利用条件QTL定位发掘粳稻生育期和株高及单株有效穗数适用有利等位变异

 利用粳稻品种秀水79/C堡重组自交系群体的254个株系,在南京和泗洪两个环境条件下,对水稻生育期、株高和单株有效穗数进行非条件和条件QTL定位。结果表明,2种方法检测到的3个性状的QTL均以加性效应为主,上位性位点对表型解释率较小,加性位点和上位性位点均不存在基因型与环境互作。将生育期矫正到同一水平,检测到1个单株有效穗数适用有利等位变异RM80 160bp,加性效应为0.71。将单株有效穗数矫正到同一水平,检测到1个生育期性状适用有利等位变异 RM448 240bp,加性效应为4.64。将株高矫正到同一水平,检测到1个单株有效穗数适用有利等位变异RM80 160bp,加性效应为0.62;1个生育期适用有利等位变异RM448 240bp,加性效应为3.89。利用这些适用有利等位变异改良目标性状不会对另外2个性状产生影响。     

利用基于条件表型值的关联分析发掘粳稻生育期和单株有效穗数有利等位变异

 发掘控制粳稻生育期和单株有效穗数的有利等位变异和携带有利等位变异的载体材料,为培育适应性广和产量竞争优势强的杂交粳稻组合提供遗传信息和育种材料。以94个粳稻品种构成的自然群体为试验材料,调查2个环境下各品种的生育期、单株有效穗数和株高,采用QGAStation软件中线性模型的方法进行条件表型值的转换,并利用TASSEL软件中的GLM进行生育期和单株有效穗数的基于非条件和条件表型值的关联分析。2个环境下共检测到34个与生育期和单株有效穗数相关联的SSR标记位点,其中15个与生育期关联,19个与单株有效穗数关联。RM8095 120 bp、RM7102 176 bp、RM72 170 bp和RM72 178 bp是与生育期关联的4个有利等位变异,其载体品种分别是红芒沙粳、日本晴、红芒沙粳和南农粳62401。将这些载体品种中的有利等位变异导入改良材料中,可缩短生育期2.03~9.93 d。RM72 182 bp是与单株有效穗数关联的有利等位变异,其载体材料为小青种。将小青种中的RM72 182 bp条带导入改良材料中可以增加单株有效穗数3个左右。且利用上述载体材料中的有利等位变异改良目标性状时不会对另外2个性状产生影响。     

Mining Elite Alleles of Growth Duration and Productive Panicle Number per Plant by Association Mapping with Conditional Phenotypic Value in Japonica Rice

To provide genetic information and materials for breeding hybrid japonica rice with wide adaptability and strong competitive advantage of yield,elite alleles and their carrier varieties of growth duration (GD) and productive panicle number per plant (PN) were detected.A natural population composed of 94 japonica varieties was phenotyped for the GD,PN and plant height (PH) in two environments.The conditional phenotypic data were transferred by the linear model method in software QGAStation 1.0,and association mapping based on the unconditional and conditional phenotype values of GD and PN was analyzed by using general linear model in software TASSEL.A total of 34 simple sequence repeat (SSR) marker loci associated with GD and PN were detected in the two environments.Among them,15 were associated with GD,and 19 were associated with PN.Four elite alleles of RM8095-120bp,RM7102-176bp,RM72-170bp and RM72-178bp were associated with GD,and their carrier varieties were Hongmangshajing,Nipponbare,Hongmangshajing and Nannongjing 62401,respectively.These elite alleles from the carrier varieties can shorten GD by 2.03 9.93 d when they were introduced into improved materials.RM72-182bp associated with PN was an elite allele,and its carrier variety was Xiaoqingzhong.It can increase PN by three when introduced into improved materials.Moreover,these elite alleles can be used to improve target traits without influencing another two traits.     

多环境下粳稻株高动态QTL分析

 为阐明粳稻株高动态发育遗传基础,在南京和泗洪3个环境下种植粳稻品种秀水79和C堡及其杂交衍生的254个重组自交家系,利用混合线性模型和最佳线性无偏预测方法对3个环境下不同时期株高变异的各效应值进行估计,进而利用非条件和条件QTL定位的方法对控制株高性状的静态位点和动态位点进行了检测。结果表明,3个环境中RIL群体各期株高均呈正态分布并出现双向超亲分离。株高受环境的影响随发育进程而不断减小。成熟期检测到5个QTL,其中qPH8.3仅在该时期检测到。采用非条件定位的方法共检测到15个非条件加性QTL。不同时期检测到的同一加性位点,增效等位基因来自于同一亲本,加性效应的大小随着发育进程而增大。条件定位的方法共检测到16个条件加性QTL和16个互作位点对,6个加性QTL在不同的两个时间段检测到,其余位点（位点对）均在单个时期检测到。从播种至移栽后42 d、移栽后56 d至70 d以及移栽后98 d至112 d这3个时间段,株高性状以加性遗传效应为主;移栽后42 d至56 d以及移栽后70 d至84 d这两个时间段受加性效应和上位性效应共同控制;而移栽后84 d至98 d则以上位性遗传效应为主。G×E互作遗传效应在整个调查时期均很小。多环境条件下两种定位方法的结合有助于更全面地了解株高在不同发育时期的遗传基础。     

