水稻淀粉合成相关基因分子标记的筛选与利用

江苏农业学报(Jiangsu J.of Agr.Sci.),2015,31(3):471~476h ttp://www.js n y x https://www.360docs.net/doc/d73888827.html,

刘燕清,强新涛,赵春芳,等.水稻淀粉合成相关基因分子标记的筛选与利用[J].江苏农业学报,2015,31(3):471?476.doi:10.3969/j.issn.1000?4440.2015.03.001

刘燕清1,2,　强新涛1,2,　赵春芳2,　于　新2,　姚　姝2,　周丽慧2,　陈　涛2,　赵庆勇2,朱　镇2,　张亚东2,　王才林1,2

(1.南京农业大学农学院/江苏省现代作物生产协同创新中心,江苏南京210095;2.江苏省农业科学院粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心,江苏南京210014)

收稿日期:2015?01?16

基金项目:江苏省农业科技自主创新基金项目[CX(12)1003];江苏

省科技支撑计划项目(BE2013301);现代农业产业技术体系建设专项基金项目(CARS?01?47)

作者简介:刘燕清(1989?),女,甘肃白银人,硕士研究生,主要从事水

稻遗传育种研究三(Tel )187********;(E?mail )yan?

qing2012njnd@https://www.360docs.net/doc/d73888827.html,

通讯作者:王才林,(Tel)025?84390307;(E?mail)clwang@https://www.360docs.net/doc/d73888827.html,

摘要:　利用分子标记检测的方法,对不同水稻品种间的淀粉合成相关基因的基因型进行了系统筛选三结果显示,淀粉合成相关基因在籼粳亚种间表现出较好的多态性,在籼亚种内存在较大变异,在粳亚种内较为保守,籼稻品种9311和明恢63的基因型更接近于粳稻品种;在28个粳稻亲本中检测到6个淀粉合成相关基因存在着2种或3种等位基因型三利用在关东194和武粳13之间具有多态性的可溶性淀粉合成酶基因SSIIa 和SSIIIa 的分子标记,在其杂交后代88份粳稻品系中检测到2个基因的4种基因型三

关键词:　水稻;淀粉合成相关基因;分子标记;优质育种

中图分类号:　S511;Q78 文献标识码:　A 文章编号:　1000?4440(2015)03?0471?06

Selection and application of molecular markers for starch synthesis?related genes in rice

LIU Yan?qing 1,2,　QIANG Xin?tao 1,2,　ZHAO Chun?fang 2,　YU Xin 2,　YAO Shu 2,　ZHOU Li?hui 2,　CHEN Tao 2,　ZHAO Qing?yong 2,　ZHU Zhen 2,　ZHANG Ya?dong 2,　WANG Cai?lin 1,2

(1.College of Agriculture ,Nanjing Agricultural University /Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production ,Nanjing 210095,China ;

2.Institute of Food Crops ,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences /Jiangsu High Quality Rice R&D Center /Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement ,Nanjing 210014,China )

Abstract :　The genotypes of starch synthesis genes were systematically screened in different rice varieties by means of molecular marker detection.A great number of polymorphisms of the genes were identified within indica and japonica rice

with 48molecular markers out of 83.The starch synthesis?related genes were highly conserved in indica rice and were high?ly diversed in japonica rice.Genotypes of indica varieties 9311and Minghui 63were closer to those of japonica varieties.Two or three alleles of six starch synthesis?related genes were found in 28japonica parents.Four genotypes of the two solu?

ble starch synthase genes,SSIIa and SSIIIa ,were detected in 88breeding lines derived from the cross of Kanto 194/Wujing 13by using the molecular markers.Key words :　rice (Oryza sativa L.);starch syn?

thesis?related gene;molecular marker;

