CN107287210B - 一种水稻外观品质基因qAQ7及其分子标记方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水稻品质育种和分子遗传学领域，具体涉及一种提高水稻外观品质的基因qAQ7，及其基于PCR扩增的实用经济型标记RM21133和分子标记方法。将本发明应用于水稻外观品质的辅助选择育种和聚合育种，能够有效地弥补以往缺乏外观品质基因和无法同时改良多个外观品质性状的不足，可以在苗期对低世代的育种群体进行基因型选择，获得外观品质优良的个体，便于及时地杂交转育，降低外观品质鉴定过程中表型鉴定的误差，提高育种效率，加快育种进程。

Description

一种水稻外观品质基因qAQ7及其分子标记方法和应用
技术领域
本发明属于水稻品质育种和分子遗传学领域，具体涉及一种水稻外观品质新基因qAQ7及其分子标记方法和应用。
背景技术
水稻是世界上大多数人的主食。随着人们生活水平的提高，水稻品质越来越受到人们的重视。水稻品质包括加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质，其中外观品质包括粒型(包括粒长、粒宽、长宽比)和垩白(包括垩白粒率和垩白度)等。分子遗传学研究表明，水稻外观品质为受多基因控制的数量性状。迄今为止，已有多个影响水稻外观品质的主效QTL被鉴定出来，其中qPGWC-7 被精细定位，GS3、qGL3、GL7、GW2、GW5、GW7、GS2、GS5和Chalk5等已被克隆。这些外观品质基因都只控制某一个性状或少数几个性状，单个基因只影响水稻粒型或只影响水稻垩白。因此在利用这些基因进行外观品质改良时需要同时聚合两个或更多基因，增加了改良的难度和工作量。
另外，研究者人工诱导突变体结合图位克隆的方法还克隆了GIF1、 OsPPDKB、SSⅢa、GIF1、ms-h、FLO2和OsRab5a等多个影响水稻外观品质的基因。这些影响水稻外观品质的基因主要是通过构建突变体并结合图位克隆的方法鉴定到的，这些基因的定位和克隆有助于了解水稻外观品质的遗传及分子基础。但由于基因突变后外观品质均降低，因此它们真正在育种实践中成功应用的实例仍然十分有限。
发明内容
本发明的目的包括：
提供一种水稻外观品质基因qAQ7；
提供一种水稻外观品质基因qAQ7的分子标记方法；
提供水稻外观品质基因qAQ7及其分子标记方法的应用；
具体的，本发明公开了一种调控水稻外观品质的基因qAQ7，所述基因qAQ7 的位点位于水稻基因组第7染色体，籼稻三系恢复系明恢63在该位点的等位基因能够提高水稻的外观品质；
所述外观品质包括：粒长、长宽比、垩白粒率和/或垩白度。
本发明公开了一种水稻外观品质基因qAQ7的紧密连锁分子标记RM21133，所述分子标记RM21133正向引物序列为 5’-GCTTCCTCGAGGGATGGTACGG-3’，反向引物序列为 5’-TCCGAGACCTTGGCCATAGACG-3’；所述水稻外观品质包括：粒长、长宽比、垩白粒率和/或垩白度。
此外，本发明公开一种检测基因qAQ7的分子标记方法：用与qAQ7紧密连锁的特异性引物RM21133通过PCR技术扩增带有明恢63血缘的待测育种材料基因组DNA，如果引物RM21133能够PCR扩增出与明恢63基因组DNA相同的PCR产物(100bp左右大小)，该育种材料含有与明恢63相同的qAQ7等位基因。
本发明所述的调控外观品质基因qAQ7以及基于PCR的分子标记方法水稻育种中的应用，所述水稻育种包括：分子标记辅助选择、分子标记辅助预测和/ 或分子标记辅助导入。
本发明选用广亲和粳稻品种02428作为受体材料，与来源于福建省农科院的优良三系恢复系明恢63构建了一套回交导入系群体(BC2F8)，该导入系群体于 2012年构建完成。2013年将该套导入系进行外观品质测定，发现导入系后代中部分家系外观品质显著改良。
