水稻耐淹性状QTL分析

王 倩，吴 娴，刘玉薇，吴朝昕，李祖军，龚记熠，朱速松*

(1.贵州师范大学生命科学学院，贵州贵阳 550001；2.贵州省农业科学院水稻研宄所，贵州贵阳 550006；3.贵州大学农学院，贵州贵阳 550025)

水稻是唯一能在无氧环境下萌发的谷类作物[1]，在水淹环境下杂草能够得到一定程度的控制。当水稻种子遭受水淹时，氧气浓度过低，种子在进行有氧呼吸时直接受制，造成出苗率下降[2]。已有研究表明，水稻种子在水淹环境中萌发时，其胚芽鞘的长度与耐淹成苗率呈极显著正相关关系[3-5]。因此，水稻在受到水淹的恶劣环境下萌发时，挑选出苗能力强的耐淹性水稻品种对水稻的安全生产具有重要意义。

在水稻水淹试验中，不同品种、环境和处理方法下的胚芽鞘长度存在不同程度的变异[6]，属于多基因控制的数量性状[7]。学者们选取不同群体进行耐淹性状QTL研究，定位到的位点存在一定差别，如侯名语等[4]利用Kinmaze/DV85 RIL群体分别在第1、2、5、7号染色体上检测到耐淹性QTLs,贡献率在10.5%～19.6%。Jiang等[8]利用籼稻与粳稻杂交F2群体定位到2个相关QTL，分布在第5、11号染色体上，贡献率分别为15.51%和10.99%。王洋等[9]利用粳粳交RIL群体定位到2个相关QTLs，又利用籼粳交BIL群体定位到6个相关QTLs。Angaji等[10-11]以IR64为轮回亲本构建2个不同的BIL群体,用区间作图(IM)和复合区间作图(CIM)2种方法进行比较，在其中一个BIL群体中的9号染色体上定位到一个位点qAG-9-2, 该位点贡献率为20.59%。与此同时，与耐淹性状有关的基因也被成功克隆，如位于第2染色体上的OsABA8ox1基因[12]，位于第3染色体上的OsETOL1基因[13]和OsMPK3基因[14]，以及第9染色体上的Sub1A基因[15]。笔者以贵9B和热研2号为亲本构建的籼粳交遗传背景RIL，以胚芽鞘长度为表型数据，对控制水稻耐淹性状进行QTL定位分析，筛选和创制耐淹种质，旨在为主效基因的克隆和育种应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料选取粳稻品种热研2号作母本，籼稻品种贵9B作父本，杂交后获得F1，自交后采用单粒传法在贵阳、海南两地连续重组自交，稳定后得到100个重组自交系群体家系。

1.2 田间种植将100个重组自交系群体家系及2个亲本于2020年5月播种于贵州省农业科学院水稻研究所试验田中。每个家系种植4行,每行10株，规划密度为宽行35 cm,窄行25 cm，株距为20 cm，所有材料管理方式均为常规田间管理。

1.3 水淹条件下种子萌发将构建的RILs群体以及对应亲本成熟后的种子分别于9月和10月以行中单株收取。种子晒干后脱粒,置于鼓风干燥箱中38 ℃处理2 d，-20 ℃贮存备用。从每个株系中挑选出20粒饱满、干燥、无病种子，用6% NaClO 浸泡种子15 min，再用纯净水冲洗3～4次，使NaClO无残留。使用纯净水淹没种子，使其浸泡24 h后换1次水，再继续浸泡24 h。待种子打破休眠后，将其放入光照培养箱中催芽，温度设定为37 ℃，时间为48 h。挑选出发芽情况相同的种子各12粒，分别置于6支相同规格的试管中，每支试管底部装入4粒种子，加入20 mL去离子水，用试管塞密封试管口，放置在27 ℃适温黑暗条件下的人工气候箱中培养7 d,并设置3次重复。品种比较分析和QTL检测的表型值为3次重复计算出的胚芽鞘长度平均值。

1.4 数据分析试验种子出箱后,使用毫米刻度尺测定每一株系每一株幼苗萌发的胚芽鞘长度，利用 Microsoft Excel 2010进行数据整理和直方图的绘制。

1.5 叶片DNA提取和遗传图谱的构建从田间收取成熟的叶片组织后，使用CTAB法提取DNA。用覆盖水稻全基因组的SSR标记共661对，在亲本贵9B和热研2号之间进行多态性筛选，最终筛选出161对SSR引物以及3对InDel引物多态性良好且在基因组上分布均匀的分子标记，筛选出的引物用来分析RIL群体基因型。图谱构建采用ICI Mapping 4.2软件，将软件中的“sdl”作图模块中的“SAM ”分析方法作为偏分离检测，其中LOD值设置为2.5，用以分析作图所用标记的偏分离情况，在图谱中只检测到1个占总标记数0.6%显著偏分离标记，说明该图谱适用于QTLs检测。

