形基因研究及相关功能标记开发

龚柯1薛炮1温小霞1廖飞飞1孙滨2彭泽群1程式华1曹立勇1张迎信1吴玮勋1孙廉平1,*占小登1,*

（1中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室/浙江省超级稻研究重点实验室，杭州 311401；2上海市农业科学院 作物育种栽培研究所，上海 201403;*通信联系人, E-mail: sunlianping@caas.cn, zhanxiaodeng@caas.cn）

【】特异种质资源的发掘与利用是水稻优质高产育种的重要手段之一。明确特大籽粒种质BG1（Big Grain 1）和育种上广泛配组的优质恢复系华占携带的部分粒形基因等位变异类型，并开发相应基因的功能标记，有助于加快粒形基因的育种应用，提高水稻粒形精准改良的效率。对BG1和华占中的9个主效粒形基因（、、、、、、、、）的目的片段进行测序分析。并根据、、、、和的测序结果，开发了鉴定其基因分型的功能标记。与日本晴相比，特大粒种质BG1在检测的9个主效粒形基因中有5个表现为功能缺失型（、、、、），1个稀有等位变异（）和1个外显子可变剪切型（）；与日本晴相比，华占在检测的9个主效粒形基因中有3个（、、）存在差异。根据测序结果开发了、、、、、、和的功能标记，并利用15个水稻种质进行检测，检测结果中除了的标记TGW6-Del 仅可用于鉴定是否含有功能缺失型的等位变异外，另外7个标记均为可准确鉴定基因型。与日本晴相比，特大粒种质BG1中调控粒长的基因、、、、和之间可能存在复杂的互作调控通路，而不是简单的效应累加，粒宽特征可能是、的累加效应。优质恢复系华占的细长粒形可能是、和的互作效应所致。本研究中开发的功能标记可以用于水稻分子标记辅助育种。

粒形; 粒长; 粒宽; 粒重; 功能标记

水稻是世界上最重要的谷类作物之一，也是世界上约一半人口的主要粮食来源。水稻产量的稳步提高对于我国乃至全球的粮食生产具有重要意义。水稻产量主要由三个因素决定：单株穗数、每穗粒数和粒重[1]。其中，粒形是影响水稻粒重的最重要因素之一，同时也影响着稻米品质。粒形有关的三个主要性状分别为粒长、粒宽和千粒重。这三个性状均受多基因共同调控，且具有典型的数量性状遗传特点。