本发明根据连锁分离规律，利用明恢63和02428构建的BC2F8导入系群体及回交衍生的F2群体，通过完备区间作图法分析，发现一个位于第7染色体上的主效位点qAQ7，该位点来源于明恢63的等位基因能增加粒长和长宽比，减少垩白粒率和垩白度，改善外观品质，在导入系群体中解释粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的11.4％、13.4％、8.1％和6.8％，并获得了与该改良外观品质位点紧密连锁的分子标记RM21133。经比较作图发现，这个位点上尚未有控制外观品质相关性状的基因报道，因此qAQ7很可能是一个控制水稻外观品质的新基因。该外观品质新基因qAQ7及其紧密连锁的分子标记RM21133有望应用于水稻标记辅助选择育种，改良外观品质。该基因改良水稻外观品质，适用于在水稻品质育种中引入新的外观品质基因qAQ7，并利用分子标记对该基因进行辅助选择育种。
有益效果
通过本发明鉴定到第7染色体上的外观品质新基因(qAQ7)以及可对其进行基因型鉴别的共显性分子标记。
本发明与现有技术相比具有以下优点及效果：
1.与目前报道的外观品质基因GS3、qGL3、GL7、GW2、GW5、GW7、GS2、 GS5、CHALK5、GIF1、OsPPDKB、SSⅢa、GIF1、ms-h、FLO2和OsRab5a等不同，qAQ7同时影响多个外观品质性状，利用该基因可以同时改良几乎所有的外观品质性状。
2.通过新基因标记的筛选，能够获得外观品质提高的优质育种材料。
3.本发明的分子标记可用于苗期育种群体的基因型选择，有效地鉴别带有该基因的优质个体，便于及时的杂交转育，加快育种进程。
附图说明
图1明恢63/02428的BC2F8回交后代优质导入系DQ438(仅带有qAQ7 1个外观品质基因)与轮回亲本02428杂交的F2群体经SSR标记RM21133的PCR扩增产物在4％聚丙烯酰胺凝胶电泳的带型图谱。
其中，1-30为随机选取的F2代单株；M为DNA Ladder；DQ438为优良外观品质的导入系；02428为轮回亲本；a为100bp，b为90bp。
图2明恢63/02428后代优质导入系DQ438与轮回亲本杂交F2后代单株根据SSR 标记RM21133进行选择后的两种纯合基因型个体的外观。
其中图2a为平均粒长(A)，如图2b为长宽比(B)，图2c为垩白粒率(C)，图 2d为垩白度(D)。
具体实施方式
下面结合具体实施实例，进一步阐述本发明。其中所用方法如无特别说明均为常规方法。
(一)外观品质新基因的定位
1.供试材料
以引自福建省农科院的籼稻优质恢复系明恢63为供体，以广亲和粳稻品种 02428为受体杂交和回交，构建198个BC2F8家系的回交导入系群体。
2.DNA提取、测序与基因型鉴定
利用全式金的DNeasyDNA提取试剂盒，对各单株分别提取基因组DNA。利用Illumina Genome Analyzer IIx测序平台对亲本和导入系进行全基因组测序，结合Huang等(2009年)的方法筛选多态性位点。参考Xie等(2010年)的方法，将导入系全基因组分为4568个Bin，并鉴定导入系的基因型。
3.利用完备区间作图法定位水稻外观品质QTL
根据导入系的Bin基因型，将其对应的粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的结果作为表型值，输入由中国农业科学院作物科学研究所王建康课题组所发展的完备区间作图软件(ICIMapping V4.0，免费软件)，利用完备区间作图法，定位影响粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的QTL区间。
筛选效应较大的主效基因位点。共获得了7个影响粒长的主效QTL，6个影响长宽比的主效QTL，5个影响垩白粒率的QTL，5个影响垩白度的QTL，其中在第7染色体3,000,000-6,000,000bp区间定位到1个同时影响粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的qAQ7位点，该位点来自明恢63的等位基因增加粒长0.2mm、增加长宽比0.1、降低垩白粒率6.8％、降低垩白度5.2％，分别解释导入系群体中粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的11.4％、13.4％、8.1％和6.8％。
表1利用明恢63/024208导入系群体检测到影响粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度的主效QTL
Figure BDA0001234664930000041
注：a表示加性效应，指02428等位基因被明恢63等位基因替代后的效应，R2(％)表示QTL解释群体中该性状变异的百分比。