1.6 QTL分析QTL分析采用ICI Mapping 4.2软件中的完备区间作图法(ICIM),扫描步长(walk speed)为1.0 cM，逐步回归标记进入概率PIN为 0.001，LOD阈值确定为2.5。RILs群体中加性效应值为正，说明增效等位基因来源于亲本热研2号；加性效应值为负，说明增效等位基因来源于亲本贵9B。

2 结果与分析

2.1 双亲和 RILs 群体在淹水条件下胚芽鞘表型数据2个亲本以及100个重组自交系群体家系在淹水条件下黑暗生长7 d后进行表型测定，其中亲本贵9B在淹水环境下生长7 d后胚芽鞘长度为1.427 cm，亲本热研2号胚芽鞘长为1.999 cm。该RILs 群体在淹水条件下生长7 d后，其胚芽鞘长变幅为0.793～2.801 cm，峰度0.163，偏度0.521。胚芽鞘长度数据接近正态分布(图1)，耐淹性状表现出受多基因控制的数量性状特征。

图1 贵9B/热研2号RILs耐淹条件下生长7 d后的胚芽鞘长度分布

2.2 RILs耐淹性状QTL分析利用ICI Mapping 4.2软件中的完备区间作图法(ICIM)模块对贵 9B和热研2号的RILs群体进行耐淹性状QTL分析，在第6和第9染色体上检测到2个控制耐淹性状的QTL位点，分别将其命名为qGS-6-1和qGS-9-1，对应位置和遗传效应见表1。qGS-6-1位于第6染色体标记 RM345 与RM461遗传距离10.14 cM之间，LOD值为2.89，贡献率12.03%，加性效应为负，等位基因来源于亲本贵9B；qGS-9-1位于第9染色体标记RM257与RM566遗传距离13.15 cM之间，LOD值为2.51，贡献率10.52%，加性效应为正，等位基因来源于亲本热研2号(表1、图2)。

注：a.RILs耐淹性状QTL定位在第6染色体上的分布;b.RILs耐淹性状QTL定位在第9染色体上的分布

表1 水稻耐淹性状QTL定位

3 讨论

由于种植地区的环境差异，当种子播种在遭受气候及水灾等恶劣环境影响时，急剧减少的氧气浓度导致水稻的出苗率严重下降，使直播稻的生展受到限制[16]。据相关研究报道,种子的耐淹性状在不同品种之间存在着差异[17-19]，直播稻生产中提高种子出苗率的关键是选择耐淹能力强的品种，Sub1A基因是一个通过QTL定位克隆得到的控制水稻耐淹性状的QTL基因，因此,筛选耐淹性强的种质资源,挖掘新的耐淹性状基因,并解释其耐淹机制是克服直播出苗率低的有效途径。

该研究利用贵9B/热研2号构建重组自交系群体，并对水稻耐淹性状进行QTL定位分析，共检测到2个耐淹性状相关QTL，分别定位在第6和第9染色体上，贡献率分别为12.03%和10.52%。qGS-6-1的标记区间在RM345～RM461，在GRAMENE网站(https://archive.gramene.org/)进行比对分析发现，与饶玉春等[20]在第6染色体上定位到的耐淹QTL(RM528～SBE1)有重叠部分，说明该区间可能存在一个稳定控制水稻耐淹性状的位点。由于Sub1基因是一个已知的耐淹基因，同时也分布在第9染色上[15]，将qGS-9-1(RM257～RM566)与Sub1(RZ698～C1232)的物理位置比较后发现，Sub1与该研究的qGS-9-1位点不同，物理距离相差较远，推测qGS-9-1所在区间内有一个潜在的耐淹性状相关QTL位点。同时，将qGS-9-1与孙广志等[21]在第9条染色体处检测到的耐淹QTLqGS9比较后发现，qGS-9-1位点与qGS9位点相近，说明该位点在不同环境及群体中的表达较稳定。根据该研究检测到的2个耐淹性QTL，可为下一步通过分子标记辅助选择方法选育耐淹性状优良的品种创造条件，也为水稻耐淹新品种的培育提供了重要的亲本资源、基因资源以及标记资源，同时也对优良耐淹品种的选育提供了理论依据。

4 结论

该研究利用贵9B/热研2号构建RILs，对该群体的耐淹性状进行QTL定位，最终在第6和第9染色体上定位到2个控制耐淹性状的QTL，分别是qGS-6-1和qGS-9-1，贡献率分别为12.03%和10.52%。与前人的研究比较发现，已有研究中的部分位点与该研究中的位点有重叠或相近部分，说明该研究结果能够稳定表达。综上所述，该研究中定位的QTL位点可为分子辅助育种奠定基础，筛选出耐淹性状的材料和克隆出耐淹新基因是水稻直播提高育种效率的关键。