摘要：次级群体能够消除大部分遗传背景的干扰和QTL间的相互影响，提高QTL分析的灵敏度和准确性，是QTL分析的优良材料，能够广泛应用于QTL鉴定、精细定位、QTL互作和克隆等。综述了近年来水稻（Oryza sativa L.）次级群体QTL分析的研究进展，对次级群体在水稻QTL研究中的应用进行了讨论。
关键词：水稻（Oryza sativa L.）；次级群体；QTL
中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2821-04
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.002
Prospect of Utilization of the Secondary Populations in Rice QTL Analysis
LI Xin1，LIU Jin2
（1.Liaoning Saline or Alkaline Land Utilization and Research Institute， Panjin 124010， Liaoning， China；
2. Rice Research Institute， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）
Abstract： The secondary populations， which were used to map quantitative trait loci （QTLs）， were powerful materials for QTL analysis. Most interference of genetic background and interaction of QTLs would be minimized and the precise of QTL mapping would be improved if QTL mapping were based on the secondary populations. Thus， it could be widely used in QTL identification， QTL fine mapping， analysis of QTL interaction， map based clone and so on. The prospects of utilization of the secondary populations in rice QTL analysis in recent years were examined in this paper， and the application of the secondary populations was also discussed
Key words： rice （Oryza sativa L.）； secondary populations； quantitative trait loci （QTL）
水稻（Oryza sativa L.）的大多数性状均属于数量性状，数量性状的改善和提高，一直是水稻遗传改良的重要目标。国内外研究者采用不同群体和分析方法对水稻诸多性状进行了QTL定位研究，检测到较多的QTL位点，一些重要性状的主效QTL相继被成功克隆[1-3]。但多数QTL研究是基于初级作图群体，定位的QTL精度较低，精细定位QTL位点的相对较少，许多研究者相继提出利用次级群体作图，能够提高QTL作图的准确度，并建立了相关的次级群体[4，5]。本文综述了近年来水稻次级群体QTL 分析的研究进展，对次级群体在QTL精细定位和克隆中的应用进行了讨论和展望。
1 次级作图群体
QTL作图群体一般是由亲缘关系较远、性状差异明显的两个亲本杂交后，再经自交或回交等方法所构建的群体，包括初级作图群体和次级作图群体。常用的初级群体有F2群体、回交群体、RILs 群体和DH群体等；次级作图群体是指经过杂交、多代回交和分子标记选择与改良形成的群体，常用的有染色体片段代换系（CSSLs）、染色体单片段代换系（SSSLs）、近等基因系（NILs）、剩余杂合体群体（RHLs）等，其共同特点是遗传背景相似，仅带有少数供体亲本的染色体片段，是进行QTL鉴定、QTL精细定位、QTL互作、QTL克隆和品种改良等的良好材料。
CSSLs是利用分子标记辅助选择技术建立的一套近等基因系，是在相同的遗传背景中导入供体亲本的染色体片段。它能够消除遗传背景的影响，降低效应较大的QTL对效应较小的QTL的遮盖作用，减少QTL之间的影响，从而使微效QTL被检测出来，提高QTL鉴定的精确度和灵敏度。由于CSSLs只在个别区段与受体亲本之间有差异，所有与受体亲本不同的性状都可能与这些区段有关。很多研究者构建了不同遗传背景的代换系群体，广泛地应用于水稻产量品质相关性状的QTL分析，并发掘、鉴定和精细定位了较多的QTL位点[6-8]。
