植物学报 ›› 2019, Vol. 54 ›› Issue (4): 464-473.doi: 10.11983/CBB18188

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水稻耐储藏特性三年动态鉴定与QTL分析

刘进1,2,姚晓云1,2,余丽琴1,李慧1,周慧颖1,王嘉宇2,*(),黎毛毛1,*()   

  1. 1 江西省农业科学院水稻研究所/水稻国家工程实验室(南昌)/国家水稻改良中心南昌分中心, 南昌 330200
    2 沈阳农业大学水稻研究所, 沈阳 110866
  • 收稿日期:2018-09-03 接受日期:2019-02-11 出版日期:2019-07-01 发布日期:2020-01-08
  • 通讯作者: 王嘉宇,黎毛毛 E-mail:ricewjy@126.com;Lmm3056@163.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2016YFD0100101-11);江西现代农业科研协同创新专项(JXXTCX201701-01);江西省青年科学基金(20171BAB214026)

Detection and Analysis of Dynamic Quantitative Trait Loci at Three Years for Seed Storability in Rice (Oryza sativa)

Liu Jin1,2,Yao Xiaoyun1,2,Yu Liqin1,Li Hui1,Zhou Huiying1,Wang Jiayu2,*(),Li Maomao1,*()   

  1. 1 Nanchang Sub-center, National Rice Improvement Center/National Engineering Laboratory for Rice (Nanchang)/Rice Research Institute, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China
    2 Rice Research Institute, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, china
  • Received:2018-09-03 Accepted:2019-02-11 Online:2019-07-01 Published:2020-01-08
  • Contact: Wang Jiayu,Li Maomao E-mail:ricewjy@126.com;Lmm3056@163.com

摘要:

种子耐储藏特性是粮食作物的特殊农艺性状之一, 耐储藏性能对种子生产和种质资源保存有重要意义。以粳型超级稻龙稻5 (LD5)和高产籼稻中优早8 (ZYZ8)杂交衍生的重组自交系(RILs)群体(共180个株系)为实验材料, 自然高温高湿条件下放置1年、2年和3年后, 对不同储藏时段种子发芽率进行比较, 并利用223个分子标记的遗传图谱进行动态QTL鉴定。结果表明, 不同储藏时段龙稻5的发芽率均显著低于中优早8, 株系间耐储性存在较大差异; 不同储藏时段发芽率显著相关, 相邻存储时段发芽率关系紧密。共检测到17个耐储性相关的QTLs, 3个老化时段分别检测到5、4和3个, 检测到5个动态条件QTLs, 单一QTL解释5.60%-32.76%的表型变异, 加性效应在-16.78%-16.95%范围内。主效QTL簇qSSC2qSSC6qSSC7qSSC8能调控不同储藏时段的发芽率, qSSC6具有明显降低发芽率的效应。共检测到26对上位性互作位点, 主效QTL qSS1qSS4参与上位性互作, 这表明上位性互作是调控耐储藏性状的重要遗传组成。研究结果为水稻(Oryza sativa)耐储性相关QTL的精细定位奠定基础, 同时丰富了耐储性分子标记辅助选择育种的基因资源。

关键词: 水稻, 自然老化, 种子耐储藏, QTL分析, 上位性互作

Abstract:

Seed storability is one of the most important special agronomic traits of grain crops, which has great significance for seed production and germplasm conservation. In this study, we obtained a set of recombinant inbred lines (RILs), containing 180 lines and 223 molecular markers for a genetic map, derived from the cross between Longdao5 (LD5) and Zhongyouzao8 (ZYZ8). The set was used to identify quantitative trait loci (QTL) for seed storability traits under natural aging (higher temperature and humidity) at 1, 2 and 3 years after rice harvest. Then the germination rates of seeds at different storage stages were compared and identified by dynamic QTLs. The germination rate of the parents (the germination rate of LD5 was significantly lower than ZYZ8 under different storage stages) and RILs population was significant different under different storage stages, with a significant correlation of germination rate under different storage stages. A total of 17 QTLs were detected to control seed storability; 5, 4 and 3 QTLs were detected for 3 natural aging stages; and 5 dynamic conditional QTLs were detected; these QTLs explained 5.60% to 32.76% of the phenotypic variation, with an additive effect of -16.78% to 16.95%. Among these QTLs, 4 major clusters qSSC2, qSSC6, qSSC7 and qSSC8 were stably and reliably detected under 3 environments; the remaining QTLs were expressed in a single environment. qSSC6 reduced the germination rate. We detected 26 pairs of epistatic interaction sites. The major QTLs qSS1 and qSS4 were also involved in the epistasis effect, so epistatic interaction was an important genetic component for seed storability. These results will provide information for genetic analysis and related QTL fine mapping and will also enrich the gene resources for molecular marker-assisted selection of seed storability.

