植物SNP数据库及转化CAPS的方法

单核苷酸多态性(SNP)在植物基因组中广泛存在,基于SNP的分子标记也正越来越广泛地应用到植物基因定位、图位克隆及分子标记辅助育种等方面。模式植物拟南芥和水稻的全基因组序列测定已经完成,拟南芥有两种生态型完成了全序列测定,水稻有两个品种完成了全序列测定。许多植物有来自不同品种或不同组织器官或生长发育阶段的大量的EST序列。这些序列是植物SNP开发的重要资源。利用生物信息学手段对全基因组序列或EST序列进行分析已经形成了许多SNP位点数据库,这些数据库的建立为基于SNP的基因功能研究及分子标记开发提供了宝贵的资源。本文对植物SNP位点开发涉及的数据库资源及已经形成的SNP位点数据库进行了总结,并讨论了将SNP位点转化成CAPS或dCAPS标记的方法和相应的工具软件。     

玉米产量相关性状QTL通用图谱的构建及功能候选基因的开发

通过生物信息学手段,收集整理玉米基因组数据库中产量相关性状的QTL信息,借助高密度玉米遗传连锁图谱IBM 2005 Neighbors和临近分子标记,建立了涵盖干物质和淀粉产量、籽粒相关性状、粒重相关性状以及穗部相关性状四大类共计18个指标的QTL通用图谱。并将位于QTL分布密集区域的基因,与水稻基因序列进行比对,找到了与水稻木质素合成有关的gh2具有高同源性的基因AY109876,同时改进了利用生物信息学手段筛选功能候选基因的路线图。     

水稻温敏核雄性不育系培矮64S广亲和位点S-5的SSR紧密连锁标记

广亲和(WC)是水稻(OryzasativaL.)亚种间杂种优势利用的重要遗传工具。本研究对我国南方大面积推广应用的亚种间两系杂交稻亲本培矮64S的WC基因S-5n进行分子标记定位。从培矮64S//T8/秋光三交F1中选出由263个高育和低育极端类型组成的标记群体,选用来源于CornellSSR连锁图的20个标记和根据GenBank数据库公布的序列合成的9个SSR标记,通过BSA(分离群体分析)法对标记群体进行分析,该S-5位点精确定位于第6染色体上,距SSR标记GXR6和RM276的距离只有0.2cM。培矮64S的S-5n对育性贡献可使小穗结实率从平均43.5%提高到77.5%,贡献率达34.0%,表明它是一个很强的控制广亲和特性的主效基因。本研究所获得的这些紧密连锁标记对分子标记辅助选择培育广亲和水稻品种和基因克隆具有重要的利用价值。     

水稻线粒体SCAR分子标记的开发与应用

为了开发一套能够简单快捷地筛选水稻细胞质的分子标记,本研究选用了5个配子体雄性不育系W15A、W20A、W34A、W46A和YA为材料,采用线粒体基因组DNA超纯提取和多态性扩增(random amplified polymorphic DNA,RAPD)的方法,开发了一套水稻线粒体基因组分子标记(sequence characterized amplified region,SCAR),该套分子标记共37个标记,其中16个定位水稻线粒体基因组,12个为无同源序列,其他的能在叶绿体、核以及细菌中找到同源。用这套分子标记筛选20份含红莲型不育基因orf H79的水稻材料和35个野生稻材料,均呈现出很好的细胞质多态性。因此,这些标记为水稻线粒体基因组多态性鉴定、新型不育细胞质的筛选提供一个快速的方法,同时也可用于不育系品种鉴定和水稻细胞质进化研究。     

基于二代测序数据开发以93-11为亲本的水稻SNP-dCAPS标记的研究实例

作为第一个全基因组序列被测定的籼稻材料,93-11,已成为开展水稻分子遗传、功能基因定位和克隆等研究的最重要亲本之一。公共数据库公布的93-11序列为开发水稻SNP标记奠定了重要基础,但其序列中存在的部分错误,也给相应研究工作带来困扰。本研究通过双重参考日本晴序列和93-11序列,进行候选SNP位点碱基多重比对,建立了一个推测、甄别93-11公共数据库误差序列,开发SNP标记的实践方法。基于本研究建立的方法,针对一个涉及稻瘟病抗性材料P400突变基因所定位区间,结合dCAPS策略,展示了高效开发SNP-dCAPS标记的实例。研究结果表明,本研究建立的方法对利用93-11为亲本,开展水稻功能基因分离等工作,有积极的借鉴意义。     

