林晗 徐江民 胡瑚倩 鄭安 徐婉璐 漏平 王躍星 曾大力,* 饒玉春, ,*

?

水稻耐金屬離子脅迫的QTL分析

林晗1, #徐江民1, #胡瑚倩1, #鄭安1徐婉璐1漏平1王躍星2曾大力2,*饒玉春1, 2,*

(1浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院, 浙江 金華 321004；2中國水稻研究所 水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310006;#共同第一作者;*通訊聯(lián)系人, E-mail: dalizeng@126.com; ryc@zjnu.cn )

本研究旨在篩選與水稻苗期耐不同金屬離子連鎖的分子遺傳標(biāo)記，為探討水稻耐不同金屬離子脅迫的遺傳研究提供參考。以典型秈粳交(春江06/臺(tái)中本地1號(hào))雙單倍體(DH)群體為材料，系統(tǒng)考查該群體及其雙親耐4種金屬離子(Fe2+、Cd2+、Al3+、Na+)脅迫的情況，利用業(yè)已構(gòu)建并完善的該群體加密的分子連鎖圖譜，對耐這4種金屬離子脅迫的QTL進(jìn)行檢測分析。另外，利用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)檢測處理前后相關(guān)基因的表達(dá)變化情況。發(fā)現(xiàn)耐各種金屬離子脅迫的QTL共8個(gè)，分別位于水稻第1、2、4、6、9、10和11染色體上，其中Fe2+處理后檢測到的QTL貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到24.47%(閾值為7.78)，位于第1染色體上RM1297－RM1061，同時(shí)對該區(qū)間與耐脅迫相關(guān)基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)這些基因在處理前和處理后表達(dá)水平存在不同程度的差異；Cd2+處理后檢測到1個(gè)QTL，位于第1染色體上；Al3+處理后檢測到QTL共5個(gè)，分別位于第2、4、6、10、11染色體上；Na+處理后檢測到QTL有1個(gè)，位于第9染色體上。根據(jù)不同金屬離子脅迫處理后DH群體的表型差異進(jìn)行QTL分析，發(fā)現(xiàn)耐各種金屬離子脅迫的QTL共8個(gè)，并初步定位于各染色體的遺傳標(biāo)記區(qū)間，這為精細(xì)定位并克隆相應(yīng)QTL，進(jìn)而探明水稻耐金屬離子脅迫QTL的分子調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

水稻；抗性；金屬脅迫；QTL分析

水稻是主要糧食作物，其產(chǎn)量和質(zhì)量對國家糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要[1-3]。20世紀(jì)以來，隨著人口數(shù)量大幅增長，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥等的應(yīng)用，土壤重金屬污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，其中包括Cu2+、Fe2+、Al3+、Cd2+、Na+等金屬離子對作物產(chǎn)量的影響。研究表明，我國目前有近2000萬hm2的農(nóng)田存在重金屬污染問題，全國每年因重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬t，經(jīng)濟(jì)損失至少200億元[4]。作為一類持久性潛在有毒污染物，稻田金屬離子污染不僅導(dǎo)致水稻生長發(fā)育受阻，影響水稻的加工和食味品質(zhì)[5]，更為嚴(yán)重的是有毒金屬在水稻體內(nèi)大量累積，可能污染食物鏈并危及生態(tài)安全，對人和動(dòng)物的生命和健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[6]。

稻田金屬污染治理目標(biāo)，尤其是重金屬離子，不僅要控制它的來源，減少工業(yè)廢水、廢渣等的排放，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測，抑制金屬對水稻的毒害，提高其產(chǎn)量，更重要的是減少它對各金屬元素的吸收，抑制其進(jìn)入食物鏈[7-8]。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須了解水稻對土壤各金屬元素吸收、運(yùn)輸和分配的規(guī)律及其機(jī)理；另一方面應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)基因或相關(guān)抗性QTL的鑒定、分離、克隆、組織結(jié)構(gòu)及其啟動(dòng)子活性研究，以便利用基因工程的方法改良水稻的耐金屬能力[9-10]。目前，對于水稻耐金屬相關(guān)的研究鮮有報(bào)道。在亞鐵毒害方面，研究者主要是通過株高、根長、根鮮質(zhì)量、葉片棕色化及葉綠素含量等指標(biāo)來評(píng)價(jià)水稻的耐受性，目前，報(bào)道的與耐鐵毒害相關(guān)的QTL有2、、、等[11]。在植物鎘耐性方面的QTL分析較少，駱旭添[12]利用Lemont/Dular重組自交系(RIL)群體對水稻耐鎘性進(jìn)行QTL分析，結(jié)果檢測到27個(gè)與耐鎘相關(guān)的QTL位點(diǎn)，其中有16個(gè)為加性位點(diǎn)，6個(gè)為上位性及其與環(huán)境互作位點(diǎn)，有12個(gè)集中于第1染色體上。此外，Ueno等[13-14]報(bào)道了一個(gè)控制鎘含量相關(guān)的基因，其編碼了一個(gè)重金屬ATP酶家族運(yùn)輸?shù)鞍?，該基因通過控制Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)來調(diào)控植株體內(nèi)鎘的含量。在耐鹽研究方面，目前共檢測到900多個(gè)耐鹽相關(guān)的QTL，但目前報(bào)道的精細(xì)定位或圖位克隆的QTL主要有位于水稻第1染色體上的和兩個(gè)位點(diǎn)[15]，基因編碼HKT(High-affinity K+transporter)家族的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(OsHKT1;5)，主要存在于水稻根的木質(zhì)部薄壁細(xì)胞中，具有專一性運(yùn)輸Na+的功能[16]；是同時(shí)控制水稻植株Na+、K+含量和Na+/K+的主效QTL[17]。另外，隨著分子生物學(xué)及圖位克隆的發(fā)展，一些耐鹽突變體逐漸被挖掘，有些已經(jīng)被精細(xì)定位，其作用機(jī)制也已明晰，如、、、和等。耐鋁性研究也是隨著現(xiàn)代化工業(yè)廢水污染而被研究者所重視，一些控制水稻耐鋁的相關(guān)基因也逐步被發(fā)現(xiàn)，并且這些基因的功能以及緩解水稻鋁毒害的途徑也逐步被認(rèn)知，如、、、、和等。編碼核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域，編碼跨膜結(jié)構(gòu)域，二者形成的復(fù)合物是一種功能類似于細(xì)菌型ABC轉(zhuǎn)運(yùn)子。這個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)子特異性轉(zhuǎn)運(yùn)尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-glucose)，為水稻去鋁毒所必需[18]。是一個(gè)特異參與抗鋁毒過程的轉(zhuǎn)錄因子，它通過調(diào)控下游的包括所有以上抗鋁毒基因在內(nèi)的31個(gè)基因的表達(dá)來解鋁毒[19]。是影響水稻鋁耐性的重要基因，其編碼的蛋白質(zhì)與檸檬酸的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)[20]。基因編碼的轉(zhuǎn)運(yùn)體主要在水稻根尖細(xì)胞的細(xì)胞膜上表達(dá)，能將外界的鋁離子轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，從而增加細(xì)胞內(nèi)的鋁含量[21]。編碼的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體主要在植物根部細(xì)胞的液泡膜上表達(dá)，能將植物中的鋁轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡中固定，從而減輕鋁毒[22]。前期我們分析了水稻耐Cu2+脅迫的QTL定位，共檢測到7個(gè)與銅脅迫有關(guān)的QTL，分別位于水稻第1、2、3和7染色體上，其中貢獻(xiàn)率最大的QTL為第2染色體上的，變異解釋率為14.60%[23]。雖然近年有關(guān)水稻中耐金屬基因QTL定位的研究取得了一定的進(jìn)展，但由于水稻抗逆性的遺傳機(jī)理較為復(fù)雜，存在著復(fù)雜的上位性互作等遺傳機(jī)制，且所檢測到的耐金屬離子脅迫的QTL的貢獻(xiàn)值較小，所以對耐各種金屬離子脅迫相關(guān)基因的精細(xì)定位和克隆研究一直進(jìn)展較慢。