Key words: rice, natural aging, seed storability, QTL analysis, epistasis interaction

表1

2016-2018南昌市年温度与降雨情况"

Years Rainy days Max temperature (°C) Days of max temperature (>30°C) Max mean temperature (°C) Mean min temperature (°C) Mean temperature (°C)
2016 192 38 101 22.68 16.10 19.39
2017 184 39 97 23.03 16.10 19.57
2018 (1-9 months) 130 38 119 25.34 17.71 21.53

图1

自然老化条件下不同存储时间水稻重组自交系(RILs)群体发芽率(GR)分布情况 (A)-(C) 分别表示自然老化(高温高湿)条件下存储1、2和3年后的发芽率; (D), (E) 分别表示1-2年和2-3年环境下发芽率动态变化值。亲本龙稻5 (LD5)和中优早8 (ZYZ8)发芽率分别采用实线和虚线箭头表示。"

表2

不同存储年份水稻亲本和重组自交系(RILs)群体发芽率(GR)分布情况"

Trait Environment (Year) Parents RILs population
LD5 ZYZ8 Means±SD Range Skewness Kurtosis
GR (%) 1 63.97±6.10 95.95±4.51** 56.34±26.89 0.00-100.00 -0.30 -0.88
2 43.19±4.30 59.79±2.20** 32.92±29.32 0.00-96.55 0.49 -1.04
3 0.00±0.00 56.12±2.05** 6.89±16.80 0.00-87.68 2.92 3.36
Dynamic GR 1-2 20.78±5.20 36.16±2.75** 23.42±29.59 -5.70-97.79 -0.03 0.01
2-3 43.19±5.63 3.67±3.50** 26.02±28.28 -2.9-96.55 0.64 -0.45

表3

自然老化条件下不同存储时间水稻发芽率(GR)性状间的相关系数"

Traits Environment (Year) 1 2 3
GR 1 1.000
2 0.448** 1.000
3 0.166* 0.347** 1.000

图2

自然存储条件下水稻种子耐储藏性状QTL在重组自交系(RILs)群体中的染色体分布"

表4

自然存储条件下水稻种子耐储藏性状QTL定位"

Trait Locus Position Marker LOD value PVE (%) Additive effect
1 year qSS3 75.5 RM6676-STS3.8 2.53 10.58 -8.77
qSS4 26.1 R4M17-RM5688 2.85 14.49 10.27
qSS6a 121.4 RM5814-RM412 5.28 13.53 -10.27
qSS7a 96.2 RM8261-RM1209 2.85 7.29 -7.27
qSS8a 85.5 R8M33-RM6976 2.79 6.88 -7.04
2 years qSS2a 40.5 RM5897-RM5699 3.86 10.47 9.69
qSS6b 107.4 RM6395-RM5814 2.88 11.27 -10.19
qSS7b 108.2 RM3555-RM1306 2.71 5.78 -7.03
qSS8b 89.5 R8M33-RM6976 3.79 12.12 -10.18
3 years qSS1 102.5 R1M30-RM3240 3.13 9.20 5.78
qSS2b 50.5 RM5699-RM300 3.01 6.46 4.29
qSS7c 64.2 RM1135-RM11 3.21 10.05 5.32
1-2 years qss2 41.5 RM5897-RM5699 2.98 10.13 -9.59
2-3 years qss3 40.5 STS3.3-STS3.4 4.46 25.22 16.95
qss6 107.4 RM6395-RM5814 6.52 32.76 -16.78
qss8 91.5 R8M33-RM6976 2.54 5.60 -6.68
qss12 86 STS12.2-RM1226 2.89 24.42 -14.64