(二)导入系衍生的F2群体qAQ7及标记验证分析
1.供试材料
从明恢63/02428导入系群体中，选择仅带有一个qAQ7纯合优良外观品质基因的外观优质的导入系DQ438，与轮回亲本02428配制F2分离群体，该群体计192株，用于qAQ7及连锁标记的验证。
2.DNA提取、PCR扩增及凝胶电泳
参考Temnykh等(2000年)的DNA提取方法，对各单株分别提取基因组 DNA。在qAQ7区间内筛选有双亲多态性的SSR标记，结果只有RM21133在双亲间有多态性。以各个单株的基因组DNA为模板对RM21133标记进行聚合酶链式(PCR)反应。PCR反应的产物通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行分离，硝酸银和氢氧化钠染色后，在凝胶成像系统下成像。参考双亲的扩增条带，对后代单株的带型进行判别记录。
3.部分F2单株电泳图及其对应表型
随机挑选其中30株F2代单株经SSR标记RM21133的PCR扩增产物进行 4％聚丙烯酰胺凝胶电泳，所得带型图谱及其对应的表型分别见说明书附图1和表2。
表2：随机挑选的30株F2代单株表型
Figure BDA0001234664930000051
Figure BDA0001234664930000061
4.t测验分析
根据后代单株的RM21133标记扩增条带所表示的基因型，将F2群体中的个体分成两组，其中一组是qAQ7位点基因型为明恢63纯合基因型的个体(称为 MH63组)，共计40株；另一组是qAQ7位点基因型为02428纯合基因型的个体 (称为02428组)，共计56株。
明恢63/02428后代优质导入系DQ438与轮回亲本杂交F2后代单株根据SSR 标记RM21133进行选择后的两种纯合基因型个体的平均粒长(A)、长宽比(B)、垩白粒率(C)和垩白度(D)，如说明书附图2a、2b、2c和2d所示。
将两组个体考察所得的平均粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度进行t测验(表 3)，结果表明两组个体间的粒长、长宽比、垩白粒率和垩白度均达到极显著差异水平，表明RM21133标记附近确实存在一个影响水稻外观品质的主效基因 qAQ7，而且与RM21133标记紧密连锁。
表3导入系杂交F2群体在RM21133标记位点双亲纯合个体粒长、长宽比和垩白的表现
Figure BDA0001234664930000062
注：***表示差异达到0.001水平显著。
序列表
<110> 长江大学、中国农业科学院深圳生物育种创新研究院
<120> 一种水稻外观品质基因qAQ7及其分子标记方法和应用
<130> 2017
<160> 2
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
gcttcctcga gggatggtac gg 22
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
tccgagacct tggccataga cg 22

Claims (2)

1.特异性引物RM21133在水稻粒长、长宽比、垩白粒率和/或垩白度相关性状育种中的应用，所述特异性引物RM21133正向引物序列为5’-GCTTCCTCGAGGGATGGTACGG-3’，反向引物序列为5’-TCCGAGACCTTGGCCATAGACG-3’。
2.一种检测基因qAQ7的PCR分子标记方法，所述基因qAQ7位于水稻基因组第7染色体，籼稻三系恢复系明恢63在该位点的等位基因能够提高水稻的粒长、长宽比，降低垩白粒率和/或垩白度，其特征在于，用与qAQ7紧密连锁的特异性引物RM21133通过PCR技术扩增带有明恢63血缘的待测育种材料基因组DNA，如果引物RM21133能够PCR扩增出与明恢63基因组DNA相同的100bp的PCR产物，该育种材料含有与明恢63相同的qAQ7等位基因，所述特异性引物RM21133正向引物序列为5’-GCTTCCTCGAGGGATGGTACGG-3’，反向引物序列为5’-TCCGAGACCTTGGCCATAGACG-3’。
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