稻米外观和碾磨品质QTL定位及其与土壤水分环境互作分析

本文利用旱稻品种IRAT109和水稻品种越富的花培DH群体的116个株系为作图群体，采用混合线性模型QTL定位方法，在水、旱2个土壤水分环境下对粒长(GL)、粒宽(GB)、长宽比(LWR)和垩白率(C)4项外观品质性状和糙米率(BR)、精米率(MR)、整精米率(HR)3项碾磨品质性状进行QTL定位及QTL与环境互作分析。在水、旱2种条件下对DH群体差异显著性分析结果表明，糙米率、精米率和长宽比差异不显著,而整精米率、粒长、粒宽、垩白率差异极显著。外观品质性状在水、旱栽培条件下变化较大，即在旱种环境下稻米粒形变小（粒长、粒宽减小）、变细（长宽比增大）垩白率大幅度下降。碾磨品质性状在双亲间均有差异，其中整精米率差异较大；且在两种土壤水分环境条件下均有变化，即在旱栽条件下两亲本的糙米率和精米率均降低，IRAT109分别减少了5.8%和5.5%，越富分别减少了11.7%和11.5%。共检测到11个加性效应QTL与稻米外观和碾磨品质性状7项指标有关，分别位于第1、3、5、6、7、10、11染色体上，单个QTL对性状的贡献率在3.15～21.42%之间，位于第1、7 染色体上2个控制整精米率的QTL存在显著环境互作，单个QTL与环境互作效应的贡献率分别为9.59%和13.58%。在第1染色体RM295标记附近同时检测到5个QTL，Qgc1a 、Qgc1b 、Qlwr1、QMr1b和QHr1，分别控制粒长、长宽比、精米率和整精米率，且该QTLs簇在2个环境下能稳定地被检测到。同时，还检测到10对上位性QTLs，所有上位性QTL都发生在不同染色体之间，其中，控制整精米率的4对QTL与土壤水分环境显著互作，其环境互作贡献率分别为14.29%、12.28%、10.56%和13.47%。控制粒长、粒宽、长宽比的6个加性QTL（Qgc1a、Qgc1b、Qgc5、Qgw6、Qlwr1、Qlwr10）与环境之间互作较小，在品质育种中可利用分子标记对其进行辅助选择，提高育种效率；而对于基因型×环境互作效应大的整精米率、垩白率应在特定环境(如土壤缺水条件)下进行选择，在特定水分胁迫条件选择目标亲本，并将抗旱基因导入该亲本方可选到品质较优的抗旱品种。     

水、旱条件下稻米品质相关性状的QTL定位及其与环境互作分析

为探究干旱胁迫环境条件下水稻(Oryza sativa)碾米品质和外观品质相关性状的变化规律,挖掘干旱条件下稳定存在的控制稻米品质性状的QTL,同时分析QTL与环境的互作效应,本研究以陆稻小白粳子和水稻空育131杂交构建的207个重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体及2个亲本为实验材料,在干旱胁迫和正常灌溉2个环境条件下进行重复实验,对糙米率(brown rice rate,BRR)、精米率(milled rice rate,MRR)、整精米率(head rice rate,HMRR)及垩白粒率(chalky rice rate,CG)4个品质性状进行QTL定位.结果表明,在2个环境下BRR、MRR、HMRR三者之间均呈极显著正相关,MRR、HMRR与CG分别呈显著和极显著负相关.各性状在2个环境下均呈现出连续分布,表现为数量性状的遗传特点.4个性状两年共检测到24个加性QTL和9对上位性互作QTL,分布于除第10和第12染色体的其余10条染色体上.在所有检测结果当中,5个加性QTL(qBRR1a,qMRR11a,qHMRR6a,qCG6a和qCG6c)均在2年干旱胁迫环境下同时检测到,3个加性QTL和4对上位性互作QTL检测到显著的环境互作效应,但各性状均以加性遗传效应为主,受水分环境影响较小.对干旱胁迫具有特异性QTL的挖掘和发现,在一定程度上为干旱胁迫下稻米品质的遗传改良提供了基础资料.     

