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摘要 综述近年来水稻香味的研究进展，主要介绍了香味的成分、合成途径、遗传控制以及分子标记辅助育种的内容。
关键词 水稻；香味基因；香气成分；遗传；分子标记辅助育种
中图分类号 S511.035 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）06-0009-01
香稻一直以来都深受广大消费者的欢迎，不仅香味独特，口感好，能增强人们的食欲，而且其营养价值较高，蛋白质、脂肪、氨基酸和微量元素的含量相对比较丰富。在国内外稻米市场上，香米的价格通常是普通非香稻米价格的2～3倍。因此，选育优质香稻新品种，满足市场和消费需求，改善人民生活质量，是现代水稻育种的重要内容之一。
1 香稻概述和检测
香稻价格高，品质优异，且带有独特香味，印度的巴斯马蒂米，巴基斯坦和泰国的茉莉香米纷纷受到世界各地消费者的欢迎。香稻香味的合成，普遍认为是badh2基因突变产生，但随着香稻资源收集范围的扩大，又发现了其他参与控制香味特性的遗传位点。
研究表明，香稻中除2AP这一主要香气成分外，还有很多其他香味成分存在，但是这些成分与香味之间的关系，以及形成香味的生化途径等都尚不清楚。
目前，香味的检测方法主要包括咀嚼法、KOH或I2-KI加热法、热水法、仪器测定法等。这些方法不仅成本高，操作复杂，准确率不高，用量多，而且有的还会对人体造成一定危害，不太适合大量样品的处理。
2 香味成分和合成途径
香稻中香味及其程度与半挥发性单个成分或者多个成分的混合有关。每个品系有唯一的香味，这是由于众多挥发性成分的相互作用而引起的[1]。Petrov et al曾报道香味成分有100多种[2]，随后，Widjaja et al又从各种香味和非香稻中鉴定出超过300种成分[3]。
2AP被认为是水稻中最重要的香气成分，能够产生爆米花型的淡淡香味[4]。除根部以外，在水稻植株其他各个部位都发现了2AP，甚至在非香水稻品种中也有发现，但浓度与香稻相比约低100倍[5]。
关于2AP的合成途径曾有多种报道，根据其合成前体的不同也有不同的论述。Vanavichit et al基本阐明2AP的生物合成途径[6]，提出2AP通过多胺途径合成。多胺合成途径大致分为2条，一条是依赖于BADH2的合成途径，通过BADH2的失活，使得4-氨基丁醛转变为Δ1-吡咯啉，进而合成2AP；另一条是非依赖BADH2的合成途径，主要通过Δ1-吡咯啉-5-羧酸盐合成酶的表达增加，从而使合成产物Δ1-吡咯啉-5-羧酸盐相应增多，与丙酮醛反应生成2AP。
3 香味遗传和分子定位
迄今为止，香味的遗传研究报道较多，该性状可由1个、2个或者3个显性或者隐性基因，或者通过QTLs控制，这反映这个性状遗传控制的复杂。关于基因的数量和遗传本质，以及香味基因的定位，也有很多不同的报道，12条染色体中至少有6条（4、5、8、9、11、12）有这个基因，这就使香味遗传基础更加复杂[7]。
有关香味基因分子定位研究，早期的Ahn et al利用与之紧邻连锁的RFLP克隆RG28把单隐性基因（fgr）定位在第8染色体，香味基因与RFLP标记RG28的遗传距离为4.5cM[8]。Lorieux et al将香味基因定位在第8染色体上，RFLP标记RG1和RG28之间[9]。随后，Wanchana et al将香味基因定位在第8染色体上遗传距离为2.9cM的2个SSR标记RM223和RM342之间[10]。Bradbury et al对fgr区域的17个基因进行序列测定，发现控制甜菜碱醛脱氢酶（BADH2）的基因Badh2在香和非香水稻品种中有明显区别[11]。Chen et al将fgr定位于标记L02和标记L06间69 kb区域，证明该区域中只有Badh2基因和香味性状有关[12]。Chen et al还发现了Badh2基因中的另外一个等位基因，即第2外显子7 bp的缺失，并把香味fgr定位到L04～L06之间[13]。Amarawathi et al在Pusa1121第3、4、8染色体检测到控制香味的3个座位，水稻第4染色体上存在与Badh2基因同源的Badhl有关[14]。Bradbury et al认为fgr基因编码badh2，第7外显子上有8 bp的删除，导致包括Basmati和Jasmine在内的很多香稻的香气。这个酶功能的缺失导致了香味的形成，和这个性状的隐性本质相一致，他们认为badh2基因确实是fgr[15]。最近大多数研究也得出相同的结果。
