水稻粒长基因的研究进展

水稻粒长基因的研究进展作者：郑跃滨杨琬祺赵海燕王兰

来源：《安徽农业科学》2020年第15期

摘要粒长是水稻重要的农艺性状之一，既影响水稻产量，又影响稻米品质。水稻的粒长是数量性状，遗传机理复杂。对控制水稻粒长基因的QTL定位、粒长基因的克隆与功能分析、粒长基因的相互作用及粒长基因在分子育种上的应用等方面进行综述，旨在为水稻的粒形育种与品质改良提供参考。

关键词水稻;粒长基因;QTL;克隆

中图分类号S511文献标识码A

文章编号0517-6611（2020）15-0004-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.002

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Advances of Genes on Controlling Rice Grain Length

ZHENG Yuebin1，YANG Wanqi2，ZHAO Haiyan1 et al

（1.College of Agriculture，South China Agricultural University，Key Laboratory of Molecular Breeding in Guangdong Province，Guangzhou，Guangdong ;510642;2.College of Physics and Electronic Engineering，Harbin Normal University，Harbin，Heilongjiang 150042）

AbstractGrain length is one of the important agronomic traits of rice，which affects both rice yield and rice quality.Grain length of rice is a quantitative trait and its genetic mechanism is very complex.The paper summarized the research results of QTLs mapping，gene cloning and functional analysis，and genes interactions of rice grain length genes，the application of grain length genes in molecular breeding，in order to provide reference for grain shape breeding and quality improvement of rice.

Key wordsRice;Grain length genes;QTL;Cloning

基金項目广东省教育厅科技创新项目（2013KJCX0035）。

作者简介郑跃滨（1995—），男，河北抚宁人，硕士研究生，研究方向：水稻遗传育种。*通信作者，副教授，博士，从事水稻分子遗传研究。

收稿日期2020-02-27;修回日期2020-04-20

粒长（grain length，GL）是水稻粒形的三大构成因素（粒长、粒宽、粒厚）之一。粒长、粒宽和粒厚对粒重的总影响力达94.4%，直接影响水稻的单产[1]，其中粒长对水稻粒重的贡献

更大[2]。研究表明，粒形细长的品种米质较好[3-4]。进行品质改良时，选育的稻米要求粒形较长、宽度较小、长宽比适中。因此，粒长也是稻米品质的一个重要指标。

从20世纪30年代开始，日本就开始对粳稻品种的矮化进行研究[5]，水稻矮秆基因及杂种优势的利用，实现了水稻产量的两次跨越[6]。但随着耕地面积的减少，人民生活水平的提高，现有的水稻单产与品质已不能满足人民生活的需求。改变水稻籽粒的形状，不仅能增加水稻的产量，还能提高稻米的品质。近年来，随着分子生物技术及测序技术的发展，通过改变水稻粒形来育种已越来越受到水稻育种家的重视。通过BSA重测序定位及KASP精细定位来定位水稻粒长基因，进而克隆该粒长基因，再通过基因编辑技术来改良籽粒形状，提高水稻产量，成为最新克隆基因的热点。研究表明，水稻谷粒粒形受多基因控制，属于数量遗传性状，遗传基础很复杂[7]，并且粒长基因以加性效应为主，同时还存在显性作用[8]。笔者对控制水稻粒长基因的QTL定位进行总结，并对已克隆粒长基因进行功能分析，以及已克隆粒长基因的相互作用和在当代分子育种上的应用进行深入探讨，以期为水稻粒形的分子育种提供帮助。

1控制粒长相关基因的QTL定位

随着水稻功能基因组学和重测序技术的快速发展，对粒长基因的定位越来越多。据不完全统计，目前已定位到与粒长相关的 QTLs 达120 个，以 3、2、1 和 10 号染色体上最多。赵明富等[9]对BC;3F;2进行QTL定位，结果发现控制粒长QTL（暂定名GL2（t））位于第2染色体，与RM530 连锁，遗传距离为4.1 cM，是个尚未报道的粒长显性主效QTL。高虹等[10]用小粒水稻材料“日本小黑稻”和大粒水稻材料“80018-TR161-2-1”及其F;2和F;2∶3家系检测到谷粒长度受1对隐性核基因控制，命名为GL3。将该基因定位在水稻第3号染色体上SSR标记PSM379和RM16之间，它们的遗传距离分别为4.0和11.2 cM。Shao等[11]利用粳稻品种D50和籼稻品种HB27构建的重组自交系，定位到粒长QTL qGL7-2，在InDel1和RM21945这2个标记之间278 kb的物理范围内。Bai等[12]用籼稻品种南阳占和粳稻品种川7构建的F;7∶8重组自交系群体RIL，发现4个影响粒长的QTL，分别定位于第3、7、10号染色体，其中一个微效QTL，qGL7被定位到一个InDel标记RID711和RM6389之间258 kb的范围内（以日本晴基因组序列为参照），且基因与InDel标记RID710和RID76共分离。曾瑞珍等[13]利用单片段代换系定位发现粒长QTL gl-3被定位于第3号染色体的SSR标记RM6146和PSM377之间，遗传距离分别为1.5和11.0 cM[14]。笔者利用小粒矮秆野生稻品系S18和长粒栽培稻品系KJ01组配定位群体F2，也定位了一个新的主效QTL，位于3号染色体上（结果未发表）。

由于不同亲本构建的不同群体以及环境的影响，被定位的这些QTLs，有些可能是同一位点。由于粒长基因遗传机制复杂，定位的QTLs很多，但迄今为止，已克隆和进行功能研究的QTLs不多。

2粒长相关基因克隆及功能分析