目前关于水稻粒形基因的调控研究大多从单个基因出发，很少涉及到多个粒形基因的互作。调控粒形的主效基因中，基因编码一个由232个氨基酸组成的跨膜蛋白，该蛋白含有OSR结构域、一个跨膜区、TNFR/NGFR家族中富含半胱氨酸的同源区域和一个VWFC模块，这四个结构域均有调节籽粒大小的功能，在其外显子序列的第165位碱基发生C→A的替换，导致本该编码半胱氨酸的密码子（TGC）变成了一个终止密码子（TGA），使OSR结构域功能缺失导致籽粒变长；TNFR/NGFR和VWFC 结构域可以抑制OSR的功能，这两个功能域功能缺失使籽粒变短；同时也是调控粒宽和粒厚的微效QTL[2-6]。/ qGL3编码一个包含两个Kelch功能域的蛋白磷酸酶PPKL家族的丝氨酸/苏氨酸磷酸酶，可直接将细胞周期蛋白T1:3去磷酸化，同时也可以调控OsGSK3的磷酸化和稳定性来抑制油菜素内酯（Brassinolide, BR）信号转导，进而调控粒长[7-8]；发生在其外显子序列第1092处的单碱基替换（C→G），导致编码的天冬氨酸的密码子（GAC）变成了GAG（谷氨酸），使编码蛋白的第二个Kelch功能域上保守的AVLDT区域发生变化，导致籽粒变长[9-10]。转录因子qLGY3作为G蛋白二聚体下游的关键效应子，包含8个外显子和7个内含子，其最后一个外显子的5′端与内含子交界处发生插入/缺失突变，产生可变剪接蛋白OsMADS1lgy3，使得籽粒变细长，并可显著改善稻米品质；Gγ亚基蛋白GS3和DEP1可与LGY3的MADS角蛋白样结构域直接互作，辅助增强OsMADS1的转录活性，并协同激活其共同的靶基因，调控籽粒形状和大小[11-12]。编码一个RING型蛋白，该蛋白具有E3泛素连接酶活性，在泛素蛋白酶体通路降解蛋白中发挥功能，负调控籽粒的粒宽和粒重，在其外显子第316位处发生单碱基（A）缺失，产生的移码突变使其转录提前终止，功能缺失型的表现为籽粒的颖壳变大、灌浆速率加快、粒宽和粒重增加、产量提高等优势性状[13,14]。钙调素结合蛋白GW5GSE5可作为BR信号通路中的一种新型正调因子，与糖原合酶激酶GSK2互作并抑制其激酶活性，通过调节BR响应基因的表达和生长响应进而对粒宽和粒重进行调控[14]；还可与OsCaM1-1互作，其编码序列上游5 kb左右区域发生的大片段（950 bp和1212 bp）缺失可导致水稻颖壳细胞数目增多、籽粒变宽[15]。编码一个包含SBP结构域的蛋白转录因子，可促进细胞分裂和籽粒灌浆，正调控粒宽和粒重，该基因的5′ UTR区域中发生了10 bp的缺失，使其功能缺失从而导致籽粒变细长[16]。稻米粒长基因编码一个转录激活因子，参与细胞分裂调控，在其第2外显子的3′端发生7 kb插入使其功能缺失，从而导致籽粒变细长，而过表达会产生圆形籽粒；的功能独立于其他已鉴定的粒形基因，导入的育种材料，在稻米的粒形和外观上有显著变化，在育种上具有较高的应用价值[17]。/编码一个SHAGGY类激酶基因，可使生长素转录抑制因子磷酸化，-的结合可负调控生长素信号，使水稻籽粒的粒长和粒重下降，在该基因第3个外显子的3′端与内含子交接处发生的单碱基替换（G→A）导致该内含子变成编码序列，该内含子中存在的终止密码子（TGA）使其转录提前终止，产生功能缺失型，从而使籽粒的粒长和粒重显著增加[18-20]；编码一个具有IAA-葡萄糖水解酶活性的基因，功能缺失型tgw6通过控制IAA供应，来影响细胞生长，进而限制了细胞数目，最终调控籽粒长度和粒重，该基因编码序列第313位处发生的单碱基（G）缺失，产生的移码突变导致其转录提前终止，产生功能缺失型，从而导致籽粒的粒长和粒重显著增加[21]。

已有多项研究表明，粒形基因之间存在着明显的互作效应。GS3主要控制水稻粒重和粒长，同时也控制水稻粒宽和籽粒充实度，该基因可与多个粒形基因之间发生互作其中可与发生直接互作，共同调控水稻的籽粒大小和形状[11]。与在遗传上具有上位性效应，二者的功能缺失组合能显著增加水稻的粒长[19]。和的互作可以得到高品质水稻，研究人员成功选育出优质品种华标1号[15]。与的-组合可以显著增加籽粒的粒长，具有累加效应[22]。作为调控水稻粒宽的基因，可以直接与的启动子结合，并抑制其表达，这二者之间的互作可以获得高产和高品质的水稻[23]。

特大籽粒水稻种质BG1为本研究室在田间发现的一个籼稻品系，后经人工选育保存至今；华占是中国水稻研究所选育的优质恢复系。本研究以BG1和华占作为试验材料，以日本晴的基因组及CDS序列作为对照，对9个重要粒形基因进行了检测、分析与鉴定，获得这些基因在日本晴、BG1和华占中的基因分型；在此基础上，对其中的5个主效粒形基因的功能位点开发相应的功能标记，并用15个品种进行标记鉴定。利用BG1与华占粒形差异的遗传背景，为今后完善粒形基因之间的互作调控网络研究提供参考，同时为下一步聚合BG1和华占中的优势粒形基因并应用于水稻育种提供科学依据和功能标记。