据报道，在badh2的第7外显子上有8 bp的删除和3个单核苷酸多态性（SNPs），结果导致翻译提前终止，产生了无功能的截断的BADH2蛋白，随后导致2AP的聚集，而在非香水稻中有功能的Badh2基因编码503个氨基酸的BADH2蛋白。除此以外，许多变化包括第8外显子的7 bp的插入[14]；第2外显子的7 bp删除在各种香稻中也有报道[16]。另外，Sakthivel et al找到5个本土的香稻品种，不携带这个删除，这种情况也在其他的香稻品种中出现，这些研究揭示了引起香稻基因池中香味的等位基因和基因多样性的存在[17]。
4 香味性状的分子标记辅助育种
利用与香味基因紧密连锁的分子标记开展分子标记辅助选择已被广泛应用。Garland et al利用与香味基因fgr连锁的第8染色体上基因组DNA克隆RG28开发出基于PCR技术的多态性分子标记[18]。Cordeiro et al鉴定出了（AT）40 SSR标记 SCU015RM来区分fgr基因的香味等位基因和非香等位基因[19]。Jin et al发现一个与水稻香味基因连锁的单核苷酸多态性（C/T）标记RSP04[20]。Bradbury et al针对第8染色体上编码甜菜碱醛脱氢酶基因中第7外显子上8碱基缺失和3单核苷酸多态性，设计ESP和EAP、IFAP、INSP。在香稻中 ESP 和EAP扩增出577 bp片段，在非香稻中为585 bp。ESP/IFAP和INSP/EAP 在香稻和非香稻扩增分别为355 bp，非香257 bp[21]。Shi et al报道某些品种存在第2外显子上的7个碱基缺失，开发了相关功能标记badh2-E2来鉴别香味等位基因[22]。Sakthivel et al发明一种针对badh2中InDel多态性的简单的、共显性的功能标记，在香稻和非香稻中分别扩增出95 bp和103 bp的片段[23]。陈深广等[24]、任三娟等[25]分别采用香味基因fgr的功能分子标记“1F/1R”，经多代选育，最终成功获得了一批性状稳定的优质香型不育系（保持系），即浙农香A（B）系列。 5 参考文献
[1] CHAMPAGNE E T.Rice aroma and flavor：a literature review[J].Cereal Chem，2008，85（4）：445-454.
[2] PETROV M，DANZART M，GIAMPAOLI P，et al.Rice aroma analysis：discrimination between a scented and a non-scented rice[J].Sci Aliments，1996，16（4）：347-360.
[3] WIDJAJA R，CRASKE J D，WOOTTON M.Comparative studies on volatile components of nonfragrant and fragrant rices[J].Sci Food Agric，1996，70（2）：151-161.
[4] BUTTERY R G，LING L C，JULIANO B O，et al.Cooked rice aroma and 2-acetyl-1-pyrroline[J].Agric Food Chem，1983，31（4）：823-826.
[5] GROSCH W，SCHIEBERLE P.Flavor of cereal products-a review[J].Cereal Chem，1997，74（2）：91-97.