本研究利用一對典型的秈粳交F1經(jīng)花藥培養(yǎng)產(chǎn)生的雙單倍體(DH)群體，用不同濃度Fe2+、Al3+、Cd2+、Na+溶液處理兩親本，找出使某個(gè)相關(guān)性狀的量化值差異最大的濃度，隨后用該濃度同樣處理DH群體，對各個(gè)子代該性狀的量化值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用業(yè)已構(gòu)建的分子連鎖圖譜進(jìn)行QTL區(qū)間分析，旨在揭示水稻耐各種金屬離子的遺傳機(jī)制，為精細(xì)定位并克隆相關(guān)基因奠定基礎(chǔ)，并為構(gòu)建耐金屬離子水稻品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

親本為粳稻品種春江06和秈稻品種臺(tái)中本地1號(hào)(TN1)。兩個(gè)親本雜交后，對F1進(jìn)行花藥離體培養(yǎng)，再經(jīng)化學(xué)試劑秋水仙素處理，共獲得純合、穩(wěn)定的二倍體(DH系)120個(gè)株系，組成DH群體。

1.2 水稻種子的萌發(fā)與培養(yǎng)

取親本水稻種子進(jìn)行表面消毒(70%酒精2 min，10% NaClO 30 min)，再用去離子水沖洗數(shù)次，水中浸種2 d，中途換水一次。再在37℃培養(yǎng)箱催芽2 d，挑選露白一致的種子播種于PCR板內(nèi)并移入光照培養(yǎng)箱內(nèi)水培，14 h光照/10 h黑暗培養(yǎng)，用于后續(xù)的逆境脅迫處理實(shí)驗(yàn)。

1.3 四種金屬離子最佳脅迫濃度的確定

四種金屬離子的脅迫選用3葉期且長勢較一致的幼苗各10株。將FeSO4母液配制成0、0.25×103、0.75×103、1.25×103、1.75×103、2.5×103mg/L六個(gè)濃度梯度，以無菌水為對照。pH維持在4.5~5.0之間，光照培養(yǎng)箱里脅迫培養(yǎng)4 d，測量根長，計(jì)算根相對伸長率，當(dāng)根的相對伸長率接近50%時(shí)的處理濃度確定為最佳脅迫濃度[3]。CdCl2母液配制成0、1、5、10、25、50 μmol/L六個(gè)濃度梯度，以無菌水為對照，調(diào)節(jié)pH為5.0~5.1，光照培養(yǎng)箱里脅迫培養(yǎng)4 d后測量根長，計(jì)算根相對伸長率[24]。AlCl3母液配制成0、25、50、100、200 μmol/L五個(gè)濃度梯度，以無菌水為對照。光照培養(yǎng)箱下脅迫培養(yǎng)4 d后測量根長，計(jì)算根相對伸長率[20]。NaCl母液配制成0、60、100、140、180、220 mmol/L六個(gè)濃度梯度[25]，以無菌水為對照。光照培養(yǎng)箱里脅迫培養(yǎng)3 d后，以葉片1/2以上面積枯黃作為幼苗枯死標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)幼苗枯死率。

1.4 DH群體耐不同金屬離子脅迫的考查

取DH群體各株系水稻種子500粒萌發(fā)，萌發(fā)后播種于PCR板內(nèi)并移入光照培養(yǎng)箱內(nèi)水培，3葉期開始處理，為了保證處理前幼苗生長狀態(tài)的一致性，挑選長勢一致且無明顯差異的幼苗進(jìn)行脅迫處理。依據(jù)各金屬離子處理親本時(shí)的流程來處理DH群體各株系，F(xiàn)e2+和Cd2+脅迫處理后測定并統(tǒng)計(jì)子代根長，Al3+脅迫處理后統(tǒng)計(jì)子代根相對伸長率及平均伸長量，Na+脅迫處理后統(tǒng)計(jì)子代枯死率。