图3

自然存储条件下水稻种子耐储藏性状QTL的上位性互作效应分析"

[1] 龚继平, 吴方喜, 吴跃进, 郑家团, 黄庭旭, 王乌齐, 张建福, 谢华安 ( 2008). 籼稻脂肪酶基因的遗传分析及定位. 中国水稻科学 22, 125-130.
[2] 贺梅, 张文忠, 宋冬明, 王嘉宇, 谢文孝 ( 2007). 不同储藏温度及储藏时间对稻米品质的影响. 沈阳农业大学学报 38, 472-477.
[3] 江川, 王金英, 丁红萍, 缪小红 ( 2000). 影响水稻种子贮藏的因素. 福建稻麦科技 18(4), 46-47.
[4] 江良荣, 黄荣裕, 黄育民, 王侯聪, 郑景生 ( 2017). 稻米垩白性状的QTL检测、上位性及环境效应分析. 分子植物育种 15, 1385-1394.
[5] 李茂柏, 王慧, 朴钟泽, 沈国辉, 温广月 ( 2010). 杂草稻人工老化和耐储藏特性的初步研究. 作物杂志 ( 5), 30-33.
[6] 李清华, 郑苹立, 吴方喜, 林玲娜, 王乌齐 ( 2009). 优质耐储藏水稻的初步研究和探讨. 中国农学通报 25(17), 47-51.
[7] 柳武革, 王丰, 刘振荣, 廖亦龙, 李金华 ( 2006). 水稻耐储藏特性研究进展. 生物技术通报 (增刊), 50- 52, 62.
[8] 刘喜, 林秋云, 孙爱玲, 曹鹏辉, 姜一梅, 陈亮明, 江玲, 万建民 ( 2015). 水稻种子耐贮性QTL qSS-9的精细定位. 南京农业大学学报 38, 877-882.
[9] 任德勇, 何光华, 凌英华, 桑贤春, 杨正林, 赵芳明 ( 2010). 基于单片段代换系的水稻穗长QTL加性及其上位性效应. 植物学报 45, 662-669.
[10] 任淦, 彭敏, 唐为江, 徐才国, 邢永忠 ( 2005). 水稻种子衰老相关基因定位. 作物学报 31, 183-187.
[11] 商连光, 高振宇, 钱前 ( 2017). 作物杂种优势遗传基础的研究进展. 植物学报 52, 10-18.
[12] 沈圣泉, 庄杰云, 王淑珍, 杨国花, 夏英武 ( 2005). 水稻种子耐贮藏性QTL主效应和上位性效应分析. 分子植物育种 3, 323-328.
[13] 吴方喜, 朱永生, 谢鸿光, 张建福, 谢华安 ( 2010). 中国水稻微核心种质的耐储藏特性初步研究. 中国粮油学报 25(10), 124-128.
[14] 吴贻开, 陈文杰, 李清华, 李清华, 郑向华 ( 2000). 相对湿度对水稻种子贮藏寿命的影响. 福建农业科技 ( 4), 6-7.
[15] 吴跃进, 卢义宣, 吴敬德, 余增亮, 张瑛, 童继平, 郑乐娅, 佘德红 ( 2004). 耐储藏专用型水稻选育及相关技术研究. 中国稻米 ( 3), 6-7.
[16] 吴跃进, 吴先山, 沈宗海, 张瑛, 吴敬德, 卢义宣, 余增亮 ( 2005). 水稻耐储藏种质创新及相关技术研究. 粮食储藏 34, 17-20.
[17] 许惠滨, 江敏榕, 连玲, 朱永生, 蒋家焕, 谢鸿光, 谢华安, 张建福 ( 2017). 稻谷耐储性研究进展. 福建农业科技 ( 11), 41-44.
[18] 许惠滨, 魏毅东, 连玲, 朱永生, 谢华安, 王宗华, 张建福 ( 2013). 水稻种子人工老化与自然老化的分析比较. 分子植物育种 11, 552-556.
[19] 余丽琴, 熊玉珍, 黎二姝, 饶淑芳 ( 2008). 水稻耐贮藏种质资源的筛选. 江西农业学报 20(4), 17-19.
[20] 曾大力, 钱前, 国广泰史, 滕胜, 藤本宽 ( 2002). 稻谷储藏特性及其与籼粳特性的关系研究. 作物学报 28, 551-554.
[21] 张安鹏, 钱前, 高振宇 ( 2018). 水稻种子活力的研究进展. 中国水稻科学 32, 296-303.
[22] 张文明, 倪安丽, 王昌初 ( 1998). 杂交水稻种子活力的研究. 种子 ( 2), 7-10.
[23] 张瑛, 滕斌, 吴敬德, 吴跃进, 宣红, 朱学桂 ( 2010). 水稻种子高温高湿人工加速老化试验方法研究. 中国粮油学报 25(10), 8-12.
[24] 张玉兰, 汪晓峰, 景新明, 林坚 ( 2005). 水稻种子含水量及其对贮藏寿命的影响. 中国农业科学 38, 1480-1486.
[25] 周玉亮, 刘春保, 潘招远, 谭斌, 曾瑞珍 ( 2016). 水稻种子休眠的QTL定位研究进展. 中国科技论文 11, 2837-2844.
[26] 朱军 ( 1997). 遗传模型分析方法. 北京: 中国农业出版社. pp. 240-292.
