CN113122653A - 调控水稻糙米率的主效qtl及分子标记与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水稻育种及分子生物学技术领域，具体涉及调控水稻糙米率的主效QTL及分子标记与应用。本发明公开了一种调控水稻糙米率的主效QTL，主效QTL位于水稻10号染色体上，命名为QBRR‑1，遗传距离为70.1‑81.73cM，物理距离为17570591‑19066686bp。本发明还同时提供了调控水稻糙米率的主效QTL的分子标记。本发明通过分子标记选育具有糙米率高的水稻。
Description
技术领域
本发明涉及水稻育种及分子生物学技术领域，更具体的说是涉及调控水稻糙米率的主效QTL及分子标记与应用。
背景技术
水稻是世界上主要的粮食作物之一，加工品质作为水稻的重要品质之一，在改善水稻品质和提高水稻产量方面发挥了极为重要的作用[1]，现在由于生活水平的提高，稻米品质越来越受到消费者的重视，培育出高加工品质的稻米对于农业发展具有重要的作用。稻米的研磨品质包括了糙米率，精米率和整精米率。稻谷脱壳所得到的籽粒质量占样本的总质量的比率被称为糙米率，糙米磨成符合国家标准精度的大米所占样本净稻谷质量的比率被称为精米率，而整精米占精米净稻谷质量的百分率称为整精米率。糙米率的遗传机制较为复杂，除了环境因素影响外，还会受到亲本基因型的影响。由于稻谷是在母本的植株上发育，因此受到母本的影响会大于父本的影响。母本负责提供给稻谷营养，还会进行许多生理生化方面的调控[2]。徐正进等[3]的研究显示虽然稻米品质之间的关系比较复杂，但是糙米率与稻谷的粒宽、厚以及宽厚比有着极显著的正相关，而与粒长、长宽比和长厚比有极显著的负相关，因此可以得出细长的稻谷有降低水稻的糙米率的趋势。就一般情况来说，粳稻的糙米率会比籼稻高出3％-4％，大谷粒品种的糙米率会小于小谷粒品种[4]。但是到目前为止，还没有以稻米的糙米率作为目标性状，完成图位克隆或者精细定位的报道，关于整精米率的基因也仅仅只克隆到一个基因----Chalk5[5]，该基因编码一个液泡膜质子转运焦磷酸酶，通过表达量。
影响水稻糙米率的分子机制在众多报道中有所不同，但越来越多的研究表明，水稻糙米率的调控是一个多基因参与的、涉及多条信号途径的复杂过程。分子标记辅助育种技术可以有效解决水稻抽穗期相关基因认识不全面的问题，通过构建遗传连锁图谱和数量性状位点(Quantitative Trait Locus，QTL)分析，找到与糙米率相关的主效QTL紧密连锁的分子标记，使用这些标记可以对水稻后代进行筛选，进而节约成本，提高育种效率。
目前，研究人员对于水稻糙米率QTL位点的精细定位及相关分子标记的研究较为有限；因此，需要进一步地深入挖掘与分析水稻糙米率QTL位点及相关分子标记，为水稻抗育种提供新的选择。
参考文献：
[1]代明笠,邵丽明,胡慧,等.水稻加工品质及其遗传基础研究进展[J].长江大学学报(自然版),2015,12(09):5-8；
[2]梅捍卫,罗利军,郭龙彪,等.水稻加工品质数量性状基因座(QTLs)分子定位研究[J].遗传学报,2002(09):791-797；
[3]徐正进,陈温福,马殿荣,等.稻谷粒形与稻米主要品质性状的关系[J].作物学报,2004(09):894-900；
[4]钱前,程式华.水稻遗传学和功能基因组学[M].科学出版社.2006.；
[5]梅德勇.应用QTL分析研究籼稻稻米品质和产量性状的关系[D].中国农业科学院,2012。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种调控水稻糙米率的主效QTL及与其紧密连锁的分子标记，用于选育具有适宜糙米率的水稻，可提高筛选效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种调控水稻糙米率的主效QTL：所述主效QTL位于水稻10号染色体上，命名为QBRR-1，遗传距离为70.1-81.73cM，物理距离为17570591-19066686bp。
本发明还同时公开了上述调控水稻糙米率的主效QTL的分子标记：
分子标记包括紧密连锁的两对分子标记Indel BRR-1和Indel BRR-2；
所述分子标记Indel BRR-1的引物对为：
上游引物：5’-TTCACCTTATCCTCTACCCTCTT-3’；
下游引物：5’-GTATCCGAAAAACCCCTTCC-3’；
所述分子标记Indel BRR-2的引物对为：
上游引物：5’-GGCTGGATATTTCCTTCCAT-3’；
下游引物：5’-CCACAGATGTGTGAGCAGAAA-3’。
说明：主效QTL位于分子标记Indel BRR-1和分子标记Indel BRR-2之间。
本发明以粳稻品种热研2号为母本、籼稻品种华占为父本进行杂交，以杂交F1代连续自交后得到的重组自交系群体为材料，对水稻糙米率进行统计和分析，同时利用该群体已构建的加密遗传图谱对数据进行QTL作图分析，在10号染色体上发现一个LOD值高达5.95主效QTL，命名为QBRR-1，遗传距离为70.1-81.73cM，物理距离为17570591-19066686bp。
