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1、2010年第55卷第1期：1~11《中国科学》杂志社论文www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS水稻淀粉合成相关基因分子标记的建立①*②*③②②②②①①②田志喜,严长杰,钱前,严松,谢会兰,王芳,徐洁芬,刘贵富,王永红,刘巧泉,②①†②†汤述翥,李家洋,顾铭洪①中国科学院遗传与发育生物学研究所,北京100101②扬州大学农学院,教育部植物功能基因组学重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,扬州225009③中国水稻研究所,杭州310006*为同等贡献†联系人,E-mail:gumh@yzu.edu.cn,jyli@genetics.
2、ac.cn2010-01-20收稿,2010-07-27接受国家自然科学基金重点项目(30530470)、国家高技术研究发展规划(2006AA10Z118和2006AA10A102)、国家重点基础研究发展计划(2005CB120804)、教育部霍英东青年教师基金(101030)以及国家博士后基金(20060390966)资助摘要稻米品质改良是水稻育种的重要方面,传统的常规育种方法由于缺乏对目标基因有关键词效检测的手段,无法对稻米品质的基因型进行有效操作,因而品质改良进展缓慢.利用分水稻子标记辅助选择与传统育种技术相结合,可以在对稻米外观品质进行鉴定的同时,对被选淀粉合成相关基因个体的基因型进
3、行准确的鉴定.结合品质的测定,可以大大提高育种效率.但是,目前可分子标记稻米品质改良用于稻米品质分子辅助育种的分子标记很少.稻米品质与淀粉组分密切相关,我们分析了16个典型水稻品种18个在淀粉合成中的重要基因的全基因序列,明确了各个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,这可为稻米品质的分子育种提供可靠的依据.水稻是最重要的粮食作物之一.全球将近二分一因多效、多因一效、调控基因以及修饰基因等作用,之一的人口以稻米为主食.因此,水稻高产和优质一个体的表现型与基因型往往存在较大差异,因而通直是育种家追求的两大主要目标.在过去的三、四十过田间表型性状进行个体选择
4、的准确性较差.品质年里,矮化育种和杂种优势利用使水稻产量潜力取性状由于遗传控制系统十分复杂,这一问题就显得得了较大幅度的提高,有力地推动了大面积水稻生尤为突出.分子标记辅助选择(marker-assistedselec-产,基本满足了消费的需求.随着水稻产量的提高,tion,MAS)由于可以在基因型水平上直接对分离群体[1~2]消费者对稻米品质的要求越来越高,而现有主栽中的个体进行鉴定和选择,因而可以大大提高对目[4]品种的品质,尤其在蒸煮和食味品质的改良上进展标性状的选择效率,缩短育种周期.Bernatzky和[5]缓慢,水稻产量与品质的矛盾日益突出.anksley过机算机模拟分析表明,M
5、AS的育种效率传统育种中对目标性状的选择具有一定的不可至少是常规育种的一倍以上.因此,加强MAS技术预测性.其成功与否很大程度上取决于育种群体内在水稻品质改良上的应用研究具有重要的实践意义.的遗传变异度,尤其是目标性状的有利变异度,以及除了易受环境影响外,稻米品质性状遗传上的[3]对这种有利变异定向选择的效率.并且,单株选择复杂性是难以进行遗传操作的根本原因,也是近年是对符合育种目标性状的个体进行直接选择,即选来稻米品质改良滞后于产量提高的重要原因之一.择的是个体表现型而不是基因型.由于基因间存在稻米的主要成分是淀粉(约占精米的90%),因而稻米英文版见:TianZX,YanCJ,QianQ
6、,etal.Developmentofgene-taggedmolecularmarkersforstarchsynthesis-relatedgenesinrice.ChineseSciBull,2010,55,doi:10.1007/s11434-2010年1月第55卷第1期[6]淀粉的组分和结构是影响稻米品质的主要因素.已基因在稻米品质形成中的作用进行了系统分析,发有研究表明,与稻米淀粉合成相关的酶主要有5大类,现不同淀粉合成相关基因的遗传变异组合对稻米品[28]包括ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucosepyro-质的形成具有决定性的作用.如果能将各个基因phosphoryl
7、ase,AGPase)、颗粒结合淀粉合成酶(gran-的遗传变异转化为可操作的分子标记,结合MAS应ulebindingstarchsynthase,GBSS)、可溶性淀粉合成用于稻米品质育种工作中,必将有效推进稻米品质酶(solublestarchsynthase,SSS)、淀粉分支酶(starch的改良.branchingenzyme,SBE)和脱分支酶(debranchingen-为了实现以上目标,本研