[6] VANAVICHIT A，YOSHIHASHI T，WANCHANA S，et al.Positional cloning of Os2AP，the aromatic gene controlling the biosynthetic switch of 2-acetyl-1-pyrroline and gamma aminobutyric acid（GABA） in rice[M].In 5th International rice genetics symposium.Manila，Philippines，2006.
[7] SAKTHIVEL K，RANI N S，PANDEY M K，et al.Development of a simple functional marker for fragrance in rice and its validation in Indian Basmati and non-Basmati fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2009，24（1）：185-190.
[8] AHN S N，BOLLICH C N，TANKSLEY S D，et al.RFLP tagging of a gene for aroma in rice[J].Theor Appl Genet，1992，84（7）：825-828.
[9] LORIEUX M，PETROV M，HUANG N，et al.roma in rice：genetic analysis of a quantitative trait[J].Theor Appl Genet，1996，93（7）：1145-1151.
[10] WANCHANA S，KAMOLSUKYUNGYOUNG W，RUENGPHAYAK S，et al.Rapid construction of a physical contig across a 4.5 cM region for rice grain aroma facilitates marker enrichment for positional cloning[J].Sci Asia，2005，3l（3）：299-306.
[11] BRADBURY L M T，FITZGERALD T L，HENRY R J，et al.The gene for fragrance in rice[J].Plant Biotech J，2005，3（3）：363-370.
[12] CHEN S H，WU J，YANG Y，et al.The fgr gene responsible for rice fragrance was restricted with in 69 kb[J].Plant Sci，2006，171（4）：505-514.
[13] CHEN S，YANG Y，SHI W，et al.Badh2，encoding betaine aldehyde dehydrogenase，inhibits the biosynthesis of 2- acety l-1-pyrr -oline，amajor component in rice fragrance[J].Plant Cell，2008（20）：1850-1861.
[14] AMARAWATHI Y，SINGH R，SING A K，et al.Mapping of quantitative trait loci for basmati quality traits in rice（Oryza sativa L.）[J].Mol Breeding，2008，22（1）：49-65.
[15] BRADBURY L M T，FITZGERALD T L，HENRY R J，et al.The gene for fragrance in rice [J].Plant Biotech J，2005，3（3）：363-370.
[16] SHI W W，YANG Y，CHEN S H，et al.Discovery of a new fragrance allele and the development of functional markers for the breeding of fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2008，22（2）：185–192. [17] SAKTHIVEL K，SUNDARAM R M，RANI N S，et al.Genetic and molecular basis of fragrance in rice[J].Biotechnology Advances，2009，27（4）：468-473.
[18] GARLAND S，LEWIN L，BLAKENEY A，et al.PCR-based molecular markers for the fragrance gene in rice（Oryza sativa L）[J].Theor Appl Genet，2001，101（3）：364-371.
[19] CORDEIRO G M，CHRISTOPHER M J，HENRY R J，et al.Identification of microsatellite markers for fragrance in rice by analysis of the rice genome sequence[J].Mol Breeding，2002，9（4）：245-250.
[20] JIN Q S，WATERS D，CORDEIRO G M，et al.single nucleotide polymor-phism（SNP）marker linked to the fragrance gene in rice（Oryza sativa L.）[J].Plant Sci，2003（165）：359-364.
[21] BRADBURY L M T，HENRY R J，JIN Q S，et al.perfect marker for fragrance genotyping in rice[J].Mol Breeding，2005，16（4）：279-283.
[22] SHI W W，YANG Y，CHEN S H，et al.Discovery of a new fragrance allele and the development of functional markers for the breeding of fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2008，22（2）：185–192.
[23] SAKTHIVEL K，SUNDARAM R M，RANI N S，et al.Genetic and mole-cular basis of fragrance in rice[J].Biotechnology Advances，2009，27（4）：468-473.
[24] 陈深广，周屹峰，赵 霏，等.利用Wx和fgr基因双功能性标记高效选育实用型优质保持系[J].中国水稻科学，2011，25（1）：31-36.