1.5 連鎖圖譜的加密和QTL定位

在本實(shí)驗(yàn)室前期構(gòu)建的分子連鎖圖譜的基礎(chǔ)上，又在遺傳距離較大的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)，開發(fā)新的標(biāo)記，進(jìn)一步完善DH群體的分子標(biāo)記連鎖圖譜。從中選取178個(gè)均勻分布在12條染色體上的標(biāo)記構(gòu)建連鎖圖譜，該連鎖圖譜總共覆蓋1674.80 cM，平均圖距為9.44 cM。利用該加密后的分子連鎖圖譜進(jìn)行QTL區(qū)間作圖分析，采用軟件MapMaker/Exp 3.0b和MapMaker/QTL 1.1B對4種金屬離子脅迫的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了QTL分析。以檢出限(LOD) 2.5作為閾值，若標(biāo)記區(qū)間LOD≥2.5，則認(rèn)為該區(qū)間LOD值的最高處對應(yīng)的位點(diǎn)為該性狀的1個(gè)QTL。同時(shí)，計(jì)算了QTL對各金屬抗性的貢獻(xiàn)率和加性效應(yīng)。

1.6 基因表達(dá)定量分析

取鐵離子脅迫處理4 d和未處理的兩親本水稻葉片，葉片總RNA的提取按照植物總RNA提取試劑盒(RNeasy Plant Mini Kit, QIAGEN，Cat No.74904)說明書進(jìn)行；按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(ReverTra Ace?qPCR RT Kit, TOYOBO, Cat No. FSQ-101)說明書反轉(zhuǎn)錄成cDNA。根據(jù)QTL結(jié)果在第1染色體的區(qū)間內(nèi)，通過水稻基因組數(shù)據(jù)庫(http://rice. plantbiology.msu.edu/)的數(shù)據(jù)信息我們挑選了與脅迫相關(guān)的預(yù)測基因。相關(guān)引物序列見表1。利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)方法，分析各基因在兩親本處理前和處理后的表達(dá)差異。以作為內(nèi)參基因，每個(gè)反應(yīng)做3個(gè)平行復(fù)孔，采用2方法進(jìn)行相對定量分析[26]，重復(fù)做3次獨(dú)立反應(yīng)。實(shí)時(shí)PCR儀器為7500實(shí)時(shí)PCR體系(Applied Biosystems, Life Technologies)。對所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Excel和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用檢驗(yàn)比較不同數(shù)據(jù)間的差異。qRT-PCR體系(20 μL)包括cDNA模板2 μL，SYBR qPCR混合液(TOYOBO) 10 μL，正反引物(10 μmol/L)各0.8 μL，ddH2O補(bǔ)足至20 μL。qRT-PCR擴(kuò)增程序如下：95℃下30 s；95℃下5 s；55℃下10 s；72℃下15 s，40個(gè)循環(huán)。

表1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR的引物序列

2 結(jié)果與分析

2.1 四種金屬離子最佳脅迫濃度的確定

兩個(gè)親本水稻經(jīng)FeSO4梯度濃度脅迫處理，以無菌水為對照，觀察親本之間表型差異，計(jì)算得出每個(gè)脅迫濃度下的根相對伸長率。從表型性狀來看，春江06葉片發(fā)黃甚至變焦黑，受脅迫表現(xiàn)明顯，而TN1長勢良好幾乎不受亞鐵脅迫影響。從數(shù)據(jù)上看，1.75×103mg/LFe2+脅迫下水稻根相對伸長率最接近50%，因此確定該濃度為最佳脅迫濃度(圖1-A)。CdCl2梯度濃度和無菌水處理雙親4 d之后，計(jì)算每個(gè)脅迫濃度下的相對根伸長率。結(jié)果表明，雙親在5.0 μmol/L Cd2+處理下差異最顯著(圖1-B)，此時(shí)春江06的相對根伸長率為31.68%，受害明顯，TN1為84.76%與無菌水處理下的根伸長率差不多，幾乎不受Cd2+脅迫，因此確定該濃度為最佳脅迫濃度。經(jīng)Al3+濃度梯度處理親本幼苗4 d后，發(fā)現(xiàn)以50 μmol/L脅迫處理時(shí)兩親本之間出現(xiàn)最大差異(圖1-C)，TN1也表現(xiàn)出更耐鋁毒，因而確定50 μmol/L為最佳脅迫濃度。用6個(gè)梯度濃度的NaCl溶液對雙親進(jìn)行脅迫處理，結(jié)果表明經(jīng)0.14 μmol/L Na+脅迫處理后的枯死率差異顯著(圖1-D)，此時(shí)春江06與TN1枯死率差值最大為43.75百分點(diǎn)。

2.2 DH群體耐各金屬離子脅迫的考查

利用四種金屬離子的最佳脅迫濃度（1.75×103mg/L FeSO4、5.0 μmol/L CdCl2、50 μmol/L AlCl3、0.14 μmol/LNaCl）脅迫處理整個(gè)DH群體的后代各株系，并系統(tǒng)考查了DH群體萌發(fā)期對應(yīng)表型值數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)的測定和記錄，同時(shí)用滅菌水處理作對照。根據(jù)后代的表型值，發(fā)現(xiàn)120個(gè)DH株系對各金屬離子脅迫的耐受性表現(xiàn)為連續(xù)正態(tài)分布(圖2)，并且存在一些個(gè)體有超親現(xiàn)象，適合QTL區(qū)間 法作圖。

圖1 不同濃度的金屬離子脅迫處理對春江06和TN1根系生長的影響

Fig. 1. Effects of metal ion stress at different concentrations on root growth of Chunjiang 06 and TN1.

CJ06–春江06。

Fig. 2. Frequency distribution of DH lines under different concentrations of metal ions.

圖3 水稻耐金屬離子脅迫QTL的染色體定位

Fig. 3. Location of QTLs detected for metal ion tolerance.

