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摘要：籽粒的大小和形状是影响水稻产量和稻米品质的主要性状。在基因GS3序列分析的基础上，对该基因第2外显子A/C和第5外显子13 bp Indel的2个变异位点分别开发功能标记，并将其用于294份水稻微核心种质和2007—2013年江苏省审定的65份粳稻品种的基因型鉴定。研究结果表明，第2外显子的A/C变异在籼粳亚种中有着相似的分布频率，并且都对粒长、粒厚和长宽比有极显著的影响。相对于基因型C而言，基因型A在籼粳亚种中都有更长的粒长、更薄的粒厚和更大的长宽比。但是第5外显子的13 bp 缺失变异只在粳稻中极低频率（074%）出现，属于稀有变异类型，比13 bp插入变异有着更短的粒长和更小的长宽比。这些研究结果为水稻产量和品质育种中充分利用基因GS3的优异等位基因奠定了基础。
关键词：水稻；粒形；基因GS3；功能标记；变异
中图分类号： S511.032文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2016）12-0064-04
收稿日期：2016-04-06
基金项目：国家自然科学基金（编号：31571624、31071382）；国家重点基础研究发展计划（编号：2010CB125904、2013CBA01405）；江苏省高校自然科学研究重大项目（编号：15KJA210004）；扬州大学大学生学术科技创新基金（编号：x2015616）；江苏高校优势学科建设工程项目。
通信作者简介：裔传灯（1973—），男，江苏盐城人，博士，副教授，主要从事水稻遗传育种研究。Tel：（0514）87937619；E-mail：cdyi@yzu.edu.cn。
由于人口数量持续增长、耕地面积日益减少、自然灾害频发和水资源不足等原因，水稻育种研究者不断致力于提高水稻产量水平，确保国家的粮食安全。同时随着生活水平的不断提高，稻米消费者对稻米品质也提出了更高的要求。水稻的产量和稻米品质都是受多因素控制的复杂性状[1-2]，其中粒形是影响水稻产量和稻米品质的重要因素之一[3]。在目前已经克隆的水稻基因中，通过调节粒形提高水稻产量的基因有GS3[4]、qPE9-1[5]、GW2[6]、 qGL3/GL3.1[7- 8]、qSW5/GW5[9-10]、GS5[11]、GS6[12]、GW7[1]、GW8[3]、SLG7[13]和TGW6[14]；通过调节粒形改善稻米品质的基因有GW7[1]和GW8[3]。因此粒形性状调控机理的研究对水稻的产量育种和品质育种有着重要的参考价值。
GS3是控制水稻粒形的重要基因。Fan等研究发现基因GS3是控制水稻粒长和粒质量的负调控因子，以短粒水稻品种川7基因GS3的基因组序列DQ355996为参照，来自长粒水稻品种明恢63的第2外显子1 670 bp处的A碱基变异是无义突变，导致目标蛋白C端截短了178个氨基酸[4]。结合180个水稻品种的关联分析，Fan等进一步证实在籼粳亚种中基因型A比C都有更大的平均粒长[15]。除此变异外，Wang等还发现第4内含子的（AT）n变异和第5外显子的（TCC）n变异也与水稻的粒长有关[16]。目前该基因还有哪些变异位点以及它们对水稻粒形性状效应还不清楚。
为了加快基因GS3有利等位变异在水稻育种工作中的应用，本研究在序列比对的基础上，对第2外显子已知的功能变异和第5外显子未知功能的错义突变开发了相应的功能标记，结合水稻微核心种质和近年来江苏省审定粳稻品种的基因型检测，分析了这些变异位点对水稻粒形性状的影响，为我国尤其是江苏省的水稻产量和品质育种提供理论依据和快捷的选择手段。
1材料与方法
1.1供试材料
本研究的供试水稻材料包括籼稻品种明恢63、粳稻品种日本晴和苏粳2号、从中国农业大学引进的294份水稻微核心种质和从江苏省农业科学研究院引进的65份江苏省在2007—2013年期间审定的粳稻品种[17]。水稻微核心种质包含96份国外栽培稻品种和198份中国栽培稻品种[18]，具有丰富的遗传多样性。供试材料来自国内外不同稻作区的水稻品种，它们的感光性存在较大的差异。为了确保能够正常抽穗，所有供试水稻品种2014年11月于海南省陵水县播种和育苗，2015年1月移栽大田，田间管理同于常规水稻品种。待水稻籽粒完全成熟后收种，晒干后进行水稻籽粒相关性状的测量。
1.2水稻成熟种子粒形相关性状数据的测定
参照《水稻种质资源描述规范和数据标准》的方法，水稻种子收获并风干后，挑选饱满成熟种子使用游标卡尺（精确到0.01 mm）测量粒长、粒宽和粒厚，5次重复，计算平均值。千粒质量使用电子天平测定1 000粒成熟烘干种子的质量，3次重复，计算平均值。
1.3基因GS3序列变异的分析和功能标记的设计
根据水稻粒形基因GS3的研究结果，从Rice genome annotation project网站（http：//rice.plantbiology.msu.edu/）下载GS3基因的基因组DNA序列DQ355996。以该序列为种子序列，在NCBI网站核酸序列数据库中找到高度同源的3个基因组DNA序列（来自籼稻品种9311的基因GS3序列Ctg009226、來自粳稻品种日本睛的基因GS3序列AB488612和来自粳稻品系H343的基因GS3序列AB743895[19]）和1个来自广陆矮4号的cDNA序列（CT835094）。借助BioEdit软件对上述序列进行比对分析。