上述调控水稻糙米率的主效QTL可应用于水稻品种选育，通过开发与主效QTL紧密连锁的分子标记，检测水稻品种或品系中检测水稻品种或品系中糙米率相关QTL，可加快具有较高糙米率的水稻品种的选育进程。
上述分子标记Indel BRR-1和分子标记Indel BRR-2为与水稻糙米率的主效QTL紧密连锁的分子标记，通过分子标记的检测，可以预测水稻植株的糙米率，加快高糙米率水稻品种的选育进度。
本发明还提供了一种水稻的选育方法：提取水稻DNA，使用上述分子标记的引物对对DNA进行PCR扩增，扩增产物进行电泳检测，通过带型分析水稻的糙米率。
上述方法可用于具有适宜糙米率水稻的筛选以及水稻种质资源的分子鉴定。
优选地，PCR扩增的反应体系为：上游引物1μL，下游引物1μL，DNA模板2μL，mix酶6μL，ddH2O 1μL；
PCR扩增的反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
进一步地，上述分子标记的引物对可用于制备水稻选育试剂盒。
综上所述，本发明定位到调控水稻糙米率的主效QTL QBRR-1，应用该QTL位点获得与其紧密连锁的2对分子标记，引物特异性高，扩出来的条带较为单一；利用该分子标记可预测水稻材料的糙米率，加快水稻理想株型的选育。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1所示为调控水稻糙米率的主效QTL定位过程中所使用的遗传材料构建流程图；
图2所示为RIL群体糙米率的频率分布图；
其中，RY代表水稻品种热研2号，HZ代表水稻品种华占；
图3所示为调控水稻糙米率的主效QTL QBRR-1在第10号染色体上的位置；
图4所示为分子标记Indel BRR-1的引物对在亲本及其F1代和RIL群体中扩增产生的电泳图；
其中，1为热研2号、2为华占、3为热研/华占杂交后代F1、4-12为热研2号/华占杂交组合的RIL群体中糙米率较大的水稻株系材料。
图5所示为分子标记Indel BRR-2的引物对在亲本及其F1代和RIL群体中扩增产生的电泳图；
其中，1为热研2号、2为华占、3为热研/华占杂交后代F1、4-12为热研2号/华占杂交组合的RIL群体中糙米率较大的水稻株系材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1、调控水稻糙米率的主效QTL定位
1、实验材料的获取
以华占为供体亲本，水稻品种热研2号为受体亲本进行杂交，利用单粒传法(即，对F1进行套袋单株受种处理，直至后代株系表型不发生分离)，最终得了120个稳定遗传的株系(F13，所有株系表型稳定)，组成重组自交系RIL群体，如图1。
选取亲本与各株系种子(F13)各60粒，表面消毒后浸种2天，每隔一天换一次水，再用湿润的毛巾包裹，置于37℃恒温箱中催芽2天，中途保证毛巾处于湿润状态，挑选露白一致的种子播种。30天后，选择生长状况相似的亲本及各株系秧苗各24株移栽，所有水稻材料种植于浙江省金华市浙江师范大学生化学院试验田，常规管理。
2、糙米率统计
每个自交系(F13)秤出50g的饱满、没有病态的谷子，然后去壳，秤出糙米的重量，用糙米的重量比上谷子的重量就是糙米率的数值。
糙米率(％)＝糙米重(g)/(试样谷重(g)-未脱壳谷重(g))×100。
结果如图2所示，糙米率数据表现为连续正态分布且范围广泛，其中热研2号糙米率较大，华占糙米率较小，并且有较多自交系的糙米率大于热研2号或糙米率小于华占的个体存在。
3.QTL定位分析
利用实验室前期开发的大量的SNP和Indel标记构建的遗传图谱，对水稻糙米率进行数量性状座位(QTL)区间作图，通过R-QTL专业软件分析整个染色体组的标记和数量性状表型值的关系，将QTL逐一定位到连锁群的相应位置，并估计其遗传效应。若检测到LOD>2的分子标记，则认为LOD值最高处对应的2个标记间存在1个QTL。
最终，在水稻热研2号整个染色体组中找到位于第10号染色体上的Indel BRR-1标记和Indel BRR-2标记之间的一个主效QTL，LOD值高达5.95，其遗传距离为70.1-81.73cM，物理距离为17570591-19066686bp，并命名为QBRR-1(图3)。
实施例2、分子标记辅助选择
在QTL位点QBRR-1上下游分别设定分子标记Indel BRR-1和分子标记Indel BRR-2，并设计引物；
分子标记Indel BRR-1的引物对为：
上游引物：5’-TTCACCTTATCCTCTACCCTCTT-3’；
下游引物：5’-GTATCCGAAAAACCCCTTCC-3’；
分子标记Indel BRR-2的引物对为：
上游引物：5’-GGCTGGATATTTCCTTCCAT-3’；
下游引物：5’-CCACAGATGTGTGAGCAGAAA-3’。
取亲本热研2号、华占及其F1代和RIL群体的水稻叶片，提取基因组DNA，利用上述分子标记对其基因组DNA进行PCR扩增；