2.3 QTL定位分析

利用已構(gòu)建的分子連鎖圖譜，對四種金屬離子脅迫DH群體的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了QTL檢測。一共發(fā)現(xiàn)了耐各種金屬離子脅迫的QTL 8個(gè)(表2、圖3)，分別位于水稻第1、2、4、6、9、10和11染色體上，其中經(jīng)FeSO4溶液處理后檢測到與根長相關(guān)的QTL貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到了24.47%(閾值為7.78)，位于第1染色體上RM1297－RM1061的標(biāo)記區(qū)間；經(jīng)CdCl2溶液處理后，在第1染色體上RM3411－RM212的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)檢測到與根長相關(guān)的QTL一個(gè)，其貢獻(xiàn)率為6.4%，說明這兩個(gè)QTL區(qū)間對水稻的根長調(diào)控密切相關(guān)，在亞鐵脅迫中有一定的耐性。經(jīng)AlCl3溶液處理后檢測到QTL共5個(gè)，包括與水稻根平均伸長量相關(guān)的QTL 2個(gè)及與水稻根相對伸長率相關(guān)的QTL 3個(gè)，其中與水稻根平均伸長量相關(guān)的QTL分別位于第4染色體上SSIII-1－RM3306的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)(閾值為11.11)和第6染色體上RM1370－SBE1(閾值為9.29)的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)，而與水稻根相對伸長率相關(guān)的QTL分別位于第2染色體上RM324－RM341的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)(閾值為11.66)、第10染色體上RM1083－SSII-1的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)(閾值為8.68)及第11染色體上RM286－RM1812的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)(閾值為8.84)。經(jīng)NaCl溶液處理后檢測到與水稻葉片枯死率相關(guān)的QTL共1個(gè)，貢獻(xiàn)率為12.21%，位于第9染色體上RM1026－RM205的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)。

表2 DH群體中水稻萌發(fā)期耐金屬離子脅迫QTL定位

2.4 耐鐵相關(guān)基因的表達(dá)分析

通過不同金屬離子對DH群體處理后的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)耐Fe2+QTL貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到了24.47%。并將該QTL初步定位于第1染色體的RM1297－RM106區(qū)間內(nèi)。為了分析該區(qū)間與耐鐵離子相關(guān)的可能基因，我們對該區(qū)間的可能基因進(jìn)行了初步的總結(jié)(表3)。這些基因包括了編碼甲基轉(zhuǎn)移酶基因、轉(zhuǎn)錄因子家族基因、鋅指蛋白基因等。進(jìn)一步通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR對這些基因在Fe2+離子處理親本前和處理后的表達(dá)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示(圖4)，親本在Fe2+離子處理后這些基因表達(dá)水平存在不同程度的差異，基因LOC_Os01g50110、LOC_Os01g50720、LOC_Os01g50940、LOC_ Os01g51260和LOC_Os01g52450在TN1處理后發(fā)生了最顯著性的上調(diào)表達(dá)，而春江06在處理前和處理后沒有發(fā)生非常明顯的變化。其中，基因LOC_Os01g50110和LOC_Os01g51260的變化最大，上調(diào)表達(dá)15倍以上。另外，基因LOC_Os01g50060、LOC_Os01g50360、LOC_Os01g52110和LOC_ Os01g52160在TN1和春江06處理后下調(diào)表達(dá)。

TN1-C和春江06-C代表1.75×103 mg/L鐵離子處理。*，**分別表示鐵離子處理與對照間差異達(dá)0.05和0.01顯著水平。

Fig. 4. Expression analysis of Fe2+tolerance genes.

表3 水稻第1染色體中預(yù)測的耐鐵相關(guān)基因

3 討論

水稻作為我國主要的糧食作物之一，其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)對我國社會(huì)發(fā)展具有重要意義。我國水稻生產(chǎn)已從數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)化，人們對食用大米的質(zhì)量要求也不斷提高，這對水稻科研與生產(chǎn)都提出了很高的要求。但隨著稻田重金屬污染的日益嚴(yán)重，水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)都有所受損[27-28]。因此，伴隨著金屬污染的治理，改良水稻的耐金屬能力已引起國內(nèi)外許多學(xué)者的高度重視。本研究利用一套DH群體為供試材料，對水稻耐Fe2+、Al3+、Cd2+和Na+的QTL進(jìn)行檢測分析。一共發(fā)現(xiàn)了耐各種金屬離子脅迫的QTL 8個(gè)，分別位于水稻第1、2、4、6、9、10和11染色體上。

表達(dá)性狀易受多種因素的影響，同一性狀的QTL在實(shí)驗(yàn)材料、環(huán)境及處理時(shí)間不同的情況下QTL檢測結(jié)果也會(huì)存在一定的偏差。在本研究中，經(jīng)Fe2+溶液處理后檢測到與根長相關(guān)的QTL位于第1染色體上的RM1297－RM1061區(qū)間內(nèi)，與Dufey等[29]檢測到控制葉片棕色指數(shù)的QTL(標(biāo)記區(qū)間為RM443－RM403)和氣孔阻力相關(guān)QTL(標(biāo)記區(qū)間為RM246－RM473a)位點(diǎn)距離較近，雖然所用標(biāo)記不一致，但位點(diǎn)相鄰，這說明在標(biāo)記RM1297附近很可能存在調(diào)控水稻耐鐵脅迫的位點(diǎn)，此外該研究團(tuán)隊(duì)還在第2染色體上RM492－RM561區(qū)間和第7染色體上RM455－RM429的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)檢測到與耐鐵相關(guān)的QTL。葉紅霞等[30]以幼苗的相對苗高為指標(biāo)檢測到了4個(gè)與亞鐵脅迫相關(guān)的QTL位點(diǎn)，即--、-、-和-，分別位于第1、3、6和9染色體上，可解釋14.96%的表型變異。本研究經(jīng)Cd2+脅迫處理后檢測到一個(gè)與根長相關(guān)的QTL，也是位于第1染色體，標(biāo)記區(qū)間為RM3411－RM212，該區(qū)間與駱旭添[12]在第1染色體所定位到的區(qū)間RM220－RM283不重疊。陳志德等[31]以耐鎘粳稻品種韭菜青、鎘敏感秈稻品種IR26及一個(gè)由該兩親本雜交后代通過單粒傳法構(gòu)建的RIL群體為材料檢測到9個(gè)與幼苗耐Cd脅迫相關(guān)的QTL，分別位于第1、2、7和11染色體上，其中位于第7染色體上的QTL(標(biāo)記區(qū)間為RM6872－RM11)和(標(biāo)記區(qū)間為6872－RM11)的表型變異貢獻(xiàn)率分別達(dá)18.02%和15.24%，在第7染色體上同樣區(qū)間還檢測到另一個(gè)QTL，其表型變異貢獻(xiàn)率達(dá)13.48%，在第1染色體還檢測到一個(gè)QTL(標(biāo)記區(qū)間為RM3482－RM3362)，其表型變異貢獻(xiàn)率達(dá)10.06%，其余位點(diǎn)的表型變異貢獻(xiàn)率均低于10.0%。

