CN104694626A - 一种利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法：将水稻品种Lemont和扬稻4号杂交构建分离群体，对分离群体内的单株利用RM3585、D463、D755等3个分子标记分别检测3个与粒长减少有关的QTL：qGL-3YD、qGL-4LE、qGL-7YD。将RM3585扩增出的扬稻4号带型命名为a，D463扩增出的Lemont带型命名为b，D755扩增出的扬稻4号带型命名为c。根据育种需要选择聚合a、b、c三个分子标记基因型中不同数目的基因型的单株来获得不同粒长的水稻材料。本发明可以不通过表型鉴定而选育不同粒长的中短粒型水稻材料，以提高育种效率。

Description

一种利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法
技术领域
本发明涉及一种利用分子标记辅助选择来选择聚合不同的使水稻粒长减少的数量性状基因座位(QTL)，以选育不同粒长的中短粒型水稻的方法。
背景技术
水稻是我国第一大粮食作物，水稻生产一头关系着国家粮食安全，另一头牵动着百姓的日常生活。改革开放以后，随着水稻产量的稳步提高，水稻生产从单一的追求高产到更加注重水稻的品质。而水稻谷粒长度(简称粒长)是水稻外观品质的一个重要组成部分。我国北方的居民普遍偏好消费短粒型的稻米，而我国南方居民则更偏好于消费长粒型的稻米。水稻的粒长是一个数量性状，由多个数量性状座位(QTL)控制，尽管目前对水稻的科学研究已经利用分子标记定位出大量的与水稻粒长相关的QTL，但是不同的QTL是如何协同调控水稻粒长的，利用哪些分子标记对这些与粒长有关的QTL进行选择以培育不同粒长的水稻品种？这些问题仍然是水稻育种界十分关注和需要尽快解决的问题。在此背景下，本发明提出了一种利用分子标记辅助选择来聚合3个使水稻粒长减少的QTL，以选育中短粒型水稻的方法，本发明比起传统的表型选择方法有更高的选择准确性，并可提高育种效率。
发明内容
本发明采用的是利用分子标记辅助选择来有选择性的聚合多个使水稻粒长减少的QTL，以选育中短粒型水稻的方法。本发明主要解决了(A)聚合哪几个使粒长减少的QTL？(B)采用哪些分子标记进行选择？这两个问题。本发明提供了一种聚合qGL-3YD、qGL-4LE、qGL-7YD等3个使水稻粒长减少的QTL，并利用RM3585、D463、D755等3个分子标记分别对这3个QTL进行选择的方法。本发明有效的利用了qGL-3YD、qGL-4LE、qGL-7YD等3个使粒长减少的QTL的累加效应，并有效的利用了RM3585、D463、D755等3个分子标记对这3个QTL的选择有效性，达到了准确聚合不同的粒长QTL，以选育中短粒型水稻的目的。
本发明包括以下步骤：
(1)将水稻品种Lemont和水稻品种扬稻4号杂交构建分离群体Fn(n≥2)；
(2)用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增步骤(1)获得的分离群体内的单株的叶片DNA；
(3)利用步骤(2)所述的3个分子标记分别检测步骤(1)描述的分离群体，追踪3个与水稻粒长相关的数量性状基因座位(QTL)；其中标记RM3585定位于水稻第3染色体，用于选择位于水稻第3染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-3YD；D463定位于水稻第4染色体，用于选择位于水稻第4染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-4LE；D755定位于水稻第7染色体，用于选择位于水稻第7染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-7YD；将RM3585扩增到的与扬稻4号带型相同的分子标记基因型命名为a，将D463扩增到的与Lemont带型相同的分子标记基因型命名为b，将D755扩增到的与扬稻4号带型相同的分子标记基因型命名为c；
(4)选择步骤(1)描述的分离群体内携带步骤(3)描述的a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株以获得粒长较短的水稻材料；选择步骤(1)描述的分离群体内聚合步骤(3)描述的a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株以获得粒长较携带a、b、c中任意1个基因型的单株更短的水稻材料；选择步骤(1)描述的分离群体内聚合步骤(3)描述的a、b、c全部三个基因型的单株以获得粒长最短的水稻材料；
(5)将聚合步骤(4)描述的携带a、b、c不同数目的基因型的单株自交多代，以获得不同粒长的中短粒型水稻纯合材料。
进一步地，所述步骤(1)中，将Lemont与扬稻4号进行杂交，可选择Lemont作为母本扬稻4号作为父本，也可以选择扬稻4号作为母本Lemont作为父本进行杂交。
进一步地，所述步骤(2)中，用3个分子标记RM3585、D463、D755检测分离群体内的单株的数目应根据实际需要确定；以F2群体为例，要想在步骤(4)筛选获得1株携带a、b、c全部三个基因型的水稻单株，理论上应检测不少于64个单株(计算方法为4×4×4)；例如，要想在步骤(4)筛选获得1株携带a、b、c三个基因型中的2个基因型的水稻单株，理论上应检测不少于16个单株(计算方法为4×4)；当然，这只是理论上的推测，在实际育种过程中，应该根据需要确定检测的单株数目，总的来说，检测的单株数目越多，则获得步骤(4)描述的不同要求的单株的机会才越大。
进一步地，所述步骤(3)中，分子标记基因型a是利用RM3585检测到的扬稻4号的分子标记带型，但a并不是qGL-3YD的基因型，由于RM3585与qGL-3YD基因连锁，可间接通过选择a的基因型来选择qGL-3YD的基因型；同理可根据D463与qGL-4LE基因连锁而通过间接选择b基因型来选择qGL-4LE的基因型；根据D755与qGL-7YD基因连锁而通过间接选择c基因型来选择qGL-7YD的基因型。
进一步地，所述步骤(4)中，携带a、b、c不同数目的基因型的单株的平均粒长按从小到大排序为：聚合a、b、c全部3个＜聚合a、b、c中任意2个＜携带a、b、c中任意1个；需要指出的是，上述排序大小仅适用于种植在同一个环境条件下对同一Fn世代(n为固定数值)内的分离群体进行比较。