[27] Cai HW, Morishima H ( 2000). Genomic regions affecting seed shattering and seed dormancy in rice. Theor Appl Genet 100, 840-846.
[28] Cheng JP, Wang L, Du WL, Lai YY, Huang X, Wang ZF, Zhang HS ( 2014). Dynamic quantitative trait locus analysis of seed dormancy at three development stages in rice. Mol Breeding 34, 501-510.
[29] Dong XY, Fan SX, Liu J, Wang Q, Li MR, Jiang X, Liu ZY, Yin YC, Wang JY ( 2017). Identification of QTLs for seed storability in rice under natural aging conditions using two RILs with the same parent Shennong 265. J Integr Agr 16, 1084-1092.
[30] Doyle JJ, Doyle JL ( 1987). A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bull 19, 11-15.
[31] Gao YM, Zhu J ( 2007). Mapping QTLs with digenic epistasis under multiple environments and predicting heterosis ba- sed on QTL effects. Theor Appl Genet 115, 325-333.
[32] Gu XY, Kianian SF, Foley ME ( 2004). Multiple loci and epistases control genetic variation for seed dormancy in weedy rice (Oryza sativa). Genetics 166, 1503-1516.
[33] Guo LB, Zhu LH, Xu YB, Zeng DL, Wu P, Qian Q ( 2004). QTL analysis of seed dormancy in rice (Oryza sativa L.). Euphytica 140, 155-162.
[34] Hang NT, Lin QY, Liu LL, Liu X, Liu SJ, Wang WY, Li LF, He NQ, Liu Z, Jiang L, Wan JM ( 2015). Mapping QTLs related to rice seed storability under natural and artificial aging storage conditions. Euphytica 203, 673-681.
[35] Jiang WZ, Lee J, Jin TM, Qiao YL, Piao RH, Jang SM, Woo MO, Kwon SW, Liu XH, Pan HY, Du XL, Koh HJ ( 2011). Identification of QTLs for seed germination capability after various storage periods using two RIL populations in rice. Mol Cells 31, 385-392.
[36] Jing W, Jiang L, Zhang WW, Zhai HQ, Wan JM ( 2008). Mapping QTL for seed dormancy in weedy rice. Acta Agron Sin 34, 737-742.
[37] Li CS, Shao GS, Wang L, Wang ZF, Mao YJ, Wang XQ, Zhang XH, Liu ST, Zhang HS ( 2017). QTL Identification and fine mapping for seed storability in rice (Oryza sativa L.). Euphytica 213, 127.
[38] Li LF, Lin QY, Liu SJ, Liu X, Wang WY, Hang NT, Liu F, Zhao ZG, Jiang L, Wan JM ( 2012). Identification of quantitative trait loci for seed storability in rice (Oryza sativa L.). Plant Breed 131, 739-743.