PCR反应体系：上游引物(浓度为10μM)1μL，下游引物(浓度为10μM)1μL，DNA模板(浓度大于50ng/μL)2μL，mix酶6μL(mix酶购买于擎科生物公司(2×Taq Master Mi))，ddH2O 1μL；
反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
PCR扩增产物在5％琼脂糖凝胶电泳检测，
分子标记Indel BRR-1的引物对所得的部分结果如图4所示，分子标记Indel BRR-2的引物对所得的部分结果如图5所示。
对电泳检测条带带型进行分析，其中，条带趋向于亲本热研2号，则说明该株系水稻糙米率较大，若趋向华占则说明糙米率较小。
将受试株系水稻实际所得的糙米率与通过带型分析预测的结果进行比对，显示预测结果与实际统计结果相吻合。
实施例3水稻糙米率相关QTL在水稻育种中的应用
将糙米率较小的水稻品种9311，与热研2号进行杂交，获得相应的F1，以9311为轮回亲本进行回交，至BC3F1代。提取BC3F1代部分单株DNA，然后参照实施例2用Indel BRR-1和Indel BRR-2的引物进行PCR扩增，并进行电泳检测。
对电泳检测条带带型进行分析，条带趋向于亲本热研2号，则说明该株系水稻糙米率较大。利用该方法进行筛选，定向选择，可获得糙米率较大且保留了9311优良性状的水稻，大大提高了育种效率。
实际，上述条带趋向于亲本热研2号的9个单株进行种植，其最终所得的糙米率分别为78.48％，78.76％，78.96％，77.69％，78.75％，77.96％，78.01％，77.56％，77.91％，而亲本热研2号所得的糙米率为78.35％，因此证明本发明所得的结果与实际结果相吻合。
综上所述，本发明的调控水稻糙米率的主效QTL可以有效加快优化水稻品种的进程。在水稻分子辅助育种的过程中可以培育具有较大糙米率的水稻。此种方法简便易行，安全有效，有益于提高水稻品种的经济价值，兼顾经济与生态效益，适于大规模推广应用。
本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。即，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
序列表
<110> 浙江师范大学
<120> 调控水稻糙米率的主效QTL及分子标记与应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
ttcaccttat cctctaccct ctt 23
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
gtatccgaaa aaccccttcc 20
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
ggctggatat ttccttccat 20
<210> 4
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
ccacagatgt gtgagcagaa a 21
Claims (7)
1.调控水稻糙米率的主效QTL，其特征在于：所述主效QTL位于水稻10号染色体上，命名为QBRR-1，遗传距离为70.1-81.73cM，物理距离为17570591-19066686bp。
2.如权利要求1所述的调控水稻糙米率的主效QTL的分子标记，其特征在于：
分子标记包括紧密连锁的两对分子标记Indel BRR-1和Indel BRR-2；
所述分子标记Indel BRR-1的引物对为：
上游引物：5’-TTCACCTTATCCTCTACCCTCTT-3’；
下游引物：5’-GTATCCGAAAAACCCCTTCC-3’；
所述分子标记Indel BRR-2的引物对为：
上游引物：5’-GGCTGGATATTTCCTTCCAT-3’；
下游引物：5’-CCACAGATGTGTGAGCAGAAA-3’。
3.如权利要求1所述的调控水稻糙米率的主效QTL在水稻品种选育中的应用，其特征在于：利用与所述主效QTL紧密连锁的分子标记，检测水稻品种或品系中糙米率相关QTL。
4.如权利要求2所述的分子标记在水稻品种选育中的应用，其特征在于：通过分子标记选育具有糙米率高的水稻。
5.水稻选育试剂盒，其特征在于：包含如权利要求2所述分子标记的引物对。
6.水稻的选育方法，其特征在于：
提取水稻DNA，使用如权利要求2所述的分子标记的引物对对DNA进行PCR扩增，扩增产物进行电泳检测，通过带型分析水稻的糙米率。
7.根据权利要求6所述的水稻的选育方法，其特征在于：
PCR扩增的反应体系为：上游引物1μL，下游引物1μL，DNA模板2μL，mix酶6μL，ddH2O 1μL；
PCR扩增的反应程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，57℃退火30s，72℃延伸30s，扩增38个循环；最后72℃终延伸10min。
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