本研究還檢測到一個(gè)耐鹽脅迫的QTL，其貢獻(xiàn)率為12.21%，位于第9染色體上RM1026－RM205的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)。目前已檢測到的耐鹽QTL中，以第1、2、6、7染色體上定位的耐鹽性QTL居多，第10、11染色體上較少；其中有一部分為主效QTL，對表型變異的貢獻(xiàn)率最大可達(dá)到48.5%；且研究主要集中在苗期耐鹽上，對生殖生長時(shí)期的研究較少。對比其他學(xué)者的研究結(jié)果，孫勇等[32]利用IR64/Tarmom molaii構(gòu)建的回交導(dǎo)入系群體對水稻苗期耐鹽性進(jìn)行QTL定位，定位了影響水稻6個(gè)苗期耐鹽相關(guān)性狀的QTL共23個(gè)，分別位于第1、2、3、4、6、7、9、10、11、12染色體上，其中第9染色體上的QTL位點(diǎn)在RM316－RM219的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)，這與我們的定位區(qū)間存在一定的偏離。Thomson等[17]檢測到16個(gè)表型貢獻(xiàn)率在20%以上的幼苗期耐鹽QTL，其中，有5個(gè)QTL的表型貢獻(xiàn)率在50%以上。汪斌等[33]利用H359和Acc8558構(gòu)架重組自交系群體對水稻苗期耐鹽性進(jìn)行了QTL定位。共定位到13個(gè)QTL，分別位于第1、2、5、6、7和12染色體上，對表型變異的總貢獻(xiàn)率達(dá)60.88%，其中位于第１染色體的效應(yīng)最大，表型變異貢獻(xiàn)率達(dá)45%。

在本研究中，經(jīng)Al3+處理后檢測到耐鋁脅迫相關(guān)的QTL最多，共5個(gè)，分布在第2、4、6、10、11染色體上。將本研究定位到的耐鋁脅迫相關(guān)QTL與以往其他學(xué)者定位的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)有些耐鋁脅迫的區(qū)間與本研究檢測到的區(qū)間有重疊。褚紹尉等[34]利用廣東高州普通野生稻與鋁敏感品種華粳秈74構(gòu)建的高世代回交群體BC3F3，在水稻第4染色體RM255標(biāo)記處檢測到耐鋁毒脅迫的QTL，與本實(shí)驗(yàn)檢測到的耐鋁毒脅迫的區(qū)間有重疊。沈圣泉等[35]利用珍汕97B/密陽46構(gòu)建RIL群體及其遺傳圖譜，在第11染色體RZ816－RG118區(qū)間內(nèi)檢測到耐鋁脅迫QTL，該區(qū)間與本實(shí)驗(yàn)檢測到的耐鋁脅迫的區(qū)間類似。Ma等[36]利用RFLP標(biāo)記在第2染色體短臂R2510－R2460之間及第6染色體短臂端S1520－G200之間各定位到1個(gè)耐鋁毒QTL，褚紹尉等[34]在第2染色體長臂端標(biāo)記RM450－RM6之間及在第6染色體短臂端標(biāo)記RM111－RM25之間各定位到1個(gè)耐鋁脅迫QTL，據(jù)此可以判斷本研究的定位結(jié)果，在第2染色體及在第6染色體各定位到的QTL屬于不同的QTL。另外，本研究在第10染色體上RM1083－SSII-1的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)定位到一個(gè)QTL，該QTL對表型貢獻(xiàn)率為8.68%，在前人研究中未發(fā)現(xiàn)第10染色體上的QTL，由此推斷本研究所定位于第10染色體上的QTL很可能是1個(gè)新的耐鋁QTL。

總的來看，本研究利用臺(tái)中本地1號(hào)和春江06構(gòu)建的DH群體定位到8個(gè)耐不同金屬離子相關(guān)的QTL，其中耐亞鐵相關(guān)的QTL與耐鋁相關(guān)的QTL的增效基因來自TN1，其他QTL的增效基因來自春江06。