1 材料与方法

1.1 试验材料

特大粒形籼稻品种BG1、优质籼稻恢复系华占、对照品种日本晴及12个用于鉴定分子标记准确性的15个种质（9311、中恢8015、中恢8015、长粒粳、IR56、中花11、02428、南京11、玉针香、IR24、IR26、IR64）均由中国水稻研究所超级稻育种课题组提供。日本晴参考序列来自Rice Genome Annotation Project数据库（http://rice.plantbiology. m-su.edu/index.shtml）。

1.2 粒形相关性状考查

在水稻植株成熟后收取上述15个种质植株主穗上的谷粒，37℃下烘干48 h。随机挑选成熟饱满的谷粒10颗，使用扫描仪（中晶ScanMaker i800 Plus, MRS-9600TFU2L）分析粒长和粒宽（精度均为0.01 mm）；以“谷粒长/谷粒宽”计算平均值作为谷粒长宽比。挑选2000粒饱满谷粒，称取质量，除以2换算成千粒重，重复3次，取平均值作为粒重[24]。

1.3 DNA和RNA提取

1.3.1 DNA提取

在苗期取植株幼嫩叶片进行基因组DNA的提取，提取方法为改良的CTAB方法[25]。

1.3.2 RNA提取

在抽穗期，选取BG1和华占的幼穗，使用天根生化科技有限公司的植物总RNA提取试剂盒（RNAprep pure Plant Kit）进行RNA的提取。

1.4 RNA反转录cDNA

使用东洋纺（TOYOBO）公司的First Strand cDNA Synthesis Kit（Rever Tra Ace -α-）试剂盒对提取的植物材料总RNA进行反转录得到水稻总cDNA。

1.5 测序引物设计

利用NCBI的Primar Design在线设计功能(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/ index. cgi?LINK_LOC=BlastHome），根据已报道的粒形调控基因的功能变异位点，对基因组序列和cDNA序列进行扩增引物设计（表1），对扩增之后的测序结果使用SnapGene 3.2.1软件进行序列比对分析。基因因其启动子区存在大片段缺失，故通过设计插入/缺失（Insert/Delete）引物进行目的片段的扩增、测序与鉴定，2%的琼脂糖凝胶电泳进行检测。

1.6 标记引物设计与检测

利用dCAPS Finder 2.0在线设计工具[26]（http://helix.wustl.edu/dcaps/dcaps.html）对、、、和的SNP位点进行引物设计，然后根据提供的正反向引物序列来设计相应的互补引物（表1）。使用对应的限制性内切酶对dCAPS引物扩增后的产物进行酶切后，再利用8%的聚丙烯酰胺凝胶电泳进行检测、观察并拍照。

基于在5′UTR区域存在10 bp的缺失，故为其设计一对InDel引物进行检测鉴定（表1）。

表1 本研究所用的测序引物

表2 日本晴、BG1和华占的粒形性状

2 结果与分析

2.1 日本晴、BG1和华占的粒形考查

如图1和表2所示，与短圆粒日本晴相比，特大粒种质BG1的籽粒形状表现为宽长粒；优质恢复系华占的籽粒形状表现为细长粒。

2.2 粒长调控基因GS3、qGL3和qLGY3的检测

利用设计的三对引物（表1）-seq和-seq对BG1和华占的两个粒长基因和的功能位点进行扩增，并对扩增产物进行测序分析。基因的检测结果（图2-A）表明，BG1和华占在cDNA序列的第165位点（第2个外显子）处存在1个SNP，原本编码半胱氨酸的密码子UGC变成了一个终止密码子UGA，导致转录过程提前终止，属于功能缺失型，与文献报道一致[2-6]；在基因中（图2-B），与日本晴相比，BG1 cDNA序列1092位点发生C→A的点突变，致使其氨基酸序列第364位天冬氨酸突变为谷氨酸，与已报道稀有等位突变氨基酸改变方式相同[9]，华占在该位点未发生突变。利用设计的引物-cds-1和-YZ分别对BG1和华占的cDNA序列和基因组序列进行扩增和测序，测序结果（图2-C～D）表明，特大粒种质BG1中的基因第8外显子的5＇端发生了一段插入/缺失突变（插入ATGATATATACT，缺失TCCTTGGT GAAGGTA），造成的移码突变导致转录提前终止，属于基因的外显子可变剪切型，该剪切方式与武运粳7-一致[11]，正调控籽粒的粒长和改善稻米品质，而华占在该位点与日本晴参考序列一致，为型。

图1 日本晴、BG1和华占的粒形比较

Fig. 1. Grain shape of Nipponbare, Huazhan and BG1.