Mapping and Comparative Analysis of QTL for Rice Plant Height Based on Different Sample Sizes within a Single Line in a RIL Population

To clarify the most appropriate sample size for obtaining phenotypic data for a single line, we investigated the main-effect QTL (M-QTL) of a quantitative trait plant height (ph) in a recombinant inbred line (RIL) population of rice (derived from the cross between Xieqingzao B and Zhonghui 9308) using five individual plants in 2006 and 2009. Twenty-six ph phenotypic datasets from the completely random combinations of 2, 3, 4, and 5 plants in a single line, and five ph phenotypic datasets from five individual plants were used to detect the QTLs. Fifteen M-QTLs were detected by 1 to 31 datasets. Of these, qph7a was detected repeatedly by all the 31 ph datasets in 2006 and explained 11.67% to 23.93% of phenotypic variation; qph3 was detected repeatedly by all the 31 datasets and explained 5.21% to 7.93% and 11.51% to 24.46% of phenotypic variance in 2006 and 2009, respectively. The results indicate that the M-QTL for a quantitative trait could be detected repeatedly by the phenotypic values from 5 individual plants and 26 sets of completely random combinations of phenotypic data within a single line in an RIL population under different environments. The sample size for a single line of the RIL population did not affect the efficiency for identification of stably expressed M-QTLs.     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

接种根瘤菌环境下大豆叶形遗传及QTL定位分析

为探究接种根瘤菌环境下影响大豆叶形的遗传基础，本研究利用两个叶形具有显著差异的大豆品种及RIL群体，在接种和不接种根瘤菌环境下对大豆叶形性状进行遗传和QTL定位等分析。结果显示，叶形相关性状的遗传率在0.60~0.95之间，环境与基因型间存在互作效应，并且接种根瘤菌可以显著影响叶形指数（LS）与单株粒数（GN）、单株荚数（PD）和单株粒重（GW）的相关系数。此外，两种处理下共检测到8个QTL位点，LOD值范围在2.50~7.03，可解释6.4%~16.9%的遗传变异。其中，qLS-15可解释由根瘤菌×基因型互作引起叶形性状6.4%~9.3%的遗传变异，LOD值在2.50~3.69之间，表明qLS-15是与环境互作的主要遗传位点之一。综上所述，根瘤菌可以通过qLS-15影响大豆叶形，研究结果为解析根瘤菌提升大豆产量的内在机制提供了理论依据。     

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）,本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合 3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B（1）、4B（1）、4D（1）、5A（1）、5B（1）和7D（2）上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。     

小麦单株穗数的遗传分析及基于QTL定位的最优基因型预测

为给小麦育种提供参考,以种植于陕西杨凌、岐山、乾县三地的中国春(母本)×兰考大粒(父本)F2∶3家系为材料,对小麦单株穗数进行数量性状主基因+多基因混合模型遗传分析和QTL定位,并对最优株系基因型及遗传效应进行预测。结果表明:(1)单株穗数符合数量性状遗传特征,由一对加性和部分显性主基因(A-1模型)控制。(2)联合分析三个环境下的单株穗数得到9个控制单株穗数的QTL位点,其中QPn4B-2为主效位点,具有增穗的加性效应,与遗传分析结果相吻合,同时还得到自身无主效应但存在较强上位效应的5个位点;单独分析得到具有QTL与环境互作效应的7个位点,可见上位效应及环境互作效应对小麦单株穗数遗传有较大的影响。(3)在排除基因与环境互作效应以及分别考虑三地基因与环境互作效应4种情况下,单株穗数最优基因型预测效应值较中国春(P1)分别增加了1.45、1.45、1.9337和1.45,其中岐山地区预测效应值最高,达3.954 2,由此可推知此杂交组合后代在提高单株穗数这一性状上存在较大潜力;岐山地区最优株系QTL基因型在QPn2A、QPn6B位点上与杨凌和乾县两地不同,可见不同环境所对应的最优株系基因型存在差异。预测了普通最优株系的最佳基因型组合,同时讨论了在育种中获得最优株系的途径。     

