长粒优质香稻玉针香的基因型分析

龚 柯，孙廉平，张迎信，曹正男，赵振东，周 政，赵正洪，占小登

（1.中国水稻研究所，国家水稻改良中心，浙江省超级稻研究重点实验室，浙江 富阳 311401；2.中国水稻研究所北方水稻研究中心，黑龙江 宝清 155600；3.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；4. 湖南杂交水稻研究中心，杂交水稻国家重点实验室，湖南 长沙 410125）

培育优质高产且兼具香味的水稻品种是近年来水稻育种者关注的主要目标。优质香稻品种玉针香是湖南省水稻研究所育成的常规中熟晚籼稻品种。因其特细长的米粒、晶莹剔透的外观、松软有嚼劲的口感和特殊的自然清香味，该品种表现出极高的市场推广价值和育种价值[1]，是多家种业和米业公司争相推广的高档特优级香米品种。近年来，该品种也陆续被多家育种单位作为优质育种研究的骨干亲本广泛配组利用。然而，对于玉针香的细长粒、优质、香味等特性的分子遗传机制，尚鲜有报道。研究以日本晴、9311、华占、中恢9308 和中恢8015 作为对照品种，通过已发表的功能标记，对玉针香中8 个粒形基因GS3、GW5、GS6、GW6a、GL7/GW7、GLW7、GW8 和 GS9[2]以及稻米品质关键基因Wx[3]、香味基因BADH2[4]进行了基因型检测，以期明确优质香稻品种玉针香的遗传背景，为水稻遗传育种中分子标记辅助选择和亲本选配提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料日本晴、9311、中恢9308、中恢8015 和 华占这5 个水稻种质均由中国水稻研究所超级稻育种课题组提供，玉针香原原种由湖南省水稻研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 粒形考察 6 个供试材料植株成熟后，收取主穗上的谷粒，经37℃恒温箱（XMTD-8222）烘干36 h 后观察谷粒外形。每个材料随机挑选10 粒成熟饱满的籽粒，通过中晶ScanMaker i800 Plus 扫描仪（型号：MRS-9600TFU2L）考察粒长和粒宽（精度均为0.01 mm），计算稻谷的长宽比。每个材料选取1 000 粒饱满的谷粒，使用百分之一精度的电子天平称取重量，重复3 次，取平均值作为千粒重。

1.2.2 DNA 提取与PCR 反应 幼苗期，采摘每份材料的鲜嫩叶片进行总DNA 提取，DNA 提取、PCR 扩增和检测方法均参照孙廉平等[5]所述方法进行。该研究所用功能标记基因的引物序列如表 1 所示。其中，GS6-InDel、GW6a-InDel、GL7-InDel2、GLW7-InDel、GW5-InDel 和GW8-InDel 标记引物是张琳等[6]对包括来自水稻多样性小组的257 份材料在内的全球水稻品种进行了等位基因发掘时，以日本晴为对照，根据粒形基因GS6、GW6a、GL7、GLW7、GW5 和GW8的序列差异设计的检测标记，分别对应着GS6 的上游714～719 处发生的12 bp 插入、GW6a 的基因上游584～589 处发生的6 bp 缺失、GL7 的启动子区发生的11 bp 缺失、GLW7 的启动子区发生的6 bp 缺失、GW5 基因约5 kb 区域发生的1 212 bp 大片段缺失和GW8 启动子区发生的10 bp 缺失；引物In0919（GS9）和Chr701（GW7）是张晨等[7]通过比较日本晴和9311 中GS9 基因3'UTR 区存在的22 bp 差异和GW7基因启动子区存在的18 bp 差异分别开发的多态性较好的基因分型标记；引物SF28 是Fan 等[8]根据GS3第2 个外显子上的一个C-A 突变导致GS3 翻译提前终止的特异位点设计的检测标记；利用上述功能标记分别对日本晴、9311、玉针香、华占、中恢8015 和中恢9308 中的粒形基因进行检测。引物Wx-484/485 是Bligh 等[3]发现在Wx 核苷酸序列中存在一段（CT）n的微卫星序列，并以此为基础设计的一套可以鉴别直链淀粉含量的功能标记，可以对高直链淀粉含量和低直链淀粉含量品种进行基因型检测。BADH2-E2 和BADH2-E7 这2 对功能标记是王军等[9]根据香味等位基因BADH2 第2 个外显子上的7 bp 缺失和第7 个外显子上的8 bp 缺失分别设计的，前者通过扩增的片段长度是否为100 或107 bp 来鉴定是香型还是非香型材料，双条带为杂合；后者则通过扩增的片段长度是否为196 或204 bp 来鉴定是香型还是非香型，2 个标记中任意1 个或2 个均表现为缺失型的品种，都会表现为具有香味。