在QTL研究分析中，重復(fù)性高，貢獻(xiàn)率大的QTL往往存在較大的挖掘空間。本研究中，分布在第1染色體上的抗性位點(diǎn)最多，其中，耐Fe2+的QTL貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到了24.47%。因此我們對該區(qū)間與耐金屬離子脅迫相關(guān)基因進(jìn)行定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基因LOC_Os01g50110、LOC_Os01g50720、LOC_Os01g50940、LOC_Os01g51260以及LOC_Os01g52450在TN1處理后發(fā)生了最顯著的上調(diào)表達(dá)。根據(jù)水稻基因組數(shù)據(jù)庫(http://rice.plantbiology.msu.edu/)數(shù)據(jù)信息，基因LOC_Os01g50110、LOC_Os01g50720和LOC_Os01g51260屬于MYB轉(zhuǎn)錄因子家族基因，其中有研究報(bào)道稱基因LOC_Os01g50110對種子的成熟有著重要的調(diào)控作用[37]；LOC_Os01g50940編碼了一個(gè)類基因，其在水稻真菌性病害防衛(wèi)反應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[38]；LOC_Os01g52450編碼一個(gè)己糖激酶。MYB轉(zhuǎn)錄因子家族在植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成、耐脅迫性及次生代謝等方面都起著重要的調(diào)控作用[39-40]。研究發(fā)現(xiàn)與耐亞鐵脅迫相關(guān)的基因主要包括Fe缺陷誘導(dǎo)基因、Fe運(yùn)輸相關(guān)基因、H2O2運(yùn)輸和降解相關(guān)基因以及煙草胺生物合成相關(guān)基因等[41-42]，亞鐵處理水稻幼苗的基因芯片結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)相關(guān)的MYB轉(zhuǎn)錄因子出現(xiàn)上調(diào)表達(dá)[43]，在該基因家族中未曾有報(bào)道與耐亞鐵毒害相關(guān)的QTL。本研究發(fā)現(xiàn)在處理親本TN1后，兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因LOC_Os01g50110和LOC_Os01g51260的表達(dá)量明顯上調(diào)，因此，我們推測這兩個(gè)基因極有可能參與耐鐵脅迫調(diào)控。這只是我們的初步推測，但是轉(zhuǎn)錄因子家族基因是否在調(diào)控耐亞鐵毒害的功能中發(fā)揮功能還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了更精確地定位到與耐亞鐵毒害相關(guān)基因，我們接下來將構(gòu)建這個(gè)QTL的代換系，同時(shí)，還挑選了100多份常規(guī)品種進(jìn)行Fe2+處理，而后做一個(gè)小型的全基因組關(guān)聯(lián)分析，希望能找到耐Fe2+脅迫的基因。

整體上看，本研究檢測到的水稻金屬脅迫耐性QTL，為進(jìn)一步利用分子標(biāo)記輔助進(jìn)行水稻金屬脅迫耐性品種的選育創(chuàng)造了條件?？v觀水稻耐金屬離子脅迫的文獻(xiàn)資料，前人研究結(jié)果與我們檢測到的與金屬脅迫相關(guān)的QTL均有不同之處，其原因可能是所用遺傳材料及其群體不同，以致雙親的遺傳差異不同，或者是因?yàn)樗眠z傳圖譜的標(biāo)記不同，造成不同試驗(yàn)結(jié)果難于比對，還有可能是因?yàn)樗眠z傳分析方法的局限性，忽略了上位性等影響要素等。因此，通過開展更多有關(guān)水稻金屬脅迫耐性的QTL分析，并借助與之緊密連鎖的比較完善的分子標(biāo)記可望有效地聚合這些QTL。這是水稻科研工作者面臨的挑戰(zhàn)。

[1] Zhang H, Zhang J, Yan J, Gou F, Mao Y, Tang G, Botella J R, Zhu J K. Short tandem target mimic rice lines uncover functions of miRNAs in regulating important agronomic traits., 2017, 114(20): 5277-5282.

[2] Zeng D, Tian Z, Rao Y, Dong G, Yang Y, Huang L, Leng Y, Xu J, Sun C, Zhang G, Hu J, Zhu L, Gao Z, Hu X, Guo L, Xiong G, Wang Y, Li J, Qian Q. Rational design of high-yield and superior-quality rice., 2017, 3: 17031.

[3] 張賡. 還原性鐵、錳對水稻生長影響及其在冷浸田中毒害的消減措施研究. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

Zhang G. Effects of Fe2+and Mn2+on rice growth and the abatement measures in logging water soil. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[4] 陳慧茹. 土壤重金屬暴露對水稻和玉米體內(nèi)重金屬分布的影響. 合肥: 安徽大學(xué), 2015.

Chen H R. The Influence on distribution of heavy meatals in rice and maize with exposure of soil heavy meatals. Hefei: Anhui University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[5] 王恒. 吉林省土壤—水稻系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量分析評(píng)估及重金屬復(fù)合污染研究. 北京：中國科學(xué)院研究生院, 2014.

Wang H. Soil quality and heavy metals contamination in soil-rice system in Jilin Province. Beijing: Graduate School of Chinese Academy of Sciences, 2014. (in Chinese with English abstract)

[6] 吳迪, 楊秀珍, 李存雄, 周超, 秦樊鑫. 貴州典型鉛鋅礦區(qū)水稻土壤和水稻中重金屬含量及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(10):1992-1998.

Wu D, Yang X Z, Li C X, Zhou C, Qin F X. Concentrations and health risk assessments of heavy metals in soil and rice in Zinc-lead mining area in Guizhou Province, China., 2013, 32(10): 1992-1998. (in Chinese with English abstract)

[7] 袁玲花, 徐加寬, 嚴(yán)士敏, 韓妍, 趙江寧, 王余龍, 董桂春, 楊連新. 土壤銅脅迫對不同秈型水稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 27(2): 435-441.

Yuan L H, Xu J K, Yan S M, Han Y, Zhao J N, Wang Y L, Dong G C, Yang L X. Effects of soil Cu stress on grain yield and quality of Indica rice cultivars., 2008, 27(2): 435-441. (in Chinese with English abstract)

[8] 曹方彬. 水稻重金屬積累的品種與環(huán)境效應(yīng)及調(diào)控技術(shù)研究. 杭州: 浙江大學(xué), 2014.

Cao F B. Cultivar and environmental effects and regulation of heavy metal accumulation in rice. Hangzhou: Zhejiang University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[9] 盧志紅, 朱美英, 石慶華, 潘曉華, 徐豐華, 邱俊. 硫硅配施對銅脅迫下水稻幼苗生長及其吸收累積銅的影響. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 35(6): 1134-1139.

Lu Z H, Zhu M Y, Shi Q H, Pan X H, Xu F H, Qiu J. Effect of sulfur and silicon fertilizer on growth and absorption of copper in rice seedling under copper stress., 2013, 35(6): 1134-1139. (in Chinese with English abstract)

[10] 饒玉春, 鄭婷婷, 馬伯軍, 錢前, 曾大力. 微量元素鐵、錳、銅對水稻生長的影響及缺素防治. 中國稻米, 2012, 18(4): 31-35.