high quality

breeding

淀粉是稻米胚乳中最主要的成分,占精米的

90%,由直链淀粉和支链淀粉组成,其中直连淀粉含量一直以来被认为是衡量稻米食味品质的最重要指标[1?3]三直链淀粉是由蜡质基因(Wx)编码的颗粒结合淀粉合成酶(GBSS)催化而成的三支链淀粉由可溶性淀粉合成酶(SSS)二淀粉分支酶(SBE)以及淀粉去分支酶(DBE)等协同合成三在淀粉合成途径中已报道了20多个相关基因参与编码这些酶类,包括编码ADP?葡萄糖焦磷酸化酶大小亚基的AGPlar二AGPis二AGPsma基因及由不同剪接方式产生的多个基因,编码淀粉合成酶的基因Wx二GBSSII二SSI二SSI?Ia二SSIIb二SSIIc二SSIIIa二SSIIIb二SSIVa二SSIVb,编码淀粉去分支酶的基因SBE1二SBE3二SBE4以及编码去分支酶的ISA二PUL基因等[4?6]三近年来有学者认为淀粉磷酸化酶和歧化酶也参与了淀粉合成,其编码基因有PHO1二PHO2和DPE等[7]三面对如此众多的参与淀粉合成的调控基因,要研究它们对稻米食味品质的遗传效应,应该首先明确它们在基因组水平上的基因型差异三

淀粉合成相关基因在水稻种质资源中存在着丰富的自然变异这些等位变异决定了稻米品质性状的多样性表现,在大量资源中挖掘淀粉合成相关基因的优异等位变异是品质性状育种改良的重要研究内容[8]三目前,国内已经对淀粉合成相关基因进行了序列分析,并设计了有效的基因型检测分子标记三谢会兰[9]对13个品质性状上有差异的水稻品种中的18个淀粉合成相关基因进行了测序,在基因序列上的InDel及SNP特异位点处有选择地进行标记设计,研究了这些标记在复等位基因研究方面的应用潜力三李刚[10]基于水稻籼粳亚种数据库比对,开发了淀粉合成相关基因的15个分子标记,根据各基因标记所划分的基因型来分析非糯材料淀粉理化特征值的差异三田志喜等[11]通过分析16个典型水稻品种的淀粉合成相关基因的全基因序列,明确了各基因在不同种质中的等位变异,设计了51个可以区分不同等位基因变异的分子标记三

本研究尽可能多地收集了当前文献资料中的淀粉合成相关基因的分子标记,在不同水稻品种中进行了多态性筛选,并利用筛选到的差异等位基因标记,在粳稻育种后代品系中进行基因型鉴定,为分析淀粉合成相关基因的遗传效应奠定基础三1　材料与方法

1.1　供试材料

包括3组水稻品种(系),第一组为17份不同水稻品种,包括6个籼稻品种二8个粳稻品种和3个糯稻品种;第二组为28份粳稻亲本,主要为全国各省的主栽品种;第三组为来源于关东194/武粳13组合后代的88份稳定品系三

供试材料于2013年5月~10月种植在江苏省农业科学院粮食作物研究所试验田三5月10日播种,6月10日移栽,常规管理三

1.2　试验方法

1.2.1　DNA的提取　移栽后30d取幼嫩叶片,采用CTAB法[12]提取DNA三

1.2.2　淀粉合成相关基因分子标记引物设计　利用文献报道的淀粉合成途径中的调控基因及所用到的分子标记信息[13?15],由上海英俊生物科技有限公司合成分子标记检测引物,共合成了83对引物,包括STS和CAPS标记三

1.2.3　DNA片段扩增与酶切　PCR反应在Eppen?dorf?5330PCR仪上扩增,总体积10.00μl,其中dd H2O6.55μl,10×Buffer1.00μl,dNTP0.20μl, Taq DNA聚合酶0.50μl,上二下游引物各1.00μl,模板DNA1.00μl三PCR扩增采用94℃预变性5 min;94℃变性30s,55℃退火30s,72℃延伸1 min,共33个循环三酶切体系:PCR扩增产物10.00μl,内切酶1.00μl,10×Buffer2.00μl,0.1%BSA 2.00μl,dd H2O5.00μl三酶切时间为1h三产物用1.5%的琼脂糖凝胶或者9.0%的聚丙烯酰胺电泳检测三试验中所用内切酶均购于TaKaRa公司三1.2.4　聚类分析　PCR扩增产物根据扩增带的有无按1二0统计建立数据矩阵三在相同迁移位置上,有带记为 1”,无带记为 0”,缺失记为 9”三每2份材料间的遗传差异按Nei等[16]的方法计算遗传相似性系数和遗传距离三根据所得遗传相似系数,利用NTSYS?pc Version2.0软件[17],用其中的UPGMA 方法进行遗传相似性聚类三

2　结果与分析

2.1　淀粉合成相关基因分子标记在籼粳亚种间的多态性

利用文献报道的淀粉合成相关基因的83个分

274江苏农业学报　2015年第31卷第3期