表 1 研究所用标记引物

2 结果与分析

2.1 粒形与稻米品质考察

如图1 所示，相对于其他5 个品种，玉针香粒形最为细长，其粒长为（11.79±0.01）mm，粒宽为（2.11±0.01）mm，长宽比高达5.50±0.03，千粒重为（26.47±0.09）g（表2），粒形外观和千粒重均表现较优，远高于粳稻品种日本晴，相较于其他几个籼稻品种，也呈现了明显的细长粒优势。观察6 个品种的精米（图2）发现，玉针香的外观表现和垩白分布均优于其他5 个品种。

2.2 粒形基因的分子标记检测

如图3 所示，在调控粒长的GS3、GS6、GLW7、GL7/GW7 等4 个基因中，玉针香的检测结果表现为GS6 插入型、GL7/GW7 插入型、GS3 缺失型和GLW7缺失型；而在调控粒宽的基因GW5、GW8、GW6a 和GS9 中，GW5 和GW8 在玉针香中均表现为插入型，GW6a 和GS9 则表现为缺失型。

表 2 供试水稻品种谷粒的长、宽及千粒重

图 1 供试水稻品种谷粒外形的比较

图 2 供试水稻品种精米外观品质表现

图3 供试水稻品种粒形基因的检测

2.3 米质基因Wx 和香味基因BADH2 的分子标记检测

如图4 所示，玉针香中Wx 基因的基因型与其他5 个材料存在差异，表现为缺失型，即属于低直链淀粉基因型；BADH2 基因型鉴定结果表明，玉针香在BADH2 的第2 个外显子上并不存在该7 bp 的缺失，与日本晴等其他5 个品种一致，但BADH2-E7 标记中玉针香显示为缺失型，证实了其香味特征主要是由第7 个外显子上的8 bp 缺失引起的。

图4 供试水稻品种米质基因Wx 和香味基因BADH2 的检测

2.4 玉针香中的基因分型

根据12 个功能标记的检测结果，对日本晴、9311、玉针香、华占、中恢9308 和中恢8015 中粒形基因、直链淀粉含量基因Wx 以及香味基因BADH2进行了基因型分型和汇总，结果如表 3 所示，12 个标记中除了BADH2-E2 标记外，其余的11 个标记在6个品种中均存在多态性；其中，香味基因BADH2 的标记BADH2-E7 和稻米品质基因Wx 标记485/486 的检测结果中，除玉针香外，其余5 个材料的检测结果一致，证实了玉针香低直链淀粉含量的优异稻米品质和独特香味很可能受上述2 个基因的基因型调控；在粒长基因中，GS3、GL7/GW7、GLW7 和GS9 均表现为导致粒长的基因型，上述基因的优势粒长基因型对于玉针香的细长粒表型起了正向调控作用；粒宽基因GW5、GS6、GW6a、GW8 的检测结果中，玉针香的检测结果分别为插入型、插入型、缺失型、插入型，这些基因型也促使玉针香的细长粒表型形成。

表3 供试水稻品种的基因型及遗传效应

3 结论与讨论

中国有着悠久的水稻种植历史，水稻籽粒的外观、香味和口感等会直接影响消费者的消费意愿。但传统香稻大多为地方品种，株型普遍偏高，生育周期较长，产量普遍偏低，适宜种植区域有限，且抗病性和抗逆性较差，不适宜大面积种植和生产。玉针香在稻米品质和粒形方面具有极大优势，但目前主要作为常规稻种植。研究以日本晴、9311、华占、中恢8015 和中恢9308 为对照，针对玉针香的细长粒型、优质品质和独特香味，通过12 个特异性功能基因标记对与粒形、稻米品质和香味相关的10 个基因（GS3、GW5、GS6、GW6a、GL7/GW7、GLW7、GW8、GS9、Wx、BADH2）进行检测，结果表明：玉针香的特细长粒形可能主要受GS3、GL7、GW7 影响，同时兼具多个粒形基因的正向调控共同促成，其中GLW7 和GW8 基因型还可以显著改善稻米品质[2]；其优良稻米品质可能是受GLW7、GW8 和Wx 基因型的共同作用所致；其独特香味可能主要受BADH2 第7 个外显子缺失的影响。对玉针香粒形、稻米品质和独特香味性状进行基因型检测既有助于了解其遗传背景，为多个优势基因的聚合育种提供理论参考，也为采用分子标记辅助手段实现水稻粒形及优质品种的定向选育提供思路。

挖掘优质基因是实现水稻优质高产育种的有效途径之一，目前关于水稻的粒形、稻米品质和香味特征的遗传机理在突变体等试验材料中的研究很多，但是聚合多个优势基因同时育种却鲜有成功先例。玉针香是一个具有细长粒形、优良稻米品质及独特香味的优质水稻品种，在实际育种工作中可作为供体亲本，通过上述特异性功能基因标记对水稻粒形、米质和香味进行定向筛选，极具利用价值。当然，玉针香中可能还存在其他优势基因，这些基因的功能和表现亟待进一步发掘、研究和利用。