Rao Y C, Zheng T T, Ma B J, Qian Q, Zeng D L. Effects of trace elements iron, manganese and copper on rice growth and prevention and control of nutrient deficiency., 2012, 18(4): 31-35. (in Chinese with English abstract)

[11] Wu L B, Mohamad Y S, Gregorio G, Mathias M, Becker M. Genetic and physiological analysis of tolerance to acute iron toxicity in rice., 2014, 7: 8.

[12] 駱旭添. 水稻苗期耐鎘脅迫的QTL定位及其與環(huán)境互作效應(yīng)分析. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2007.

Luo X T. QTL mapping for seeding Cd tolerance in rice(L.) and analysis of QTL×environment interaction. Fuzhou: Fujian Agricultural and forestry University, 2005. (in Chinese with English abstract)

[13] Ueno D, Koyama E, Kono I, Jian M. Identification of a novel major quantitative trait locus controlling distribution of Cd between roots and shoots in rice., 2009, 50(12): 2223-2233.

[14] Ueno D, Yamaji N, Kono I, Huang C F, Ando T, Yano M, Ma J F. Gene limiting cadmium accumulation in rice., 2010, 107(38): 16500-16505.

[15] 井文, 章文華. 水稻耐鹽基因定位與克隆及品種耐鹽性分子標(biāo)記輔助選擇改良研究進(jìn)展. 中國水稻科學(xué), 2017, 31(2): 111-123.

Jing W, Zhang W. Research progress on gene mapping and cloning for salt tolerance and variety improvement for salt tolerance by molecular marker-assisted selection in rice., 2017, 31(2): 111-123. (in Chinese with English abstract)

[16] Ren Z, Gao J, Li L, Cai X, Huang W, Chao D, Zhu M, Wang Z, Luan S, Lin H. A rice quantitative trait locus for salt tolerance encodes a sodium transporter., 2005, 37(10): 1141-1146.

[17] Thomson M J, de Ocampo M, Egdane J, Rahman M A, Sajise A G, Adorada D L, Tumimbang-Raiz E, Blumwald E, Seraj Z I, Singh R K, Gregorio G B, Ismail A M. Characterizing the Saltol quantitative trait locus for salinity tolerance in rice., 2010, 3(2): 148-160.

[18] Huang C F, Yamaji N, Mitani N, Yano A M, Nagamura B Y. A bacterial-type ABC transporter is involved in aluminum tolerance in rice., 2009, 21(2): 655-667.

[19] Yamaji N, Huang C F, Nagao S, Yano S, Sato Y, Nagamura Y. A zinc finger transcription factor ART1 regulates multiple genes implicated in aluminum tolerance in rice., 2009, 21(10): 3339-3349.

[20] Yokosho K, Yamaji N, Fujii-Kashino M, Ma J F. Retrotransposon-mediated aluminum tolerance through enhanced expression of the citrate transporter., 2016, 172(4): 2327-2336.

[21] Li J Y, Liu J, Dong D, Jia X, McCouch S R, Kochian L V. Natural variation underlies alterations in Nramp aluminum transporter (NRAT1) expression and function that play a key role in rice aluminum tolerance., 2014, 111(17): 6503-6508.

[22] Huang C F, Yamaji N, Chen Z C, Ma J F. A tonoplast-localized half-size ABC transporter is required for internal detoxification of aluminum in rice., 2012, 69(5): 857-867.

[23] 饒玉春, 楊窯龍, 李曉靜, 馬伯軍, 曾大力. 水稻萌發(fā)期耐Cu2+脅迫的QTL定位. 浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2013, 36(2): 198-204.

Rao Y C,Yang Y L, Li X J, Ma B J, Zeng D L. QTL analysis on copper-resistant at germination stage in rice (L.)., 2013, 36(2): 198-204. (in Chinese with English abstract)

[24] Zeng F, Wu X, Qiu B, Wu F, Jiang L, Zhang G. Physiological and proteomic alterations in rice (L.) seedlings under hexavalent chromium stress., 2014, 240(2): 291-308.

[25] Li C H, Wang G, Zhao J L, Zhang L Q, Ai L F, Han Y F, Sun D Y, Zhang S W, Sun Y. The receptor-like kinasemediates salt sensitivity by activating MAPK3/6 and regulating ethylene homeostasis in rice., 2014, 26(6): 2538-2553.

[26] Livak K J, Schmittgen T D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-??CTmethod., 2001, 25: 402-408.

[27] Holmgren G G S, Meyer M W, Cahney R L, Daniels R B. Cadmium, lead, zinc, copper and nickel in agricultural soils of the United States of America., 1993, 22: 335-348.

[28] Xu J K, Yang L X, Wang Z Q, Wang Y L. Toxicity of copper rice growth and accumulation of copper in rice grain in copper contaminated soil., 2006, 62(4): 602-607.

[29] Dufey I, Hiel M P, Hakizimana P, Draye X, Lutts S, Koné B, Dramé K N, Konaté K A, Sie M, Bertin P. Multienvironment quantitative trait loci mapping and consistency across environments of resistance mechanisms to ferrous iron toxicity in rice., 2012, 52(2): 539-550.

[30] 葉紅霞, 李梅, 莊杰云, 沈圣泉. 水稻幼苗對多濃度Fe2+脅迫的QTL聯(lián)合檢測. 分子植物育種, 2007, 5(1): 105-109.

Ye H X, Li M, Zhuang J Y, Shen S Q. Analysis of gene effects of tolerance to high Fe2+stress at seedling stage in rice., 2007, 5(1): 105-109. (in Chinese with English abstract)

[31] 陳志德. 水稻不同品種耐鎘性鑒定及耐鎘脅迫相關(guān)性狀的QTL定位. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

Chen Z D. Mapping of cadmium tolerance and resistance to cadmium stress related traits in different rice varieties. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[32] 孫勇, 臧金萍, 王韻, 朱苓華. 利用回交導(dǎo)入系群體發(fā)掘水稻種質(zhì)資源中的有利耐鹽QTL. 作物學(xué)報(bào), 2007, 33(10): 1611-1617.