进一步地，所述步骤(5)中，自交代数应根据育种实际需要确定。
进一步地，中短粒型水稻定义为不包括芒的未去壳的谷粒长度小于9.6mm左右的水稻。
具体实施方式
实施例1：选择携带a、b、c三个基因型中的任意一个基因型的单株以获得平均粒长小于9.16mm的F2代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F2分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F2分离群体内的191个单株，这个包括191个单株在内的F2群体于2011年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择携带a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株可以在F2代获得粒长小于9.16mm(平均值)的水稻材料(表1)；
表1在F2世代利用3个不同的分子标记进行选择得到的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株自交多代，以获得其他农艺性状稳定的水稻株系。
实施例2：选择聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株以获得平均粒长小于8.94mm的F2代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F2分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F2分离群体内的191个单株，这个包括191个单株在内的F2群体于2011年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株可以获得粒长小于8.94 mm(平均值)的水稻材料(表2)；
表2在F2世代利用3个分子标记选择聚合a、b、c三个基因型之中的任意2个基因型的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株自交多代，以获得其他农艺性状稳定的水稻株系。
实施例3：选择聚合a、b、c全部三个基因型的单株以获得平均粒长为8.68 mm的F2代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F2分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F2分离群体内的191个单株，这个包括191个单株在内的F2群体于2011年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择聚合a、b、c全部三个基因型的单株可以获得平均粒长为8.68mm的水稻材料(表3)；
表3在F2世代利用3个分子标记选择聚合a、b、c全部3个基因型的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株自交多代，以获得其他农艺性状稳定的水稻株系。
实施例4：选择携带a、b、c三个基因型中的任意一个基因型的单株以获得平均粒长小于9.51 mm的F7代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F7分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F7分离群体内的222个单株，这个包括222个单株在内的F7群体于2014年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择携带a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株可以在F7代获得粒长小于9.51 mm(平均值)的水稻材料(表4)；
表4在F7世代利用不同的分子标记选择携带a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株根据需要自交多代，以获得其他农艺性状非常稳定的水稻株系。
实施例5：选择聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株以获得平均粒长小于9.35mm的F7代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F7分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F7分离群体内的222个单株，这个包括222个单株在内的F7群体于2014年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株可以在F7代获得粒长小于9.35mm(平均值)的水稻材料(表5)；
表5在F7世代聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株根据需要自交多代，以获得其他农艺性状非常稳定的水稻株系。
实施例6：选择聚合a、b、c全部3个基因型的单株以获得平均粒长为9.24mm的F7代水稻材料
1.将水稻品种Lemont作母本，与水稻品种扬稻4号作父本进行杂交并构建F7分离群体(水稻品种扬稻4号与水稻品种Lemont由中国水稻研究所国家水稻种质资源中期库提供)。
2.用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增F7分离群体内的222个单株，这个包括222个单株在内的F7群体于2014年5月播种在杭州市富阳市中国水稻研究所试验农场；D463、D755的标记序列见Zeng Y.X.，et al.Development of 1047 insertion-deletionmarkers for rice genetic studies and breeding.Genetics and Molecular Research，2013年，12卷：5226-5235；RM3585的标记序列从http：//www.gramene.org/公共数据库获取。