[39] Lu BY, Xie K, Yang CY, Wang SF, Liu X, Zhang L, Jiang L, Wan JM ( 2011). Mapping two major effect grain dormancy QTL in rice. Mol Breeding 28, 453-462.
[40] McCouch SR, Cho YG, Yano M, Paul E, Blinstrub M, Morishima H, Kinoshita T ( 1997). Report on QTL nomenclature. Rice Genet Newsl 14, 11-13.
[41] Miura K, Lin Y, Yano M, Nagamine T ( 2002). Mapping quantitative trait loci controlling seed longevity in rice (Oryza sativa L.). Theor Appl Genet 104, 981-986.
[42] Sasaki K, Fukuta K, Sato T ( 2005). Mapping of quantitative trait loci controlling seed longevity of rice (Oryza sativa L.) after various periods of seed storage. Plant Breed 124, 361-366.
[43] Shigemune A, Miura K, Sasahara H, Goto A, Yoshida T ( 2008). Role of maternal tissues in qLG-9 control of seed longevity in rice( Oryza sativa L.). Breed Sci 58, 1-5.
[44] Wan JM, Cao YJ, Wang CM, Ikehashi H ( 2005). Quantitative trait loci associated with seed dormancy in rice. Crop Sci 45, 712-716.
[45] Wang JK, Li HH, Zhang LY ( 2014). QTL ICI Mapping V4.0 [2014]. .
[46] Xie K, Jiang L, Lu BY, Yang CY, Li LF, Liu X, Zhang L, Zhao ZG, Wan JM ( 2011). Identification of QTLs for seed dormancy in rice (Oryza sativa L.). Plant Breed 130, 328-332.
[47] Xue Y, Zhang SQ, Yao QH, Peng RH, Xiong AS, Li X, Zhu WM, Zhu YY, Zha DS ( 2008). Identification of quantitative trait loci for seed storability in rice (Oryza sativa L.). Euphytica 164, 739-744.
[48] Zeng DL, Guo LB, Xu YB, Yasukumi K, Zhu LH, Qian Q ( 2006). QTL analysis of seed storability in rice. Plant Breed 125, 57-60.
[49] Zhang ZH, Yu SB, Yu T, Huang Z, Zhu YG ( 2005). Mapping quantitative trait loci (QTLs) for seedling-vigor using recombinant inbred lines of rice (Oryza sativa L.). Field Crop Res 91, 161-170.
[50] Zhuang JY, Fan YY, Rao ZM, Wu JL, Xia YW, Zheng KL ( 2002). Analysis on additive effects and additive- by-additive epistatic effects of QTLs for yield traits in a recombinant inbred line population of rice. Theor Appl Genet 105, 1137-1145.