基于RNA-seq技术的玉米SNP和InDel标记分析

高温已对玉米(Zea mays L.)生产造成了巨大危害。为了给耐高温胁迫玉米品种选育提供可用的分子遗传标记,本研究以耐高温和高温敏感的两个玉米品种为实验材料,通过花粉总RNA提取、mRNA纯化、反转录、转录组文库构建及测序等工作,对获得的转录组数据进行SNP和InDel分子标记分析。结果显示:高质量碱基数据量平均为6.69 Gb,占原始数据比例平均达94.71%;在SNP分子标记中,Homo位点平均为19450个,Hete位点平均为23598个,转换类型共52337个,颠换类型共27868个;在InDel分子标记中,Homo位点平均为1023个,Hete位点平均为1736个;SNP/InDel位点在外显子区分布最多,达到总量的58.02%,其次是基因间隔区、3'非翻译区和5'非翻译区,其余区域位点占总量比例均低于5%;SNP/InDel造成同义单核苷酸突变比例最高,平均值为60.69%,其次为非同义单核苷酸突变,平均值为36.72%,非移码替换突变为平均值1.64%,其余3种均不到1.00%;在SNP和InDel标记位点基因功能注释中,NR数据库注释最多,超过8000个,其次为KEGG和eggNOG;注释到GO和Swissprot数据库的相对较少。本研究结果为进一步标记辅助耐高温玉米品种选育提供了分子基础,也为其它植物的类似研究提供了参考。     

稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用进展

由稻瘟病菌引起的水稻稻瘟病是影响水稻生产的重要病害之一,培育和合理利用抗性品种是控制稻瘟病最经济有效、环保的措施。虽然DNA分子标记分子已经被广泛用于基于分子标记辅助选择技术(MAS)的水稻抗性育种工作中,但是分子标记辅助选择育种的效率取决于分子标记与目标基因的连锁距离。目前,已经克隆的稻瘟病抗性基因多达26个,其全基因组序列已经公开发表,这将有利于基因特异性分子标记的开发。基因特异性分子标记与基因共分离,在分子育种过程中实现了对目标基因的直接选择,有可能成为未来分子育种技术中鉴定目标基因的主流工具。本研究综述了稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用情况,并对已经开发成功的基因特异性分子标记相关信息进行整合,旨在为育种家在分子标记的选择上提供指导信息。     

利用水稻基因组序列数据开发SSR标记的方法

水稻基因组序列中存在着丰富的简单重复序列(SSR)，而已经开发利用的仅仅是一小部分。本文提出了通过搜索水稻基因组序列中的简单重复序列开发SSR标记的思路和方法，并介绍了应用本方法成功地在500kb范围内，获得22个SSR标记，其中10个在定位群体中扩增出多态带的SSR标记并将其定位，本实例验证了利用水稻基因组序列数据开发SSR标记是十分有效的。     

利用SRAP标记分析玉米遗传多样性

相关序列扩增多态性(SRAP)是一种基于PCR的新型分子标记技术.本研究的目的在于探讨利用该标记进行玉米种质资源遗传多样性分析和杂种优势群划分的价值及可行性.利用22对SRAP引物对16个玉米自交系进行了遗传多样性分析,共扩增出197条具多态性的条带,平均多态性信息量为0.8847,平均多态性比率为59.8%.通过聚类分析将16个自交系分为5个群,其划分结果与系谱分析基本一致.该结果表明SRAP标记是一种适合于玉米种质遗传多样性研究的分子标记.     

水稻抗褐飞虱基因Bph3荧光分子标记的开发及应用

褐飞虱是严重威胁水稻生产的害虫之一。开发褐飞虱抗性基因的分子标记用于抗性分子育种是减小褐飞虱危害的有效途径。本研究根据抗褐飞虱基因Bph3序列与其等位基因序列差异,利用PARMS技术开发Bph3的共显性的荧光分子标记MM3T,并利用该标记对31份水稻亲本材料及52份BC2F2代杂交后代进行检测,验证分子标记的可靠性。结果表明,MM3T在包含有Bph3基因的水稻中均能检测到抗褐飞虱荧光信号,在无Bph3基因的水稻中均检测到感褐飞虱的荧光信号,为利用分子标记辅助选择提高水稻褐飞虱抗性提供了高效、快速、准确的检测方法。     