2.3 粒宽基因GW2、GW8、GW5及GS9的检测

利用引物-cds-1（表1）对BG1和华占的基因进行扩增，并对扩增产物进行测序分析。如图3-A所示，与日本晴相比，特大种质BG1的CDS序列的第316位碱基发生了一个A碱基缺失，导致其翻译过程发生移码并提前终止，这与报道的功能缺失型一致[13]，华占在此位点与日本晴相同，为型。通过设计的扩增引物-indel-3（表1）对日本晴、华占和BG1的基因上游5 kp左右的区域进行扩增，经2%的琼脂糖电泳进行观察并测序，发现BG1与日本晴的扩增产物片段长度相同（图3-B），属于1212 bp缺失型，华占为无缺失型，BG1与已有的参考文献报道的在日本晴中存在1212 bp缺失一致[14]。针对基因的启动子区变异，设计引物-indel-2（表1）对其启动子区的10 bp功能缺失位点进行扩增并测序。与日本晴相比（图3-C），BG1和华占在启动子区均发现10 bp的插入，且插入的序列相同，与引起水稻粒形改变的启动子区突变方式一致，均为的功能缺失型[16]。通过-seq（表1）引物对BG1和华占的基因进行扩增并测序，发现包括日本晴在内的上述几个种质均不存在第2外显子和第2内含子之间的7 kb插入，但在第1外显子处的3 bp插入/缺失处，BG1与日本晴一致，为碱基缺失型，其他几处的SNP差异也与日本晴完全一致；而华占则为插入型，SNP位点也与报道的完全一致，但该等位变异对粒形无显著影响[17]。

A−GS3的测序结果；B−qGL3的测序结果；C−qLGY3的测序结果；D−BG1中qLGY3的外显子结构。Nip-seq−日本晴的基因组序列；Nip-cds−日本晴的CDS序列；BG1-seq−BG1的基因组序列；BG1-cds−BG1的CDS序列；HZ-seq−华占的基因组序列；HZ-cds−华占的CDS序列。Nip−日本晴；BG1−大粒1；HZ−华占。

Fig. 2. Detection results of genes for grain length.

A−GW2的测序结果；B−GW5琼脂糖凝胶电泳检测结果；C−GW8的测序结果；D−GS9的测序结果；Nip-seq−日本晴的基因组序列；Nip-cds−日本晴的CDS序列; BG1-seq−BG1的基因组序列；BG1-cds−BG1的CDS序列；HZ-seq−华占的基因组序列；HZ-cds−华占的CDS序列；Nip−日本晴；HZ−华占；BG1−大粒1。

Fig. 3. Detection results of genes for grain width.

2.4 千粒重调控基因TGW3与TGW6的检测

利用引物-cds-1（表1）分别对BG1和华占中的CDS序列进行扩增并测序，发现在BG1中（图4-A～B），基因在第3外显子的3＇端与内含子交接处发生了一个单碱基替换（G→A），其后的内含子区变为外显子，该内含子区域（1642−1722 bp）包含一个TGA终止子，致使翻译过程提前终止，与文献报道的功能缺失型一致[18-20]。华占的CDS中存在多个SNP位点，但均为无义突变，属于型。利用引物-cds-1对BG1和华占的进行CDS检测，结果表明（图4-C）BG1在第313位点发生一个G碱基的缺失，造成的移码突变致使翻译过程提前终止，与文献报道一致[21]。

A−TGW3的CDS测序结果；B−TGW3的外显子结构图；C−TGW6的CDS测序结果；Nip-seq−日本晴的基因组序列；Nip-cds−日本晴的CDS序列；BG1-cds−BG1的CDS序列；HZ-cds−华占的CDS序列；Nip−日本晴；BG1−大粒1。

Fig. 4. Detection results of genes for 1000-grain weight.