普通野生稻稻米加工品质和外观品质性状QTL定位

本研究利用一套以籼稻品种“特青”为遗传背景的云南元江普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）渗入系为材料，采用单标记回归分析和渗入片段叠代法，对出糙率、整精米率、垩白粒率、垩白度、长宽比等5个品质性状的QTL进行了分析，初步定位了16个QTL，有10个QTL来自野生稻的等位基因能改良群体的品质性状。在第5染色体RM289附近检测到了同时影响长宽比、垩白粒率QTL，来自野生稻的等位基因能增加长宽比、降低垩白粒率，贡献率也较高。在第8染色体RM152附近检测到降低垩白粒率和垩白度的QTL，其贡献率分别为14％和9%。本研究结果不仅为品质性状分子标记辅助选择提供参考，而且充分显示了利用野生稻的优异基因改良栽培稻品质性状的巨大潜力。     

不同生境下水稻稻米品质因子分析

运用因子分析法对不同生境下62个水稻品种中13个稻米品质性状研究结果表明,以前5个主因子对变异的累计贡献率>89％统计,垩白(垩白粒率和垩白度)、加工品质(糙米率、精米率、整精米率和碎米率)、粒形(糙米宽厚比、糙米长宽比)是影响早季稻米品质主要因素;糙米宽、整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量是影响晚季稻米品质的主要因素。主因子之间早季垩白与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比、碎米率与糙米宽厚比表现正向相关,晚季糙米宽与精米率和直链淀粉含量、精米率与糙米长和直链淀粉含量、糙米长与直链淀粉含量表现正向相关。主因子之间早季垩白与糙米率、精米率和整精米率,糙米率、精米率、整精米率与碎米率、糙米宽厚比和糙米长宽比,碎米率与糙米长宽比,糙米宽厚比与糙米长宽比表现负相关,晚季糙米宽与整精米率、精米率、糙米长和直链淀粉含量,整精米率与糙米长,精米率与直链淀粉含量表现负相关。     

利用旱稻导入系定位水、旱田外观品质的QTL及土壤水分效应分析

以271份具有优质水稻(Oryza sativa L.)越富遗传背景及旱稻IRAT109导入片段的导入系群体为材料,在北京、海南两地水、旱田环境下调查精米粒长、粒宽、粒厚、长宽比和垩白率5个性状,研究旱田栽培对外观品质的影响,进行QTL定位及QTL与水分环境的互作分析.结果表明,粒长、粒宽、长宽比和垩白率易受土壤水分的影响,粒厚比较稳定.水分胁迫使稻米粒长、粒宽变小,长宽比增大,垩白率减少.利用QTLNetwork软件,5个性状共检测到30个加性QTL和4对上位性QTL.6个加性QTL(qGL7、qGT2、qGT4、qLWR2、qC2和qC8)和2对上位QTL(qGL3-qGL7和qGL7-qGL10)的贡献率大于10%.21个QTL与前人研究结果相一致.外观品质性状QTL在染色体上多呈成簇分布,第2染色体RM492～RM1211、第3染色体RM6832～RM3166和第6染色体RM587-RM1163区段是外观品质QTL相对集中分布区域.41%的QTL存在水分环境互作.根据不同性状对干旱胁迫的反应特点,选择水、旱田贡献率大且稳定的QTL,或具有旱田特异性的QTL,进行标记辅助聚合育种是培育抗旱、优质稻的一个有效途径.     

水稻赖氨酸和总黄酮含量的QTL定位及环境互作分析

为挖掘多环境下稳定存在的水稻赖氨酸和总黄酮含量相关QTL,以粳稻东农425和长白10号及其衍生的180个株系的F_(6:7)重组自交系(RIL)作为供试群体,采用完备区间作图法(ICIM)和基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM),对2014年和2015年水稻的赖氨酸含量和总黄酮含量进行加性QTL定位及环境互作分析。结果检测到10个影响赖氨酸含量的加性效应QTL和12个影响黄酮含量的加性效应QTL,分布在除第9、第10和第12染色体以外的9条染色体上,其中在第5染色体的RM538~RM1271标记区间内连续2年检测到总黄酮含量QTL。检测到6个存在环境互作效应的赖氨酸含量QTL、4个存在环境互作效应的总黄酮含量QTL,互作贡献率为0.15%~6.73%;一对影响总黄酮含量的上位互作效应的QTL,贡献率为0.99%。本研究结果为水稻赖氨酸和总黄酮含量QTL分子标记辅助育种提供了一定的理论依据。     

盐胁迫下水稻部分生化性状的QTL定位

应用247个株系组成的珍汕97B/密阳46重组自交系群体及其相应的含250个分子标记的高密度分子遗传图谱,对0.7%NaCl盐处理后的水稻苗期相关生化性状进行QTL定位。在第1染色体的RM237-RM246区间检测到1个控制蛋白质含量的QTL,贡献率为13.14%;在第12染色体的RG81-S13126和RM309-RG543区间分别检测到1个控制脯氨酸含量和抗坏血酸含量的QTL,贡献率为9.09%和7.97%。并将所定位区间与已报道的水稻盐胁迫反应基因/QTL的位置进行了比较。     