[1] 管柳蓉, 刘祖培, 徐冉, 段朋根, 张国政, 于海跃, 李静, 罗越华, 李云海. 一个新的OsBRI1弱等位突变体的鉴定及其调控种子大小的功能研究[J]. 植物学报, 2020, 55(3): 279-286.
[2] 章怡兰, 林雪, 吴仪, 李梦佳, 张晟婕, 路梅, 饶玉春, 王跃星. 水稻根系遗传育种研究进展[J]. 植物学报, 2020, 55(3): 382-393.
[3] 韩美玲, 谭茹姣, 晁代印. “绿色革命”新进展: 赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种[J]. 植物学报, 2020, 55(1): 5-8.
[4] 张彤,郭亚璐,陈悦,马金姣,兰金苹,燕高伟,刘玉晴,徐珊,李莉云,刘国振,窦世娟. 水稻OsPR10A的表达特征及其在干旱胁迫应答过程中的功能[J]. 植物学报, 2019, 54(6): 711-722.
[5] 张硕, 吴昌银. 长链非编码RNA基因Ef-cd调控水稻早熟与稳产[J]. 植物学报, 2019, 54(5): 550-553.
[6] 李伟滔, 贺闽, 陈学伟. ZmFBL41 Chang7-2: 玉米抗纹枯病的关键利器[J]. 植物学报, 2019, 54(5): 547-549.
[7] 田怀东, 李菁, 田保华, 牛鹏飞, 李珍, 岳忠孝, 屈雅娟, 姜建芳, 王广元, 岑慧慧, 李南, 闫枫. 水稻两性生殖细胞的N-甲基-N-亚硝基脲诱变方法[J]. 植物学报, 2019, 54(5): 625-633.
[8] 周纯, 焦然, 胡萍, 林晗, 胡娟, 徐娜, 吴先美, 饶玉春, 王跃星. 水稻早衰突变体LS-es1的基因定位及候选基因分析[J]. 植物学报, 2019, 54(5): 606-619.
[9] 刘栋峰, 唐永严, 雒胜韬, 罗伟, 李志涛, 种康, 徐云远. 利用低温水浴鉴定水稻苗期耐寒性[J]. 植物学报, 2019, 54(4): 509-514.
[10] 程新杰, 于恒秀, 程祝宽. 水稻减数分裂染色体分析方法[J]. 植物学报, 2019, 54(4): 503-508.
[11] 王孝林,王二涛. 根际微生物促进水稻氮利用的机制[J]. 植物学报, 2019, 54(3): 285-287.
[12] 栗露露, 殷文超, 牛梅, 孟文静, 张晓星, 童红宁. 油菜素甾醇调控水稻盐胁迫应答的作用研究[J]. 植物学报, 2019, 54(2): 185-193.
[13] 叶雯澜,马国兰,袁李亚男,郑士仪,程琳乔,方媛,饶玉春. 水稻细菌性穗枯病的病原特性和抗性研究进展[J]. 植物学报, 2019, 54(2): 277-283.
[14] 陈琳,林焱,陈鹏飞,王绍华,丁艳锋. 水稻响应缺铁的韧皮部汁液蛋白质组学分析[J]. 植物学报, 2019, 54(2): 194-207.
[15] 薛治慧, 种康. 中国科学家在杂种F1克隆繁殖研究领域取得突破性进展[J]. 植物学报, 2019, 54(1): 1-3.
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[1] 秦维诚 李建忠. 抗寒剂CR-4 在我地区水稻育秧中推广使用效果[J]. 植物学报, 1994, 11(特辑): 102 -104 .
[2] 董宁光, 高英, 王伟, 尹伟伦, 裴东. 杨树试管苗嫩茎生根过程中内源IAA的免疫金银定位[J]. 植物学报, 2011, 46(3): 324 -330 .
[3] 洪薇 曹家树. FLC基因表达在植物春化过程中的作用[J]. 植物学报, 2002, 19(04): 406 -411 .
[4] . 植物资源利用与开发(二)[J]. 植物学报, 1994, 11(02): 53 -57 .
[5] 范庆书 赵建成 于树宏 李秀芹. 苔藓植物孢子萌发与原丝体发育研究进展[J]. 植物学报, 2003, 20(03): 280 -286 .
[6] 安承熙. 细叶菊挥发油的化学成分的研究[J]. 植物学报, 1997, 14(增刊): 74 -76 .
[7] 聂玮. 水莎草的某些生物学特性观察[J]. 植物学报, 1988, 5(01): 34 -36 .
[8] 范桂枝 蔡庆生. 植物对大气CO2 浓度升高的光合适应机理[J]. 植物学报, 2005, 22(04): 486 -493 .
[9] 韦泽秀, 梁银丽, 山田智, 曾兴权, 周茂娟, 黄茂林, 吴燕. 不同水肥条件下番茄土壤微生物群落多样性及其与产量品质的关系[J]. 植物生态学报, 2009, 33(3): 580 -586 .
[10] 李建东. 第四届东北草原学术会议在长春召开[J]. 植物生态学报, 1983, 7(1): 88 .