[25] 任三娟，周屹峰，孙出，等.利用香味基因fgr的功能分子标记“1F/1R”高效选育籼稻香型不育系[J].农业生物技术学报，2011，19（4）：589-596.
关键词 水稻；香味基因；香气成分；遗传；分子标记辅助育种
中图分类号 S511.035 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）06-0009-01
香稻一直以来都深受广大消费者的欢迎，不仅香味独特，口感好，能增强人们的食欲，而且其营养价值较高，蛋白质、脂肪、氨基酸和微量元素的含量相对比较丰富。在国内外稻米市场上，香米的价格通常是普通非香稻米价格的2～3倍。因此，选育优质香稻新品种，满足市场和消费需求，改善人民生活质量，是现代水稻育种的重要内容之一。
1 香稻概述和检测
香稻价格高，品质优异，且带有独特香味，印度的巴斯马蒂米，巴基斯坦和泰国的茉莉香米纷纷受到世界各地消费者的欢迎。香稻香味的合成，普遍认为是badh2基因突变产生，但随着香稻资源收集范围的扩大，又发现了其他参与控制香味特性的遗传位点。
研究表明，香稻中除2AP这一主要香气成分外，还有很多其他香味成分存在，但是这些成分与香味之间的关系，以及形成香味的生化途径等都尚不清楚。
目前，香味的检测方法主要包括咀嚼法、KOH或I2-KI加热法、热水法、仪器测定法等。这些方法不仅成本高，操作复杂，准确率不高，用量多，而且有的还会对人体造成一定危害，不太适合大量样品的处理。
2 香味成分和合成途径
香稻中香味及其程度与半挥发性单个成分或者多个成分的混合有关。每个品系有唯一的香味，这是由于众多挥发性成分的相互作用而引起的[1]。Petrov et al曾报道香味成分有100多种[2]，随后，Widjaja et al又从各种香味和非香稻中鉴定出超过300种成分[3]。
2AP被认为是水稻中最重要的香气成分，能够产生爆米花型的淡淡香味[4]。除根部以外，在水稻植株其他各个部位都发现了2AP，甚至在非香水稻品种中也有发现，但浓度与香稻相比约低100倍[5]。
关于2AP的合成途径曾有多种报道，根据其合成前体的不同也有不同的论述。Vanavichit et al基本阐明2AP的生物合成途径[6]，提出2AP通过多胺途径合成。多胺合成途径大致分为2条，一条是依赖于BADH2的合成途径，通过BADH2的失活，使得4-氨基丁醛转变为Δ1-吡咯啉，进而合成2AP；另一条是非依赖BADH2的合成途径，主要通过Δ1-吡咯啉-5-羧酸盐合成酶的表达增加，从而使合成产物Δ1-吡咯啉-5-羧酸盐相应增多，与丙酮醛反应生成2AP。
3 香味遗传和分子定位
迄今为止，香味的遗传研究报道较多，该性状可由1个、2个或者3个显性或者隐性基因，或者通过QTLs控制，这反映这个性状遗传控制的复杂。关于基因的数量和遗传本质，以及香味基因的定位，也有很多不同的报道，12条染色体中至少有6条（4、5、8、9、11、12）有这个基因，这就使香味遗传基础更加复杂[7]。
有关香味基因分子定位研究，早期的Ahn et al利用与之紧邻连锁的RFLP克隆RG28把单隐性基因（fgr）定位在第8染色体，香味基因与RFLP标记RG28的遗传距离为4.5cM[8]。Lorieux et al将香味基因定位在第8染色体上，RFLP标记RG1和RG28之间[9]。随后，Wanchana et al将香味基因定位在第8染色体上遗传距离为2.9cM的2个SSR标记RM223和RM342之间[10]。Bradbury et al对fgr区域的17个基因进行序列测定，发现控制甜菜碱醛脱氢酶（BADH2）的基因Badh2在香和非香水稻品种中有明显区别[11]。Chen et al将fgr定位于标记L02和标记L06间69 kb区域，证明该区域中只有Badh2基因和香味性状有关[12]。Chen et al还发现了Badh2基因中的另外一个等位基因，即第2外显子7 bp的缺失，并把香味fgr定位到L04～L06之间[13]。Amarawathi et al在Pusa1121第3、4、8染色体检测到控制香味的3个座位，水稻第4染色体上存在与Badh2基因同源的Badhl有关[14]。Bradbury et al认为fgr基因编码badh2，第7外显子上有8 bp的删除，导致包括Basmati和Jasmine在内的很多香稻的香气。这个酶功能的缺失导致了香味的形成，和这个性状的隐性本质相一致，他们认为badh2基因确实是fgr[15]。最近大多数研究也得出相同的结果。