用闭合三角形杂交群体检测QTL等位位点差异

本文简述QTL定位和数量性状分子标记辅助选择的基本原理、基本方法,以及在实际应用中存在的一些问题。将12个不同作图群体构建的刚UP或SSR分子标记连锁图,根据其大多数分子标记所在的染色体节,再按每条染色体在各自连锁图中的相对长度整合在一起,然后将所定位的玉米株高QTL转换成整合图上的相对位置。结果发现,12个作图群体定位的75个玉米株高QTL位点遍布整个染色体组,QTL定位的重演性不高。分析认为,这是数量性状受众多微效多基因控制的必然现象。最后,提出用闭合三角形杂交群体进行QTL定位,检测QTL等位点的多重差异,并设想用这种方法验证或提高不同作图群体定位同一数量性状QTL的重演性。     

A genetic linkage map in southern‐by‐spring oat identifies multiple quantitative trait loci for adaptation and rust resistance

We developed 178 recombinant inbred lines from a southern‐by‐spring oat population designated as “TxH.” These lines were genotyped to generate a high‐quality linkage map that resolved 6,902 markers into 21 linkage groups that matched closely with the latest hexaploid oat consensus map. Three major quantitative trait loci (QTLs) affecting heading date were found in locations that are consistent with known QTLs and candidate genes, and two other QTLs affecting heading date were found in novel locations. Five QTLs affecting plant height were found. Both sets of QTLs are responsible for transgressive segregation observed for these two traits. Four QTLs affecting resistance to crown rust, caused by the pathogen Puccinia coronata f. sp. avenae, were identified. Two of these QTLs are consistent with known clusters of rust resistance genes, while two may represent new locations of novel rust resistance genes. A complete set of SNP sequences suitable for generating markers for molecular selection is provided.     

干旱和灌溉两种处理条件下玉米株高、产量的QTL分析

为了对玉米的抗旱遗传学研究以及开展抗旱分子标记辅助育种提供有力支撑,利用SSR分子标记技术,构建了玉米基于RIL6群体的遗传连锁图谱,包含101个位点,覆盖玉米基因组1 395.2 cM,标记间平均距离为13.81 cM。在灌溉与干旱两种环境下,对该RIL家系的株高、产量进行QTL初级定位,在灌溉条件下,检测到3个控制株高和3个控制产量的QTL,在干旱条件下,检测到5个控制株高和3个控制产量的QTL,两种水分条件下检测出的QTL不同,并找到1个相对稳定的QTL。     

Mapping QTLs in breeding for drought tolerance in maize (Zea mays L.)

Summary Grain yield in the maize (Zea mays L) plant is sensitive to drought in the period three weeks either side of flowering. Maize is well-adapted to the use of restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) to identify a tight linkage between gene(s) controlling the quantitative trait and a molecular marker. We have determined the chromosomal locations of quantitative trait loci (QTLs) affecting grain yield under drought, anthesis-silking interval, and number of ears per plant. The F₃ families derived from the cross SD34(tolerant) × SD35 (intolerant) were evaluated for these traits in a two replicated experiment. RFLP analysis of the maize genome included non-radioactive DNA-DNA hybridization detection using chemiluminescence. To identify QTLs underlying tolerance to drought, the mean phenotypic performances of F₃ families were compared based on genotypic classification at each of 70 RFLP marker loci. The genetic linkage map assembled from these markers was in good agreement with previously published maps. The phenotypic correlations between yield and other traits were highly significant. In the combined analyses, genomic regions significantly affecting tolerance to drought were found on chromosomes 1,3,5,6, and 8. For yield, a total of 50% of the phenotypic variance could be explained by five putative QTLs. Different types of gene action were found for the putative QTLs for the three traits.     

Genetic mapping for resistance to gray leaf spot in maize

The molecular marker technology has been used on mapping of quantitative trait loci (QTLs) associated with plant resistance. The objectives of this research were to estimate genetic parameters and to map genomic regions involved in the resistance to gray leaf spot in maize. Ninety F₃ families from the BS03 (susceptible) and BS04 (resistant) cross were used. Field trials were performed using a 10 × 10 square lattice design with three replications. Data from 62 SSR markers were used for linkage analysis. The locations of the QTLs on the linkage groups were determined by composite interval mapping method and the phenotypic variance explained by each marker was determined by regression analysis. Several QTLs associated to disease resistance were identified in the population BS03 × BS04. Some QTLs showed significant effects over the different environments studied. The existence of significant QTLs in common among different environments indicates these genomic regions as possible new tools for marker-assisted selection in maize breeding programs.     