水稻千粒重和垩白粒率相关性分析及其QTL定位

千粒重和垩白粒率是水稻重要的产量和品质性状。本研究以粳稻Sasanishiki为受体、籼稻品种Habataki为供体构建的染色体片段渗入系群体(Introgression Lines,ILs)为材料,在两个不同的环境下进行了千粒重和垩白粒率相关性分析和QTL定位。相关分析表明,在两个不同的环境下,群体千粒重和垩白粒率之间相关性不显著。两个环境共检测到9个稻谷千粒重QTL、5个糙米千粒重QTL和6个垩白粒率QTL,分布在水稻的10条染色体上。在两个不同的环境下重复检测到其中的5个QTL,即影响稻谷千粒重的qPTGW3、qPTGW8.2和qPTGW11.1及控制垩白粒率qPGWC1.1和qPGWC1.2。其所对应染色体片段渗入系的相应性状与背景亲本Sasanishiki的表现型差异在连续两个环境中均达到显著(P0.05)或极显著(P0.01)水平。这些材料为优良粒重和垩白粒率QTL的克隆及水稻产量和外观品质的标记辅助选择(MAS)育种利用提供了基础。     

籼型杂交稻稻米碾磨品质与外观品质的配合力及遗传力研究

选择米质不同的 7个不育系和 7个恢复系 ,采用NCⅡ交配设计分析碾磨品质与外观品质性状的配合力。结果表明①所有性状的一般配合力和特殊配合力均达到了显著或极显著水平。在糙米粒长、粒宽、长宽比 ;整精米粒长、粒宽、长宽比、垩白度等性状上基因加性效应占主导地位 ;在糙米率、精米率、整精米率、垩白率、垩白大小等性状上则以基因的非加性效应为主。②通过对母本、父本及其互作对F1贡献率分析 ,父本基因型方差在糙米率、精米率、糙米粒长、整精米粒长、垩白大小等性状上比母本对一般配合力方差所作贡献大。母本在整精米率、糙米粒宽、糙米长宽比、整精米粒宽、整精米长宽比、垩白率、垩白度这些性状上比父本所作贡献相对要大。③亲本一般配合力与特殊配合力在各性状上均是相互独立的 ;一般配合力与亲本自身的表现型值则有一定程度的相关 ,说明在育种中必须注意亲本自身性状的改良。④狭义遗传力以糙米粒长、糙米粒宽、糙米长宽比、整精米粒长、整精米粒宽、整精米长宽比较高 ,这些性状可作为早代选择的间接指标。     

超级稻沈农265苗期耐冷性QTL定位

为挖掘和利用超级稻沈农265(SN265)中的优异耐冷基因,找到不同遗传背景下均能稳定表达且贡献率较大的苗期耐冷数量性状基因(QTL),以SN265分别与2个籼稻品种七山占、IR30杂交衍生的2套重组自交系(RIL)群体(S1和S2)为试验材料,以低温处理下幼苗死苗率作为苗期耐冷性评价指标,同时构建2套群体的遗传连锁图谱,采用完备区间作图法进行耐冷性QTL检测及其遗传效应分析。结果表明,在2套RIL群体中共检测到4个苗期耐冷主效QTL,且苗期耐冷加性效应均来自SN265。S1群体定位到2个QTL位点,位于第5号染色体的qCTS-5.1和第6号染色体的qCTS-6,贡献率分别为47.59%、22.47%,LOD值分别为6.54、4.88;S2群体定位到2个QTL位点,分别位于第5号染色体的qCTS-5.2和第7号染色体的qCTS-7,贡献率分别为22.62%、38.48%,LOD值分别为10.00、9.81。2套群体定位的qCTS-5.1和qCTS-5.2区间基本重合,证明其可在不同的遗传背景中稳定表达。本研究结果为进一步精细定位并克隆水稻苗期耐冷主效QTL奠定了一定的理论基础。     