据报道，在badh2的第7外显子上有8 bp的删除和3个单核苷酸多态性（SNPs），结果导致翻译提前终止，产生了无功能的截断的BADH2蛋白，随后导致2AP的聚集，而在非香水稻中有功能的Badh2基因编码503个氨基酸的BADH2蛋白。除此以外，许多变化包括第8外显子的7 bp的插入[14]；第2外显子的7 bp删除在各种香稻中也有报道[16]。另外，Sakthivel et al找到5个本土的香稻品种，不携带这个删除，这种情况也在其他的香稻品种中出现，这些研究揭示了引起香稻基因池中香味的等位基因和基因多样性的存在[17]。
4 香味性状的分子标记辅助育种
利用与香味基因紧密连锁的分子标记开展分子标记辅助选择已被广泛应用。Garland et al利用与香味基因fgr连锁的第8染色体上基因组DNA克隆RG28开发出基于PCR技术的多态性分子标记[18]。Cordeiro et al鉴定出了（AT）40 SSR标记 SCU015RM来区分fgr基因的香味等位基因和非香等位基因[19]。Jin et al发现一个与水稻香味基因连锁的单核苷酸多态性（C/T）标记RSP04[20]。Bradbury et al针对第8染色体上编码甜菜碱醛脱氢酶基因中第7外显子上8碱基缺失和3单核苷酸多态性，设计ESP和EAP、IFAP、INSP。在香稻中 ESP 和EAP扩增出577 bp片段，在非香稻中为585 bp。ESP/IFAP和INSP/EAP 在香稻和非香稻扩增分别为355 bp，非香257 bp[21]。Shi et al报道某些品种存在第2外显子上的7个碱基缺失，开发了相关功能标记badh2-E2来鉴别香味等位基因[22]。Sakthivel et al发明一种针对badh2中InDel多态性的简单的、共显性的功能标记，在香稻和非香稻中分别扩增出95 bp和103 bp的片段[23]。陈深广等[24]、任三娟等[25]分别采用香味基因fgr的功能分子标记“1F/1R”，经多代选育，最终成功获得了一批性状稳定的优质香型不育系（保持系），即浙农香A（B）系列。 5 参考文献
[1] CHAMPAGNE E T.Rice aroma and flavor：a literature review[J].Cereal Chem，2008，85（4）：445-454.
[2] PETROV M，DANZART M，GIAMPAOLI P，et al.Rice aroma analysis：discrimination between a scented and a non-scented rice[J].Sci Aliments，1996，16（4）：347-360.
[3] WIDJAJA R，CRASKE J D，WOOTTON M.Comparative studies on volatile components of nonfragrant and fragrant rices[J].Sci Food Agric，1996，70（2）：151-161.
[4] BUTTERY R G，LING L C，JULIANO B O，et al.Cooked rice aroma and 2-acetyl-1-pyrroline[J].Agric Food Chem，1983，31（4）：823-826.