2.5 粒形相关基因的基因型

根据以上9个重要粒形基因的测序分析结果，对日本晴、BG1和华占进行比对（表3）。与日本晴相比，9个主效粒形基因（、、、、、、、、）在特大粒种质BG1中，除了和的基因型外均存在差异；优质恢复系华占中，仅、和的基因型存在差异。

2.6 GW2、GS3、qGL3、TGW3和TGW6的分子标记开发

根据上述序列分析结果，分别设计[27]、、、、和的dCAPS标记引物；针对的启动子区存在10 bp的缺失，开发相应的分子标记-InDel，用PAGE凝胶电泳检测；上游存在1212 bp的大片段缺失，故为其设计分子标记-InDel3，并用2%的琼脂糖凝胶进行电泳鉴定（表4）。其中，-SNP引物扩增后的酶切产物表现为225 bp和203 bp两种带型，后者为功能缺失型；-SNP引物扩增后的酶切产物表现为212 bp、192 bp和170 bp三种带型，具有212 bp和192 bp两种带型的为稀有等位变异型；-InDel引物扩增后的酶切产物表现为133 bp和99 bp两种带型，后者为功能缺失型；-SNP引物扩增后的酶切产物表现为207 bp和185 bp两种带型，前者为功能缺失型；-InDel引物扩增后的酶切产物表现为221 bp和196 bp两种带型，同时具有两种带型的是含有功能缺失型等位基因座；-InDel引物扩增后的酶切产物表现为162 bp、85 bp和77 bp，可变剪切型不会被Ⅰ内切酶切开，只产生162bp带型，而非可变剪切型的则会被酶切并产生85 bp和77 bp两种带型；-InDel引物扩增后的产物会产生89 bp和79 bp两种带型，其中89 bp的为启动子插入型，79 bp的为启动子缺失型；-InDel3引物会产生938 bp和2150 bp两种条带，938 bp的条带为1212 bp缺失型，2150 bp的带型为1212 bp插入型，出现两种带型则为杂合型/。利用上述8个标记对本研究所用的15个种质（日本晴、9311、中恢9308、中恢8015、长粒粳、BG1、IR56、华占、中花11、02428、南京11、玉针香、IR24、IR26和IR64）进行检测，以鉴定功能标记的准确性（图5）。

表3 日本晴、BG1与华占粒形相关的基因型

- —与表头所示的基因型一致。

- , Consistent with the genotype shown in the header.

表4 主效粒形基因的功能标记信息

下划线碱基为dCAPs标记的引入酶切位点。

The undelined base is the introduced restriction site for dCAPs marker.

表5 15个水稻种质的粒型考查与基因分型

TGW—千粒重；GL/GW—长宽比；GL—粒长；GW—粒宽。

TGW, 1000-grain weight; GL/GW, Ratio of grain length to grain width; GL, Grain length; GW, Grain width.

1～15分别为日本晴、9311、中恢9308、中恢8015、长粒粳、BG1、IR56、华占、中花11、02428、南京11、玉针香、IR24、IR26、IR64。

Fig. 5. Typing of eight grain shape genes detected by dCAPS functional marker.