大麦穗长和株高QTL的鉴定

为挖掘大麦穗长和株高的QTL位点,以1个大麦重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体（以J36528和BMJ89为亲本,包含125个F₁₀代）为材料,基于本课题组前期利用DArT标记构建的连锁图谱,结合4年2点共6个不同生态环境测得的穗长和株高表型数据,鉴定大麦穗长和株高QTL。结果表明,共鉴定到3个穗长QTL和2个株高QTL,分别分布在2H、3H、6H和7H染色体上,其中,穗长位点 Qsl.sicau-JB-2H在2个环境中被检测到,能够解释11.38%~14.66%的表型变异; Qsl.sicau-JB-7H在6个环境中均被检测到,能够解释35.10%~46.34%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-6H仅在1个环境中被检测到,可解释17.99%的表型变异。株高位点 Qph.sicau-JB-6H在5个环境中均被检测到,能够解释16.36%~21.18%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-3H仅在1个环境中被检测到,可解释15.40%的表型变异。本研究为解析大麦植株形态和产量性状遗传机制以及分子辅助育种奠定了基础。     

中日水稻品种杂交后代的株型性状与产量和品质的关系

以东北地区最具代表性的水稻品种辽粳5号(直立穗型)与日本著名的优质米品种秋田小町(弯曲穗型)杂交后采用单粒传法构建的F9重组自交系群体(以下简称RIL群体)为试材,研究中日水稻品种杂交后代株型性状的变化规律及其与稻米产量和品质的关系,结果表明,来自中日水稻杂交的RIL群体的株型性状、产量和米质性状均发生了分离和重组。株高、倒3、4节长和剑叶基角与产量呈显著正相关。植株越高、颈穗弯曲程度越大、倒3叶越窄长的株系,稻米的加工品质和外观品质越好。食味值与绝大多数株型性状的相关性未达显著水平,仅与倒3片叶的宽、二次枝梗数、着粒密度呈极显著负相关。产量与米质的相关分析表明,产量越高,整精米率就越高,但食味越差。中日水稻品种杂交后代的株型性状与产量和米质性状密切相关。尽管产量与食味很难统一,但RIL群体中仍然有极小部分产量高食味也好的株系,它们的主要株型特征是具有较长的穗长和较长的倒1节间长。     

玉米株高qPH10的QTL定位及候选基因预测

利用掖478为轮回亲本、齐319为供体亲本构建的染色体片段代换系CL137为父本,与掖478杂交构建近等基因系F2分离群体,根据齐319、掖478重测序数据开发在双亲中具有多态性的Indel分子标记,在两个环境中对控制玉米株高的10号染色体QTL进行定位。结果表明,2017年的株高表型将QTL定位到标记mk8-bnlg1655之间,位于83.86~85.34 Mb(B73 RefGen_v3)的1.5 Mb区间,表型贡献率为7.57%;2018年株高表型将株高QTL定位到标记mk5-bnlg1655之间,位于82.76~85.34 Mb的2.5 Mb区间,表型贡献率为5.75%。同时检测发现,该QTL主要以加性效应为主,显性效应较小。通过对所定位的QTL重合区间内的基因进行功能注释,预测可能控制株高的候选基因,为后续精细定位第10号染色体株高QTL以及探索候选基因功能机制提供研究基础。     

利用野生大豆染色体片段代换系定位单株粒重QTL

以野生大豆ZYD00006为供体亲本,黑龙江省主栽品种绥农14为轮回亲本,连续多年回交并自交,构建了高世代染色体片段代换系BC3F3代161个株行。该群体经多代回交的遗传背景相对一致,大大提高了QTL定位的准确度。结合单因素方差分析法和独立样本T检验法对群体进行QTL定位,共获得9个单株粒重的QTL,分布于7个连锁群。两种方法中均被检测到的有3个QTL,分别为QSW-J-1、QSW-J-2和QSW-G-1;QSW-G-1和QSW-G-2与已有研究结果相吻合;其余7个QTL为新发现QTL,可能是本材料特有位点;其中QSW-J-1的导入片段长度是7.0 c M,且加性效应值为-2.7 g,可作为继续研究的首选位点。     

大豆株高QTL定位研究

株高是大豆产量的一个影响因子,该性状的基因定位对于大豆育种具有重要的理论和应用价值.以绥农14×绥农20的F2代154个单株为材料,对各单株及亲本的株高性状进行调杳和SSR分析.构建一张包含65个SSR标记的遗传图谱,用QTL软件分析,在F2代共检测出2个与株高相关的QTL位点,命名为Plht-1和Plht-2位点,均分布在G连锁群.     