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[7] SAKTHIVEL K，RANI N S，PANDEY M K，et al.Development of a simple functional marker for fragrance in rice and its validation in Indian Basmati and non-Basmati fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2009，24（1）：185-190.
[8] AHN S N，BOLLICH C N，TANKSLEY S D，et al.RFLP tagging of a gene for aroma in rice[J].Theor Appl Genet，1992，84（7）：825-828.
[9] LORIEUX M，PETROV M，HUANG N，et al.roma in rice：genetic analysis of a quantitative trait[J].Theor Appl Genet，1996，93（7）：1145-1151.
[10] WANCHANA S，KAMOLSUKYUNGYOUNG W，RUENGPHAYAK S，et al.Rapid construction of a physical contig across a 4.5 cM region for rice grain aroma facilitates marker enrichment for positional cloning[J].Sci Asia，2005，3l（3）：299-306.
[11] BRADBURY L M T，FITZGERALD T L，HENRY R J，et al.The gene for fragrance in rice[J].Plant Biotech J，2005，3（3）：363-370.
[12] CHEN S H，WU J，YANG Y，et al.The fgr gene responsible for rice fragrance was restricted with in 69 kb[J].Plant Sci，2006，171（4）：505-514.
[13] CHEN S，YANG Y，SHI W，et al.Badh2，encoding betaine aldehyde dehydrogenase，inhibits the biosynthesis of 2- acety l-1-pyrr -oline，amajor component in rice fragrance[J].Plant Cell，2008（20）：1850-1861.
[14] AMARAWATHI Y，SINGH R，SING A K，et al.Mapping of quantitative trait loci for basmati quality traits in rice（Oryza sativa L.）[J].Mol Breeding，2008，22（1）：49-65.
[15] BRADBURY L M T，FITZGERALD T L，HENRY R J，et al.The gene for fragrance in rice [J].Plant Biotech J，2005，3（3）：363-370.
[16] SHI W W，YANG Y，CHEN S H，et al.Discovery of a new fragrance allele and the development of functional markers for the breeding of fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2008，22（2）：185–192. [17] SAKTHIVEL K，SUNDARAM R M，RANI N S，et al.Genetic and molecular basis of fragrance in rice[J].Biotechnology Advances，2009，27（4）：468-473.
[18] GARLAND S，LEWIN L，BLAKENEY A，et al.PCR-based molecular markers for the fragrance gene in rice（Oryza sativa L）[J].Theor Appl Genet，2001，101（3）：364-371.
[19] CORDEIRO G M，CHRISTOPHER M J，HENRY R J，et al.Identification of microsatellite markers for fragrance in rice by analysis of the rice genome sequence[J].Mol Breeding，2002，9（4）：245-250.
[20] JIN Q S，WATERS D，CORDEIRO G M，et al.single nucleotide polymor-phism（SNP）marker linked to the fragrance gene in rice（Oryza sativa L.）[J].Plant Sci，2003（165）：359-364.
[21] BRADBURY L M T，HENRY R J，JIN Q S，et al.perfect marker for fragrance genotyping in rice[J].Mol Breeding，2005，16（4）：279-283.
[22] SHI W W，YANG Y，CHEN S H，et al.Discovery of a new fragrance allele and the development of functional markers for the breeding of fragrant rice varieties[J].Mol Breeding，2008，22（2）：185–192.
[23] SAKTHIVEL K，SUNDARAM R M，RANI N S，et al.Genetic and mole-cular basis of fragrance in rice[J].Biotechnology Advances，2009，27（4）：468-473.
[24] 陈深广，周屹峰，赵 霏，等.利用Wx和fgr基因双功能性标记高效选育实用型优质保持系[J].中国水稻科学，2011，25（1）：31-36.
[25] 任三娟，周屹峰，孙出，等.利用香味基因fgr的功能分子标记“1F/1R”高效选育籼稻香型不育系[J].农业生物技术学报，2011，19（4）：589-596.