Sun Y, Zang J P, Wang Y, Zhu L H. Mining favorable salt-tolerant QTL from rice germplasm using a backcrossig introgression line population., 2007, 33(10): 1611-1617. (in Chinese with English abstract)

[33] 汪斌, 蘭濤, 吳為人. 鹽脅迫下水稻苗期Na+含量的QTL定位. 中國水稻科學(xué), 2007, 21(6): 585-590.

Wang B, Lan T, Wu W R. Mapping of QTLs for content in rice seedlings under salt stress., 2007, 21(6): 585-590. (in Chinese with English abstract)

[34] 褚紹尉, 王林, 劉桂富, 劉向東, 盧永根, 傅雪琳. 廣東高州普通野生稻耐鋁性及其QTL定位. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2013, 28 (3): 12-18.

Chu S W, Wang L, Liu G F, Liu X D, Lu Y G, Fu X L. Aluminum tolerance identification and QTL mapping inindigenous to Gaozhou., 2013, 28 (3): 12-18. (in Chinese with English abstract)

[35] 沈圣泉, 莊杰云, 舒小麗, 包勁松, 夏英武. 水稻幼苗耐Al3+脅迫的QTL定位分析. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32(4): 479-483.

Shen S Q, Zhuang J Y, Shu X L, Bao J S, Xia Y W. Analysis of QTLs mapping of tolerance to high Al3+stress at seedling stage in rice., 2006, 32(4): 479-483. (in Chinese with English abstract)

[36] Ma J F, Shen R, Zhao Z, Wissuwa M, Takeuchi Y, Ebitani T, Yano M. Response of rice to Al stress and identification of quantitative trait loci for Al tolerance., 2002, 43(6): 652-659.

[37] Suzuki A, Suzuki T, Tanabe F, Toki S, Washida H, Wu C Y, Takaiwa F. Cloning and expression of five myb- related genes from rice seed., 1997, 198(1-2): 393-398.

[38] Ogawa S, Miyamoto K, Nemoto K, Sawasaki T, Yamane H, Nojiri H, Okada K., an essential factor for JA-inductive sakuranetin production in rice, interacts with MYC2-like proteins that enhance its transactivation ability., 2017, 7: 40175.

[39] Dubos C, Stracke R, Grotewold E, Weisshaar B, Martin C, Lepiniec L. MYB transcription factors in., 2010, 15(10): 573-581.

[40] Wang R, Jing W, Xiao L, Jin Y, Shen L, Zhang W. The rice high-affinity potassium transporter1;1 is involved in salt tolerance and regulated by an MYB-type transcription factor., 2015, 168(3): 1076-1090.

[41] Nozoye T, Inoue H, Takahashi M, Ishimaru Y, Nakanishi H, Mori S, Nishizawa N K. The expression of iron homeostasis- related genes during rice germination., 2007, 64(1-2): 35-47.

[42] Wu L B, Ueda Y, Lai S K, Frei M. Shoot tolerance mechanisms to iron toxicity in rice (L.)., 2017, 40(4): 570-584.

[43] Quinet M, Vromman D, Clippe A, Bertin P, Lequeux H, Dufey I, Lutts S, Lefèvre I. Combined transcriptomic and physiological approaches reveal strong differences between short- and long-term response of rice () to iron toxicity., 2012, 35(10): 1837-1859.

Identifying of QTLs for Resistance to Metal Irons Stress in Rice

LIN Han1,#, XU Jiangmin1,#, HU Huqian1,#, ZHENG An1, XU Wanlu1, LOU Ping1, WANG Yuexing2, ZENG Dali2,*, RAO Yuchun1,2,*

(1College of Chemistry and Life Sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China;2China National Rice Research Institute, State Key Laboratory of Rice Biology, Hangzhou 310006, China;#These authors contributed equally to the work;*Corresponding author, E-mail: dalizeng@126.com, ryc@zjnu.cn)

The molecular markers linked to the tolerance of various metal ions during rice seeding stage were screened for the purpose of discussing the genetic basis of the resistance to different metal ions.A rice double haploid(DH) population, derived from a typical-cross(Chunjiang 06/TN1) via the anther culture was used to analyze the resistance of four metal ions(Fe2+, Cd2+, Al3+, Na+) in DH population and its parents, then the quantitative trait loci (QTL) for the resistance of the four metal ions were identified using an available and complete molecular linkage map. In addition, real-time quantitative PCR was used to detect the expression of related genes before and after treatment.A total of 8 QTLs for resistance to metal ions stress were detected, which were localized on chromosomes 1, 2, 4, 6, 9, 10 and 11. Among them, one QTL with the greatest contribution for resistance to Fe2+treatment(24.47%, threshold is 7.78) located in the region RM1297－RM1061 on chromosome 1. Meanwhile, the expression analysis of the genes related to stress tolerance in this interval showed that these genes had different expression levels before and after treatment. One QTL was detected after Cd2+treatment, which was located on chromosome 1. Five QTLs were detected after Al3+treatment, which were located on chromosomes 2, 4, 6, 10 and 11 respectively. And one QTL was detected after Na+treatment, which was located on chromosome 9.According to the QTL analysis of phenotypic differences among DH groups which were treated with different metal ions, eight QTLs for resistance to various metal ions were detected. It laid the foundation for the fine mapping and cloning of the corresponding QTL and exploring the QTL molecular regulation mechanism of the resistance to different metal ions in rice.

rice; resistance; metal ion stress; QTL analysis

10.16819/j.1001-7216.2018.7075

Q343.1+5; S511.034

A

1001-7216(2018)01-0023-12

2017-06-20;

2017-08-21。

國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大科技專項(xiàng)(2016ZX08009003-003-008)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY16C130001)；浙江省科協(xié)育才工程資助項(xiàng)目(2017YCGC008)；水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放資助項(xiàng)目。