SSSLs是在CSSLs的基础上发展起来的，代换系的染色体基因组上只有一个染色体片段被供体所代替，其遗传背景更一致，SSSLs与受体亲本惟一区别仅局限于染色体目标区段，任何性状差异均与该片段代换有关，具有更高的遗传研究和利用的价值[1，9]。SSSLs的较好稳定性，QTL鉴定的准确性和高效性以及能够很好地研究QTL与环境间的互作关系，使得SSSLs群体对QTL定位的效率比常规分离群体高很多。此外，当SSSLs内所有的代换系之和能覆盖全基因组时，可以用于全基因组QTL的检测与剖析，还和常规育种有机地结合起来，便于快速地应用于育种实践中[10]。
NILs是指仅携带供体QTL的区段，而其遗传背景为轮回亲本的一组品系，一般通过多代回交，并结合分子标记的方法选择获得。其优点是只在目标区间存在差异，而其他遗传背景高度一致，检测灵敏度较高，适合用于QTL之间互作的研究，还可以应用于QTL效应的验证，是QTL研究的理想材料。但是由于NILs的构建需要通过多代回交和多次分子标记筛选，构建时间较长，工作量较大，定位和克隆的QTL数量有限。
RHLs是指在遗传背景上纯合，而目标区间仍然呈现杂合状态的单株，可直接从重组自交系群体中筛选获得。近年来，在QTL初步定位基础上，利用分子标记从RILs群体中筛选目标QTL区间呈现杂合而背景纯合的RHLs，构建RHL-F2逐渐被较多地应用于水稻QTL精细定位及相关性状QTL的遗传分解[11，12]。
2 水稻次级作图群体QTL研究进展
2.1 水稻抽穗期和植株性状QTL鉴定与定位
Xue等[13]采用CSSLs群体图位克隆了1个同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的基因Ghd7；杨德卫等[8]以9311和Nipponbare杂交、回交构建的CSSLs群体为材料，定位到4个抽穗期相关的QTL，最终将qHD-3和qHD-8分别精细定位在第3号染色体RM3166-RM16206和第8号染色体RM4085-RM8271之间。周勇等[14]利用广陆矮4号/日本晴的CSSLs鉴定出1个控制抽穗期的主效QTL-qHd8.1，并利用BC4F3群体精细定位了该基因。
鲍钱江等[15]利用珍汕97B/密阳46的RILs群体定位到控制水稻株高1个主效QTL qPH6，进一步利用筛选到的RHL-F2群体将qPH6精细定位在第6号染色体STS标记Si2925和SSR标记RM19417之间，物理距离为51.7 kb区间内。李生强等[16]和朱金燕等[17]以日本晴/广陆矮4号构建的CSSLs群体，在不同环境中对株高进行QTLs，检测到多个稳定表达的QTL位点。罗炬等[18]利用RHL将控制水稻株高qPH3定位在RM16211和RM16237标记之间，物理距离约204 kb区域内，其贡献率达76.13%。孔会利等[19]以珍汕97B/南阳占的RILs为基础构建的NILs为材料，通过重叠作图法将控制水稻株高qPH1精细定位第1号染色体上SHL4和HL13标记之间，物理距离约为90 kb。诸多研究者采用CSSLs对株高及其构成因素进行定位分析，初步得到一些能在多环境中位点表达的QTL位点，所在区间相对较为精确[8，20]。
周丽慧等[21]以9311/日本晴的CSSLs群体检测到20个不同年际间均表达的叶片相关QTL，为这些QTL的精细定位奠定了基础。王鹏[22]以珍汕97B和9311的BILs和目标QTL区段的NILs及RHLs群体为试验材料，将控制剑叶长qFL1精细定位到约31.0 kb的片段上，该片段包含44个候选基因。邵高能等[23]利用D50/HB277衍生的RILs对剑叶形态及稻米粒形进行QTL分析，筛选了3个目标区域的RHL，并对相关QTL进行分解和精细定位。
2.2 水稻产量相关QTL鉴定与定位
杜景红等[11，24]利用RHLs在第6染色体短臂RM587-RM19784区间检测到控制水稻产量性状的QTL，并验证该区间对产量性状具有重要作用，并提出构建次级群体和提高QTL精细定位效率的策略。姜树坤[25]利用F2群体和RILs群体在第9染色体长臂上RM434-RM242区段发现控制穗长、秆长和剑叶长的位点，进一步利用RHL-F2群体对qPCL进行精细定位，最终将qPCL锁定在RM24423和RM24434之间，两者相距198 kb。赵芳明等[9]利用SSSLs群体对水稻产量相关性状QTL进行研究，检出影响产量相关性状的13个QTL，平均每个单片段代换系上检出1.85个，而且置性区间缩小有利于进一步精细定位相关的QTL。Chang 等[26]利用4个RHLs将产量相关性状QTL定位于第6染色体短臂的125 kb区间。Zhou等[27]利用BC2F2（CSSL）群体，将控制水稻粒长的一个主效基因Lk- 4（t）定位在P1-EcoRV和P2-SacⅠ之间的1.4 cM范围内。