籼型水稻SSR标记遗传连锁图谱的构建及偏分离分析

水稻是禾本科植物研究的模式植物,水稻分子标记连锁图谱是开展水稻分子生物学研究的重要前提.本研究利用两个优良的籼型水稻恢复系T219和T226衍生的202个重组自交系(RILs)作为作图群体,构建了水稻全基因组连锁图谱.图谱共包括181个简单重复序列(SSR)分子标记,图谱总长1 559.6 cM.该图谱与多数已经发表的图谱相比具有较好的一致性.同时检测到偏分离标记有33个,除第4、第7和第9染色体没有偏分离标记外,其余染色体都存在偏分离标记,绝大多数偏分离标记偏向于T226.     

基于Meta分析构建抗玉米粗缩病的染色体单片段代换系

为发掘玉米粗缩病抗性基因,解析其遗传规律。借助IBM2 2008 Neighbors遗传图谱,整合已报道的92个抗玉米粗缩病QTLs(Quantitative trait locus),通过Meta分析获得24个"一致性"抗病区间。利用生物信息分析,确定抗病区段的物理位置信息,在相关区段对郑58和齐319的全基因组重测序序列分析鉴定出7 142个InDel位点,其中546个含有InDel位点的序列可用于引物开发,进一步通过试验筛选出在郑58和齐319第2,4,5,6,7,8,10号染色体上的多态InDel位点158个。以抗粗缩病玉米自交系齐319为供体亲本,感病优良自交系郑58为受体亲本,利用上述InDel标记辅助选择构建整套染色体单片段代换系材料。为抗玉米粗缩病QTL位点的精细定位提供了可能,也为抗病育种提供新的种质资源。     

水稻分蘖相关性状的QTL定位与分析

应用147个SSR标记,对水稻测序品种日本晴(Nipponbare以下简称Nipp) ×广陆矮4号(部分测序,以下简称GLA)的F2群体进行基因检测,构建了全长为1736.6cM、覆盖水稻基因组12条染色体的连锁图,采用QTLCart1.7 统计软件对水稻分蘖相关性状如分蘖数、穗数、有效分蘖数、分蘖率等4个性状的基因座位进行定位分析,检测到5个主效果基因和17个微效基因,同时结合基因组研究的最新成果,对7个与标记间遗传距离为0(QTL POS=0)的QTLs进行生物信息学的分析,尝试用QTL定位预测基因的功能。     

基于元分析和生物信息学分析的玉米抗旱相关性状QTL一致性区间定位

定位玉米基因组中一致的抗旱性区段是玉米抗旱分子育种的重要基础。本研究对至今发表的在干旱条件下定位的相关性状QTL信息搜集整理,以IBM2 2008 Neighbors为参考图谱,利用overview分析和元分析方法进行Meta-QTL (MQTL)检测,共发掘79个MQTL,生物信息学分析结果显示,有43个区间内包含抗旱相关基因信息,占检出MQTL总数的54.43%。基于MaizeGDB网站的Genome Browser中的遗传图谱与物理图谱的整合信息,进行MQTL物理距离的估算,根据maizesequence网站的玉米基因组序列信息,进行初步的抗旱基因预测表明,这些区段中包含丰富的MYB、bZIP以及DREB转录因子序列信息以及大量的LEA基因家族成员。     

氮胁迫与非胁迫条件下玉米不同时期株高的动态QTL定位

以玉米杂交种农大108的203个F_2:3家系为材料,在施氮（N+）和不施氮（N－）2种条件下对拔节期到灌浆期的株高变化进行了动态QTL分析。结果表明,N胁迫条件对亲本许178影响较小,而对亲本黄C的影响较大,F_2:3群体在不同时期的株高均值在2种施肥水平下没有显著差异,但变异范围存在一定的差异。利用包含199个SSR标记的遗传连锁图谱与复合区间作图法,在N－条件下,拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、灌浆期分别定位1、1、2和2个非条件QTL,可分别解释各时期株高表型变异的8.42%、13.86%、24.33%和22.66%;在N＋条件下,相应时期分别定位1、1、2和4个非条件QTL,可分别解释各时期株高表型变异的8.10%、12.92%、21.30%和44.41%。在N－条件下,拔节期至喇叭口期、开花期至灌浆期分别定位了1和5个条件QTL,可分别解释该时期株高动态变异的9.14%和50.98%;在N＋条件下,相应时期分别定位1和4个条件QTL,可分别解释该时期株高动态变异的13.33%和44.47%。这些非条件QTL和条件QTL多数表现以显性和部分显性为主。