[發明專利]調控水稻鎘積累量主效QTL位點qRCd-5的分子標記及其應用

有效

• 申請號: 202011058616.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112176086B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 王盛;饒玉春;王躍星;潘晨陽;林雪;李夢佳;馬若盈;金佳怡;樂巧娜;俞淑穎
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C12Q1/6895
• 分類號: C12Q1/6895;C12Q1/6858;C12N15/11
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發明公開了一種與水稻鎘積累量相關的主效QTL，主效QTL位點定位于水稻第9染色體DNA片段上，命名為qRCd?5，定位區間遺傳距離60.8cM?91.5cM，物理距離為16779765bp?22230863bp；對水稻鎘積累量具有較顯著的調控作用。本發明還同時公開了與水稻鎘積累量相關的主效QTL的qRCd?5分子標記，利用qRCd?5分子標記，可檢測水稻品種或品系中是否具有與水稻鎘積累量相關的QTL，從而加快水稻低鎘品種的選育進程。

技術領域

本發明屬于水稻育種及分子生物學技術領域，具體涉及一個與水稻鎘積累量相關的主效QTL及其應用。

背景技術

鎘(Cd)在土壤中可移動性高，毒性極強，是最具有危害性的重金屬元素之一，極易被植物吸收并運輸儲存至不同部位，經食用途徑進入生物體內并在體內累積，引起人畜慢性中毒，給動物及人類的生存帶來巨大威脅(Florijn and Beusichem1993)，攝入過量時將引起腎小管功能障礙、骨質疏松、“骨痛病(itai-itai)”等疾病(Arisawa et al.2007，Horiguchi H et al.1994)，甚至可能導致癌癥的發病率提升(Satarug,2010)。20世紀以來，隨著工業的快速發展，過度施肥、錯誤排放等問題的惡化，稻田鎘污染程度不斷提升(Jiachun S et al.2011，Hui et al.2006)，隨著土壤pH的不斷下降，水稻鎘污染的問題愈發嚴重(Mao et al.2019)，世界多地區均有出現水稻鎘含量嚴重超標的情況。稻田鎘污染的治理包括人為鎘排放量的控制和水稻中鎘積累的抑制兩部分，還可通過培養籽粒積累能力低的水稻品種在污染土壤中進行種植來降低稻田鎘含量(Xiong Z et al.2009)，要實現這一目標，需要深入剖析水稻鎘元素累積的遺傳機制。

近年來，調控水稻中Cd轉運和積累的基因逐漸被發現。2006年，Nakanishi等通過研究Fe的吸收和轉運研究，發現鐵轉運子(OsIRT1和OsIRT2)和鋅轉運子(OsZIP1)參與水稻體內Cd的轉運，隨后Takahashi(2007)又發現了水稻金屬轉運子(OsNRAMP1和OsNRAMP5)也參與水稻體內Cd的轉運。2010年，Fujimaki等利用正電子發射示蹤劑成像系統清晰觀察到水稻中Cd積累和轉運過程，確定該過程主要受P1b型ATP酶調控，包括根組織的共生體吸收及木質部、韌皮部等環節轉移，最終在谷粒中積累。2011年，Miyadate利用定位克隆技術，發現OsHMA3基因可調控二價金屬轉運蛋白，能夠利用液泡區域化作用限制Cd的根莖間運輸，對芽中Cd積累量起調控作用。同年，Uraguchi等(2011)發現OsLCT1基因可調控韌皮部的Cd轉運蛋白，極大程度上影響在韌皮部的運輸和在谷粒中的積累環節。Nagasawa等(2012)檢測到OsHMA3基因的同源基因OsHMA2在Cd的木質部運輸環節中起重要作用，且調控參與水稻中的根芽轉運的重要蛋白，過量表達OsHMA2的水稻以及OsSUT1-啟動子OsHMA2水稻中的Cd濃度降低至一半，而Feijuan Wang等人(2015)通過比對谷粒中高鎘積累稻和低鎘積累稻的耐受性，確定OsPCR1表達水平，與水稻根系Cd轉運呈正相關。2010年，Ishikawa等在低鎘積累品種Sasanishiki和高鎘積累品種Habataki間雜交組成85個回交自交系群體，在染色體2上發現了兩個增加籽粒Cd濃度的QTL，在7號染色體的短臂上檢測到一個主效QTL，qGCd7。2013年，Abe等發現QTLqlGCd3可穩定降低水稻谷粒中Cd含量。Ueno等(2009)利用146個種質研究Cd積累相關QTL，在7號染色體上鑒定了一種新的主要Cd積累QTL。次年，Ueno又在染色體11的RM663標記附近發現了一個LOD值高達8.25的重要位點。Hu等(2018)在五個不同的盆栽和田間試驗，在DH群體中發現了18個糙米和14個精米QTL，定位于2,3,4,5,7，9和11號染色體上，其中包括三對重要基因座qCCBR2-2和qCCMR2-2,qCCBR4-2和qCCMR4-1,qCCBR9-1和qCCBR9-2。Wenqiang等(2019)在2,3,6,7,8,10號染色體上鑒別了7個QTL，其中5個QTL可增加谷粒中Cd濃度，2個QTL可降低Cd濃度，這些研究表明，水稻Cd積累是一個復雜的過程，但水稻中調控Cd積累的具體機制還并不十分明確。華占具有穩產、高產、品種多等多種優點，熱研2號是日本在90年代選育的一份粳型常規水稻品種，具有廣譜親和性和較強的親和力，被廣泛用于親和研究和育種利用。