3 讨论

水稻育种的内涵是利用或创造优良的等位基因和对现有优良基因的优化组合进行遗传改良[28]。新粒形基因的挖掘和探索可为水稻育种奠定遗传基础，对应功能标记的开发已成为加快育种进度、有目的地培育优异水稻品系的一种高效手段。裔传灯等[29]利用水稻粒形基因的功能标记，鉴定江苏省近年来审定的65份粳稻品种，发现有两种是单倍型，另外63个品种都为单倍型。刘李鑫哲等[30]通过设计的和功能标记，对58份水稻新品系和品种进行鉴定，发现随着和基因片段的缺失，籽粒呈现出粒宽增大的趋势，并验证了可通过聚合粒宽基因数目和调控粒宽基因组合方式来实现粒形的定向改良。陈深广等[31]通过和基因双功能标记成功鉴定并获得大量株系内性状基本稳定、纯合程度较高、株形好、品质优、保持能力强的高世代保持系，显著提高育种进度并降低育种成本。李扬等[32]通过设计的功能标记SF28进行回交导入结合农艺性状选择，从BC2F2代分离群体中直接筛选出粒长表型且农艺性状表现优良的单株。本研究根据8个主效粒形基因（、、、、、）的测序结果，设计了相应的功能标记，利用15个水稻种质进行标记鉴定，结合粒形考查，除了外，均可准确筛选出对应的基因型，其中由于存在大片段的缺失，使用2%的琼脂糖检测，发现条带并不保持在统一水平线上，测序结果表明这些条带的长度并无序列长短的差异，因此琼脂糖检测结果的差异可能是由于琼脂糖胶的密度不均匀导致的；同时，分子标记的检测结果表明在上述的15个亲本中并非是以纯合形式存在的，其中9311、长粒粳、IR56、玉针香、IR24、IR26和IR64属于杂合型，这几个种质的长宽比均大于3.5，属于典型的细长粒，同时这几个种质均含有导致细长粒型的，这些种质的细长粒表型可能是和/的累加导致的，具体的互作机理仍有待进一步研究。利用的dCAPs标记对15个种质进行检测后，发现BG1、中恢8015和南京11三个种质表现出杂合带型，但BG1的测序结果表明BG1的基因为纯合型，这可能是由于本实验所设计的dCAPs标记特异性有待进一步优化。

本研究根据对特大粒种质BG1和恢复系华占的9个主效粒形基因进行检测，结合已有的相关文献，对上述粒形基因在三个种质中进行了基因分型汇总（表 3）。与日本晴相比，特大籽粒BG1中6个基因（、、、、、、）存在差异，BG1在粒长、粒宽及千粒重均显著大于日本晴，这些基因中、、、和均可正调控粒长，并且与、与和与的三个基因组合可以显著增加粒长。高秀英等[22]发现与的组合在9311近等基因系NIL-/品种的平均粒长达到12.2 mm，与对照9311比增加了3.7 mm。刘倩等[11]发现与的组合在RD-23--和PA64S/9311--株系中，粒长和千粒重均比对照组RD23--和PA64S/9311--株系显著增加，其中RD23--比RD23--的粒长增幅超过2 mm，还可以显著改善米质。夏朵等[20]通过构建珍汕97与南洋占（NYZ）的重组自交系（RIL），发现基因分型为-的株系籽粒长度和千粒重显著大于-型，平均粒长相差大于2 mm，并通过互补实验，证明与之间存在上位互作效应。与组合也可以显著改善粒形，王少奎等[16]通过构建153个以细长的Basmati385为供体亲本，短圆粒HJX74为轮回亲本的单段替换系（SSSLs），在HJX74近等基因系（NIL）中，-型株系的粒形与-型存在显著性差异，前者粒长、粒宽和千粒重均显著大于后者。Ishimaru等[21]通过构建Kasalath与日本晴的近等基因系，发现来自Kasalath的对粒长和千粒重有正调控作用，对粒宽和稻米品质无显著影响。宋俊贤等[13]发现的功能缺失型可以显著增加粒宽和千粒重，同时粒长略有增加。BG1虽然聚集了多个正调控粒长的基因（、、、、），但实际粒长为12.18 mm，表明在BG1的背景下，这些基因之间对粒长的效应可能并不是简单的累加，而是存在复杂的互作关系，这其中的分子机制，仍有待进一步研究；在粒宽方面，和正调控粒宽，实际粒宽到了4.27 mm，这可能是和的累加效应导致的。与日本晴相比，优质恢复系华占的粒形更细长，结合基因分型差异（、、），其粒形特征可能是这三个基因的互作效应导致的，但其遗传机理仍有待进一步探索。结合粒形性状考查，发现聚合了多个优势粒形基因的特大种质BG1虽然粒长、粒宽及千粒重均显著大于日本晴，但是粒长却并未达到预期值，且结实率极低、稻米品质较差，仅可作为个别粒形基因的供体亲本，用于水稻品系的定向筛选与遗传改良；而仅聚合了三个优势粒形基因（、、）的华占，其结实率和稻米品质均较优，更符合当前市场需求。这可能与其遗传背景和其他结实率或米质等性状的相关基因分布之间存在关系，该相关性状尚有待进一步研究。