本研究利用Primer Premier 5.0 软件，对基因GS3的第2外显子A/C序列点突变和第5外显子的13 bp Indel的序列变异分别设计了CAPs标记GS3-1和GS3-2。引物的合成和序列的测定在生工生物工程（上海）股份有限公司完成。
关键词：水稻；粒形；基因GS3；功能标记；变异
中图分类号： S511.032文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2016）12-0064-04
收稿日期：2016-04-06
基金项目：国家自然科学基金（编号：31571624、31071382）；国家重点基础研究发展计划（编号：2010CB125904、2013CBA01405）；江苏省高校自然科学研究重大项目（编号：15KJA210004）；扬州大学大学生学术科技创新基金（编号：x2015616）；江苏高校优势学科建设工程项目。
通信作者简介：裔传灯（1973—），男，江苏盐城人，博士，副教授，主要从事水稻遗传育种研究。Tel：（0514）87937619；E-mail：cdyi@yzu.edu.cn。
由于人口数量持续增长、耕地面积日益减少、自然灾害频发和水资源不足等原因，水稻育种研究者不断致力于提高水稻产量水平，确保国家的粮食安全。同时随着生活水平的不断提高，稻米消费者对稻米品质也提出了更高的要求。水稻的产量和稻米品质都是受多因素控制的复杂性状[1-2]，其中粒形是影响水稻产量和稻米品质的重要因素之一[3]。在目前已经克隆的水稻基因中，通过调节粒形提高水稻产量的基因有GS3[4]、qPE9-1[5]、GW2[6]、 qGL3/GL3.1[7- 8]、qSW5/GW5[9-10]、GS5[11]、GS6[12]、GW7[1]、GW8[3]、SLG7[13]和TGW6[14]；通过调节粒形改善稻米品质的基因有GW7[1]和GW8[3]。因此粒形性状调控机理的研究对水稻的产量育种和品质育种有着重要的参考价值。
GS3是控制水稻粒形的重要基因。Fan等研究发现基因GS3是控制水稻粒长和粒质量的负调控因子，以短粒水稻品种川7基因GS3的基因组序列DQ355996为参照，来自长粒水稻品种明恢63的第2外显子1 670 bp处的A碱基变异是无义突变，导致目标蛋白C端截短了178个氨基酸[4]。结合180个水稻品种的关联分析，Fan等进一步证实在籼粳亚种中基因型A比C都有更大的平均粒长[15]。除此变异外，Wang等还发现第4内含子的（AT）n变异和第5外显子的（TCC）n变异也与水稻的粒长有关[16]。目前该基因还有哪些变异位点以及它们对水稻粒形性状效应还不清楚。
为了加快基因GS3有利等位变异在水稻育种工作中的应用，本研究在序列比对的基础上，对第2外显子已知的功能变异和第5外显子未知功能的错义突变开发了相应的功能标记，结合水稻微核心种质和近年来江苏省审定粳稻品种的基因型检测，分析了这些变异位点对水稻粒形性状的影响，为我国尤其是江苏省的水稻产量和品质育种提供理论依据和快捷的选择手段。
1材料与方法
1.1供试材料
本研究的供试水稻材料包括籼稻品种明恢63、粳稻品种日本晴和苏粳2号、从中国农业大学引进的294份水稻微核心种质和从江苏省农业科学研究院引进的65份江苏省在2007—2013年期间审定的粳稻品种[17]。水稻微核心种质包含96份国外栽培稻品种和198份中国栽培稻品种[18]，具有丰富的遗传多样性。供试材料来自国内外不同稻作区的水稻品种，它们的感光性存在较大的差异。为了确保能够正常抽穗，所有供试水稻品种2014年11月于海南省陵水县播种和育苗，2015年1月移栽大田，田间管理同于常规水稻品种。待水稻籽粒完全成熟后收种，晒干后进行水稻籽粒相关性状的测量。
1.2水稻成熟种子粒形相关性状数据的测定
参照《水稻种质资源描述规范和数据标准》的方法，水稻种子收获并风干后，挑选饱满成熟种子使用游标卡尺（精确到0.01 mm）测量粒长、粒宽和粒厚，5次重复，计算平均值。千粒质量使用电子天平测定1 000粒成熟烘干种子的质量，3次重复，计算平均值。
1.3基因GS3序列变异的分析和功能标记的设计
根据水稻粒形基因GS3的研究结果，从Rice genome annotation project网站（http：//rice.plantbiology.msu.edu/）下载GS3基因的基因组DNA序列DQ355996。以该序列为种子序列，在NCBI网站核酸序列数据库中找到高度同源的3个基因组DNA序列（来自籼稻品种9311的基因GS3序列Ctg009226、來自粳稻品种日本睛的基因GS3序列AB488612和来自粳稻品系H343的基因GS3序列AB743895[19]）和1个来自广陆矮4号的cDNA序列（CT835094）。借助BioEdit软件对上述序列进行比对分析。
本研究利用Primer Premier 5.0 软件，对基因GS3的第2外显子A/C序列点突变和第5外显子的13 bp Indel的序列变异分别设计了CAPs标记GS3-1和GS3-2。引物的合成和序列的测定在生工生物工程（上海）股份有限公司完成。