2.3 水稻品质相关QTL鉴定与定位
Li等[28]利用NILs精细定位了gw3.1，将该基因定位在93.8 kb。任德勇等[29]利用CSSLs对穗长进行分析，得到几个贡献率较大的QTL。Wan等[30]首先利用Asominori与 IR24的RILs群体对粒重进行QTL分析，得到一个主效gw5，进一步构建CSSLs将gw5精细定位到49.7 kb，并进行了候选基因分析。李生强等[31]利用Nipponbare与广陆矮4号CSSLs鉴定出了22个与粒形相关的QTL，这为相关粒形QTL的克隆和分子育种奠定了基础。Guo等[32]利用CSSL50/Asominori杂交和回交，构建了BC4F2次级群体，最终将qPGWC-8定位8G-7和8G-9标记之间，物理距离约140 Kb区段上。林静等[33]利用Nipponbare/9311杂交衍生的CSSLs群体对水稻赖氨酸含量进行QTL精细定位，共鉴定出4个与赖氨酸含量相关的QTL，与相应的RILs群体定位结果对比分析发现，CSSLs减少了遗传背景的干扰，提高了QTL定位的精确性。曾瑞珍等[10]利用华粳籼74与Basmati 385构建的CSSLs群体精细定位了控制粒宽的QTL Gw-8和粒长QTL gl-3，前者位于RM502与RM447之间，两者之间的物理距离为55.0 kb，后者位于RM6146和PSM377之间，遗传距离分别为1.5 cM 和11.0 cM。
2.4 水稻抗逆相关性状QTL鉴定与定位
Kuroki等[34]以Hokkai-PL9/Hokkai287构建的RIL和CSSLs为试验材料，精细定位了qCTS8。Virgilio等[35]以M202/IR50的RIL和CSSLs为试验材料，精细定位了qCTS4和qCTS12，并进行了候选基因分析；朱文银等[36]以7个CSSLs为材料，利用代换作图的方法初步定位了2个水稻落粒性主效QTL。刘晓等[37]以越光/kasalath的BILs为试验材料对苗期耐冷性进行QTL定位，在第12号染色体上检测到1个控制苗期耐冷性的主效QTL，并最终将主效qCTS-12定位在约77 kb区域内。聂元元等[38]利用珍汕97B/IRAT109的RILs对抗旱性进行QTL定位，以此为基础构建NILs和精细定位了控制抗旱相关指标的QTL。韩庆典等[39]以Acc8558和H359为亲本，通过构建的单个细菌性条病抗性QTL（qBlsr5a）的NILs，精细定位qBlsr5a，该基因位于在RM153和RM159标记之间，大约290 kb的范围内。
3 讨论
自Wang等[40]利用RFLP标记定位了14个水稻对稻瘟病有部分抗性的QTL以来，水稻QTL分析的研究进展较快，有关水稻QTL研究的报道不断。但是，大多数工作仅局限于QTL初步检测和定位，它可能含有多个控制目标性状的基因，或者含有相互连锁的、控制不同性状的基因，难以应用到育种实践中。传统的QTL定位通常利用F2、DH、BCn和RILs等初级分离群体，由于受群体遗传背景和群体大小的影响，不能确定是单个主效QTL控制，还是多个微效QTL的作用，对其遗传效应也难以准确评价。初级作图群体鉴定效应较大的QTL比较容易，但是对效应较小的QTL或相互间存在互作的QTL不容易被鉴定出来。与初级作图群体相比，次级作图群体能有效地减少遗传背景的干扰，大大提高了基因定位的准确性，降低QTL之间的互作和遮盖作用，因而能够提高QTL定位的准确度、精确度和灵敏度。
近年来，随着高密度分子标记图谱的构建和次级群体的应用，已经能够把控制一个复杂性状的多个QTL分解开来，并且能确定其在染色体上的准确位置及其效应，QTL研究已进入基因的精细定位和图位克隆阶段。近年来，对复杂性状QTL精细定位的最常用方法是：利用初级群体初步检测和验证QTL，进而利用次级群体（CSSLs、RHLs、SSSLs或NILs）在同质遗传背景下分析其性状表型差异，将QTL界定于更为狭小的区间，最后将其精细定位或克隆。次级作图群体的应用大大提高了QTL研究的准确度和精确度，采用次级群体成功精细定位和克隆相关QTL的研究报道不断增加，应用次级群体研究QTL是未来的主要研究方向。
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