4 结论

本研究通过对特异种质BG1和优质恢复系华占的9个主效粒形调控基因进行检测和基因分型，并在测序的基础上开发了8个基因的功能标记，除仅能鉴定出目标品种是否含有功能缺失型基因座外，其余7个标记均可在15个种质中准确鉴定出对应基因座的基因型。这8个主效粒型基因的功能标记的开发，可为分子标记辅助选择育种提供高效手段。同时发现聚合了多个优势基因的BG1在粒长、粒宽和千粒重上均显著大于日本晴和华占，但由于结实率低和较差的稻米品质，在育种工作中仅可作为一些粒形优势基因的供体亲本；而华占跟日本晴相比，前者虽然聚合了、和三个优势基因，在粒宽和千粒重不如日本晴，但具有更好的外观品质和稻米品质，从而具有更大的市场。综上所述，实现水稻新品种选育的优质高产目标，并非多个优势基因的简单聚合，更应该是多种性状的综合考查和优势基因的合理搭配。

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Distribution of Grain Shape Related Genes in Rice Big Grain Germplasm BG1 and Elite Restorer Line Huazhan and Development of Relevant Functional Markers

GONG Ke1, XUE Pao1, WEN Xiaoxia1, LIAO Feifei1, SUN Bin2, PENG Zequn1, CHENG Shihua1, CAO Liyong1, ZHANG Yingxin1, WU Weixun1, SUN Lianping1,*, ZHAN Xiaodeng1,*

(1China National Rice Research Institute/ State Key Laboratory of Rice Biology/ Key Laboratory for Zhejiang Super Rice Research, Hangzhou 311401, China;2Crop Breeding and Cultivation Research Institute, Shanghai 201403, China;*Corresponding author, E-mail: sunlianping@caas.cn, zhanxiaodeng@caas.cn)

【】The exploration and utilization of specific germplasm resources are one of the important means of rice breeding with high quality and high yield. Identifying the allelic variation types of some grain shape genes carried by Big Grain 1 (BG1) and Huazhan, a high quality restorer line widely used in rice breeding, and developing functional markers of corresponding genes are helpful to speed up the application of grain shape genes in rice breeding and improve the efficiency of accurate improvement of grain shape in rice.【】The target fragments of nine major grain shape genes (,,,,,,,,) in BG1 and Huazhan were sequenced and analyzed. According to the sequencing results of,,,,,,and, a functional marker for genotyping was developed.【】Compared with Nipponbare, 5 of the 9 major grain shape genes detected in BG1 showed functional deletion (,,,,), 1 rare allele variation () and 1 exon variable shear (); Compared with Nipponbare, Huazhan had differences in 3 of the 9 major grain shape genes (,and). According to the sequencing results, the functional markers of,,,,,,andwere developed and 15 rice germplasm were used for detection. In the detection results, in addition to the marker-del of, which can only be used to identify whether there is allelic variationof functional deletion type, the other 7 markers can accurately identify genotype. There was sequence variation ofamong the tested materials, which did not affect the change of grain shape. According to the above sequencing results, the functional markers of,,,,,,andwere developed and detected by 15 rice germplasms. Except for the marker-Del for, which can only be used to identify the allelic variant, a functional deletion type, the other seven markers can be genotyped accurately.【】Compared with Nipponbare, the genes,,,,andthat regulate grain length in extra-large grain germplasm BG1 may have complex interaction pathways rather than simple effect accumulation, and the grain width may be the cumulative effect ofand. The slender grain shape of high quality restorer line Huazhan may be caused by the interaction effect of,and. The functional markers developed can be used in rice molecular marker-assisted breeding.

grain shape; grain length; grain width; grain weight; functional marker

10.16819/j.1001-7216.2021.201211

2020-12-15；

2021-02-09。

国家重点研发计划资助项目（2018YFD0100806）；浙江省基础公益研究计划资助项目（LY18C130008; LY21C130003）；国家自然科学基金资助项目（31961143016; 31801440）；中国农业科学院科技创新工程资助项目（CAAS-ASTIP-2013-CNRRI）。