3.通过RM3585标记追踪a基因型来追踪扬稻4号的qGL-3YD基因(a基因型的分子标记带型为RM3585标记扩增扬稻4号的带型)；通过D463标记追踪b基因型来追踪Lemont的qGL-4LE基因(b基因型的分子标记带型为D463标记扩增Lemont的带型)；通过D755标记追踪c基因型来追踪扬稻4号的qGL-7YD基因(c基因型的分子标记带型为D755标记扩增扬稻4号的带型)。
4.选择聚合a、b、c全部3个基因型的单株可以在F7代获得粒长为9.24 mm(平均值)的水稻材料(见表6)。
表6在F7世代选择聚合a、b、c全部3个基因型的单株的粒长平均数(n表示携带相应基因型的单株数目)
5.将入选的水稻单株根据需要自交多代，以获得其他农艺性状非常稳定的水稻株系。
从以上实例1、实例2、实例3可看出，在播种于2011年5月的同一个F2群体内，聚合a、b、c全部三个基因型的单株的平均粒长〈聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株的平均粒长〈携带a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株的平均粒长。从实例4、实例5、实例6可看出，在播种于2014年5月的同一个F7群体内，聚合a、b、c全部三个基因型的单株的平均粒长〈聚合a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株的平均粒长〈携带a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株的平均粒长。如果将不同的Fn群体(n为变动数值)例如将F2群体与F7群体进行比较，则不是本发明专利的讨论范围。
以上6个实施例子PCR扩增所用到的叶片DNA提取方法采用通用的CTAB方法；PCR扩增程序为94℃5分钟，35个循环的94℃30秒、55℃30秒、72℃1分钟，及最后72℃7分钟；PCR扩增产物采用通用的变性聚丙烯酰胺凝胶电泳法和硝酸银染色法。由于这些方法都是通用的常规实验方法，因此在这里不再赘述。
最后，需要指出的是，本发明不仅仅限于以上的实施例子，本领域技术人员从本发明公开内容直接推导或联想到的所有变通情况，均认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水稻品种Lemont和水稻品种扬稻4号杂交构建分离群体Fn(n≥2)；
(2)用3个分子标记RM3585、D463、D755分别PCR扩增步骤(1)获得的分离群体内的单株的叶片DNA；
(3)利用步骤(2)所述的3个分子标记分别检测步骤(1)描述的分离群体，追踪3个与水稻粒长相关的数量性状基因座位(QTL)；其中标记RM3585定位于水稻第3染色体，用于选择位于水稻第3染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-3YD；D463定位于水稻第4染色体，用于选择位于水稻第4染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-4LE；D755定位于水稻第7染色体，用于选择位于水稻第7染色体的与粒长减少有关的QTL：qGL-7YD；将RM3585扩增到的与扬稻4号带型相同的分子标记基因型命名为a，将D463扩增到的与Lemont带型相同的分子标记基因型命名为b，将D755扩增到的与扬稻4号带型相同的分子标记基因型命名为c；
(4)选择步骤(1)描述的分离群体内携带步骤(3)描述的a、b、c三个基因型中的任意1个基因型的单株以获得粒长较短的水稻材料；选择步骤(1)描述的分离群体内聚合步骤(3)描述的a、b、c三个基因型中的任意2个基因型的单株以获得粒长较携带a、b、c中任意1个基因型的单株更短的水稻材料；选择步骤(1)描述的分离群体内聚合步骤(3)描述的a、b、c全部三个基因型的单株以获得粒长最短的水稻材料；
(5)将聚合步骤(4)描述的携带a、b、c不同数目的基因型的单株自交多代，以获得不同粒长的中短粒型水稻纯合材料。
2.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将Lemont与扬稻4号进行杂交，可选择Lemont作为母本扬稻4号作为父本，也可以选择扬稻4号作为母本Lemont作为父本进行杂交。
3.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用3个分子标记RM3585、D463、D755检测分离群体内的单株的数目应根据实际需要确定；以F2群体为例，要想在步骤(4)筛选获得1株携带a、b、c全部三个基因型的水稻单株，理论上应检测不少于64个单株(计算方法为4×4×4)；例如，要想在步骤(4)筛选获得1株携带a、b、c三个基因型中的2个基因型的水稻单株，理论上应检测不少于16个单株(计算方法为4×4)；当然，这只是理论上的推测，在实际育种过程中，应该根据需要确定检测的单株数目，总的来说，检测的单株数目越多，则获得步骤(4)描述的不同要求的单株的机会才越大。
4.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，分子标记基因型a是利用RM3585检测到的扬稻4号的分子标记带型，但a并不是qGL-3YD的基因型，由于RM3585与qGL-3YD基因连锁，可间接通过选择a的基因型来选择qGL-3YD的基因型；同理可根据D463与qGL-4LE基因连锁而通过间接选择b基因型来选择qGL-4LE的基因型；根据D755与qGL-7YD基因连锁而通过间接选择c基因型来选择qGL-7YD的基因型。
5.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，携带a、b、c不同数目的基因型的单株的平均粒长按从小到大排序为：聚合a、b、c全部3个＜聚合a、b、c中任意2个＜携带a、b、c中任意1个；需要指出的是，上述排序大小仅适用于种植在同一个环境条件下对同一Fn世代(n为固定数值)内的分离群体进行比较。
6.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，自交代数应根据育种实际需要确定。
7.根据权利要求1所述的利用分子标记辅助选育中短粒型水稻的方法，其特征在于，中短粒型水稻定义为不包括芒的未去壳的谷粒长度小于9.6mm左右的水稻。
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