利用双向导入系定位再生稻外观品质的QTL

再生稻具有较好的外观品质。为解析再生稻外观品质的遗传基础,本研究利用籼稻明恢63和粳稻02428构建的双向导入系为材料,连续两年在湖北荆州考察了双向导入系头季和再生季的外观品质。结果表明,明恢63头季和再生季的外观品质均显著优于02428,双向导入系的所有性状均表现为连续分布。同一性状在头季和再生季间表现为显著正相关,同一季节内不同性状间也表现出显著的相关性,其中粒宽对外观品质的影响最大。结合双向导入系已有的4 568个Bin的高密度基因型数据,共定位到57个影响再生稻外观品质的数量性状点位（QTL）,位于全部12条染色体上。其中25个QTL在两年间稳定表达,17个QTL在两个遗传背景下被重复鉴定到。此外,第3号染色体16.28～17.33 Mb、第5号染色体3.35～4.28 Mb、第7号染色体24.68～25.46 Mb和第11号染色体6.19～6.97 Mb这4个区间同时影响4个以上性状,来自明恢63的等位基因在这4个区间均可提高外观品质。最后,利用分离群体验证了第11号染色体6.19～6.97 Mb具有真实性。本研究结果为分子育种改良再生稻的外观品质提供了遗传基础。     

排除主效作用下水稻产量性状QTL的检测

本研究旨在排除主效QTL效应的基础上检测控制水稻产量性状的微效QTL。前期应用中156/谷梅2号重组自交系（RIL）群体在第7染色体RM2-RM214区间上检测到控制抽穗期和产量性状的主效QTL,本研究挑选在此区间呈谷梅2号基因型的两个株系,配组衍生新的RIL群体,检测控制水稻产量性状的QTL。共检测到25个产量性状Q...     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

水稻苗期不同阶段与低氮耐性相关的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)的重组自交系(R IL)为材料,通过溶液培养试验检测苗期不同阶段与低氮耐性相关的数量性状基因座(QTL)。结果共检测到14个QTLs,单个QTL可解释的表型变异为7.13%1~3.03%。其中,处理后15 d检测到6个QTLs,分别位于第1、7、1、7、10和11染色体上;处理后30 d检测到8个QTLs,分别位于第3、8、3、10、3、8、10和4染色体上。处理后15 d,在第1染色体RM297-RM212区间检测到同时控制相对冠干重和相对总干重的QTL,与氮循环有关,此染色体区域可能富含关键的氮代谢基因。定位结果表明,两个时间检测出的低氮耐性QTL的差异表达与水稻不同发育阶段基因的时空表达密切相关,从而反映在低氮耐性位点的差异上。     

利用染色体片段置换系群体定位水稻芽期耐低温主效QTL

水稻是世界上重要的粮食作物之一,低温胁迫影响水稻芽期生长,导致减产。为挖掘影响水稻芽期耐冷的基因,本研究以9311(受体)/日本晴(供体)染色体片段置换系群体为材料,将萌发的种子分别在7℃和15℃低温条件下处理7 d,再在28℃恢复生长3 d,测定种子存活率并定位其中影响芽期耐低温数量性状位点(QTL)。7℃低温胁迫下,共检测到2个芽期耐低温主效QTL:qCS7T10和qCS7T11;两者分别位于水稻第10和第11号染色体上,LOD值分别为7.26和5.87,贡献率分别为18.85%和14.92%。15℃低温胁迫下,共检测到1个芽期耐低温主效QTL:qCS15T5,其位于水稻第5号染色体上,LOD值为7.61,贡献率为25.69%。结果表明不同低温处理下,控制水稻芽期耐低温QTL不同。本研究为今后育种聚合更多的耐低温QTL来提高水稻对不同低温的适应能力,降低低温胁迫对水稻芽期的影响奠定了一定的基础。     

不同环境条件下水稻结实率的QTL定位分析

摘要：为了揭示水稻结实率的遗传机理并为优良基因的利用以及分子标记辅助选择提供理论依据，本研究以环境敏感的籼稻品种T219和不敏感的籼稻品种T226为亲本构建的202个株系的重组自交系(RILs)为作图群体，利用8种不同环境条件的试验结果，对RIL的结实率进行了基因型与环境互作分析和QTL的定位分析。结果表明：水稻结实率受环境的影响很大，存在着显著的基因型与环境互作效应；同时，8种环境共检测到分布在9条染色体上的17个QTL，贡献率变幅为4.6~35.7%。其中大部分QTL均只在一个或两个特定的环境中发现，表现为QTL与环境的互作、贡献率较小，且它们的增效等位基因大都来自T226。而位于第3染色体MRG5959-MRG2180区间的qSS3-1，共在6个环境中一致检测到，贡献率分别在各环境中均为最大（15.6~35.7%）、其增效的等位基因来源于亲本T226。另外位于第5染色体上的RM592-RM169区间的qSS5-3，也在同一年份的5个不同的试验条件下同时发现，贡献率为6.9~17.9%，其增效的等位基因来源于亲本T219。