利用分池分析获得南大2419中一个抗赤霉病位点的分子标记

赤霉病是小麦的一种灾难性病害。为了发掘抗赤霉病基因,对小麦品种望水白×南大2419的F2群体及其重组自交系群体进行了赤霉病表型鉴定,并根据F2抗性表型分别配制抗病池和感病池,用RAPD方法筛选与抗赤霉病基因连锁的候选标记。通过F2代选择基因型分析,发现S1021与抗赤霉病性有关。利用重组自交系群体证实了上述结果。这一标记在重组自交系中解释了8 %以上的表型变异。为了便于该基因在育种中的应用,将该RAPD标记转化成了SCAR标记并定位于染色体2B。区间作图表明南大2419是这一QTL的供体亲本。本研究表明,将分池法与选择基因型分析相结合,可以利用F2代群体定位效应较小的QTL位点。     

利用90K基因芯片进行小麦株高QTL分析

为给小麦株高标记辅助选择提供可供选择的分子标记,并进一步对株高QTL进行精细定位及相关基因克隆,以小麦骨干亲本周8425B和小偃81衍生的包含102个家系的RIL群体(F_8)为材料,利用90K芯片标记构建高密度遗传图谱,在3个环境下对株高进行QTL检测。结果表明,所构建的图谱含有9 290个SNP标记,覆盖了小麦21条染色体的63个连锁群,图谱总长3 894.64cM,平均标记密度为0.42cM。共检测到9个控制株高的QTL,分布于1B、4A、4D、6B、7A、7B和7D染色体上,变异解释率为2.23%~16.25%。QPh.nafu.4D、QPh.nafu.4A、QPh.nafu.1B-2与前人定位到的位置相同或相近。QPh.nafu.7A具有较大的LOD值(8.17)和变异解释率(14.69%),为主效QTL。QPh.nafu.6B、QPh.nafu.7B-1、QPh.nafu.7B-2均能在多个环境下使用多种QTL检测方法定位到,可能为新的较稳定的控制株高的QTL。     

玉米株高和穗位高QTL定位和全基因组选择探究

以郑58和B73为亲本构建的F₂群体,基于玉米48k液相探针捕获技术对株高和穗位高进行QTL定位和全基因组选择探究。结果表明,检测到20个株高的QTL,单个QTL的表型贡献率为2.13%～31.67%;检测到18个穗位高的QTL,单个QTL的表型贡献率为1.20%～27.49%,在4号染色体上的bin4.09区间发现存在1个同时控制株高和穗位高的主效QTL。通过改变训练群体大小和标记数目,用R语言软件的rrBLUP包对株高和穗位高进行全基因组选择,结果发现,株高和穗位高的预测精度分别为0.79和0.76。预测精度随着训练群体大小的增大而增加,当训练群体大小为50%时即可获得相对较高的预测精度。预测精度会随着标记数目的增加而增大,当标记数目为500时即可获得相对较高的预测精度。     

基于温热BC1群体的农艺性状QTL定位

利用昌7-2与热带自交系CML451构建的BC₁群体开花期、株高以及产量相关性状进行QTL定位分析。通过复合区间作图方法共检测到与散粉期、抽丝期、株高、穗位高、穗长、穗粗、穗轴粗、穗行数8个性状相关联的QTL 26个。控制散粉期的qDTP5被定位于第5染色体上的umc1523-bnlg1660标记区间,其解释了16%表型变异;控制株高的qPH3被定位于第3染色体上的bnlg1798-bnlg1852标记区间,解释了19.9%表型变异;控制穗位高的qEH10-2被定位于第10染色体上的umc1911-bnlg594标记区间,解释了13.4%表型变异;控制穗长的qEL10-2被定位于第10染色体的bnlg1250-bnlg594区间,解释了13%表型变异;控制穗粗的qED5、控制穗轴粗的qCD5、控制穗行数的qER5均被定位于第5染色体上的bnlg1660-bnlg1208区间,分别解释了18.1%、11.3%与21.8%表型变异;qED7定位于第7染色体上的umc1154-umc1799区间,与穗粗相关,解释了21.9%表型变异。     

籼粳交DH群体和RIL群体的构建及籼粳分化

 对籼粳杂交组合“02428（粳）/特青（籼）”F1进行一步成苗法花药培养，对该组合的分离世代采用连续自交随机选择，分别获得由132个株系组成的加倍单倍体（DH）群体和由157个株系组成的重组自交系（RIL）群体。通过形态指数法和分子标记法对两个群体的籼粳分化进行了研究，结果表明，无论是DH群体还是RIL群体，各株系的籼粳形态指数和分子标记指数分布均呈正态分布，但RIL群体的偏态性强于DH群体，且明显偏父。     

玉米植株结构分析及其QTL定位

选用83个玉米DH系及其亲本作为试验材料,对其植株结构性状进行了分析。结果表明,株高受中部节间长度影响最显著;穗位高主要是由基部节间长度控制;相邻节间长在发育上具有协同性。对DH系的株高、穗位高和节间长性状进行QTL定位,共检测到40个QTL,贡献率为7.98%～43.24%。每个性状检测到1～5个QTL,其中株高、穗位高和节间长检测到1个共同的QTL。