影响水稻穗部性状及籽粒碾磨品质的QTL及其环境互作分析

利用优质恢复系测258为轮回亲本与粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC₁F₇回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)和碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)的主效QTL并剖析其环境互作效应。双亲在穗实粒数、千粒重、粒长和粒宽及整精米率等性状上存在显著差异。各产量相关性状间呈极显著正相关,而与千粒重和粒长呈极显著负相关。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。在南宁和三亚环境下检测到影响产量相关性状、粒型及碾磨品质的主效QTL共计57个,包括二次枝梗数的6个,穗实粒数4个,穗总粒数、粒重和穗重各5个,粒长9个,粒宽7个,粒厚1个,糙米率4个,精米率5个和整精米率6个,分布在除第11染色体外的所有染色体上。多数影响枝梗数、穗粒数和粒重的QTL成簇分布,而且与影响BR、MR和HR的QTL分布在不同染色体区域。在第2、第3、第4、第5和第6染色体上鉴定出影响穗粒数、粒重、粒型及碾磨品质的重要QTL,这些QTL在以往不同遗传背景和环境下被多次检测到。在第8染色体RM152~RM310区间鉴定到1个影响粒长和粒宽的新的QTL,能同步增加粒宽和粒长。鉴定出的这些稳定表达的QTL具有标记辅助选择育种的应用价值。整精米率是受环境影响最大的性状,其QTL的环境互作效应明显。对QTL的环境互作效应特点及其在品种标记辅助改良中的作用进行了深入探讨。     

利用4个姊妹近等基因群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73 株BC₄F₁单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC₄F₂ SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1 513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318-RM1367、第3染色体的RM5477–RM6417和第6染色体的RM3370–RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477–RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

水稻粒型和粒重的QTL定位分析

利用以两个籼稻品种H359和Acc8558为亲本杂交建立的重组自交系群体及相应的分子标记连锁图，对水稻粒长、粒宽和粒重进行了QTL定位分析。检测到15个与粒长有关的QTL、17个与粒宽有关的QTL及16个与粒重有关的QTL，它们可分别解释75．91％、76．20％和81．40％的表型变异。其中在5号染色体上检测到1个控制粒宽的主效QTL，可解释26．65％的表型变异。粒长和粒宽之间虽然相关显著，但相关系数很小(r=0．180)。而QTL分析结果也显示，两者的QTL位置很少相同。这说明粒长和粒宽有不同的遗传基础。粒长和粒宽与粒重的相关系数分别为0．781和0．461，直接通径系数分别为0．7220和0．3299。QTL定位结果也显示，粒长与粒重的QTL位置相近或重叠的较多。因此，粒长对粒重的贡献较大。     

水、旱栽培条件下稻谷粒型和粒重的相关分析及其QTL定位

为了解水、旱栽培条件下水稻粒形和粒重的表型及QTL变化,以陆稻品种IRAT109和水稻品种越富构建的双单倍体群体为材料,系统分析了稻谷粒长、粒宽、粒重及长宽比在水、旱栽培条件下的相关性,并进行了数量性状基因位点的比较定位。结果表明,水、旱条件下,粒长与长宽比和粒重均呈极显著正相关;粒宽与长宽比呈极显著负相关,与粒重极显著正相关,4个性状在水、旱条件间相关性都达极显著正相关。其中粒长的相关系数最高,达0.817,粒宽的相关系数最低,为0.457。表明粒长受水分影响最小而粒宽受水分影响较大。粒重、长宽比介于二者之间。两种条件下共检测到14个QTLs,分布于水稻1、5、6、7、10和12染色体上,其中控制粒长的5个,LOD值为1.93~5.11,贡献率为5.97%~28.85%;控制粒宽的1个,LOD值为2.39,贡献率为12.76%;控制长宽比的3个,LOD值为2.08~4.6,贡献率为7.78%~21.89%;控制粒重的5个,LOD值为2.68~9.45,贡献率为4.1%~14.8%。其中控制粒长的qGL-5及控制粒重的qGWt-1a和qGWt-1b在水、旱条件下均能检测到,在抗旱育种中可用于分子标记辅助选择籽粒性状。QTL分析的结果进一步验证了表型分析结果,粒宽相对易受土壤水分影响,粒长、粒重和长宽比,受水分胁迫影响较小,遗传比较稳定。     

Quantitative trait loci for grain-quality traits across a rice F2 population and backcross inbred lines

Improving grain-quality is an important goal in rice breeding programs. One vital step is to find major quantitative trait loci (QTLs) for quality related traits and then investigate the relationships among them. We crossed ‘N22’, an indica variety with good appearance but low grain weight, to a japonica variety, ‘Nanjing35’, with superior grain yield but poor appearance. This enabled us to construct an F₂ population and a set of backcross inbred lines (BILs) for QTL-mapping for the traits related grain appearance. In all, 37 QTLs were identified for grain length (GL), grain width (GW), grain thickness (GT), thousand-grain weight (TGW), and the percentage of grains with chalkiness (PGWC). Of these, 17 QTLs detected from 184 plants in the F₂ population explained 4.97–27.26 % of the phenotypic variance, another 20 QTLs were identified using BILs from 2009 to 2010. Quantitative trait loci for major effects were detected in different populations and across years. A new QTL hot spot (marker interval RM504–RM520) was found on Chromosome 3, which harbored QTLs for GL, GW, GT, and TGW. Among our five examined traits, grain shape was significantly correlated with TGW and PGWC. The PGWC values of two heavier grains BILs, L93, and L145 are much lower than Nanjiing35, the analysis of genotype showed that this greater weight may due to the locus for GL occurring within RM504–RM520 on Chromosome 3. Therefore, those two lines will allow us to develop a long-grain high-yield rice variety with less chalkiness.     

不同环境基于高密度遗传图谱的稻米外观品质QTL定位

为解析稻米外观品质遗传基础, 挖掘稳定存在的控制稻米外观品质性状的QTL, 本研究以籼稻品种V20B和爪哇稻品种CPSLO17作为亲本, 构建包含150个重组自交家系(recombinantion inbred line, RIL)的RIL作图群体, 进行外观品质性状QTL定位分析。利用特定位点扩增长度测序(SLAF-seq)技术, 构建了一个由12个连锁群包含8602个标记, 平均间距为0.29 cM的高密度遗传图谱。采用IciMapping 4.0软件的ICIM-ADD方法在3种环境(贵阳、贵定、三亚)对4个外观品质性状(粒长、粒宽、垩白度和垩白粒率)进行QTL (quantitative trait locus)定位分析。结果表明: 3种环境共检测到9个粒长QTL、6个粒宽QTL、3个垩白度QTL和4个垩白粒率QTL; 有5个QTL在多个环境被重复检测到, 其中3种环境都定位到的粒宽QTL qGW5-1和垩白度QTL qCha5-1为同一定位区间(第5染色体的Marker1642127-Marker1514505); 此外, 垩白度QTL qCha5-2的定位区间(Marker1554573-Marker1554589)和垩白粒率QTL qCGP5-2也是一样的。序列比对发现QTL qCha5-1定位区间仅51.5 kb, 是新的垩白性状主效QTL。本研究结果不仅为挖掘新的外观品质性状基因奠定基础, 也有助于开发新的分子标记进行水稻外观品质性状遗传改良。     

稻米淀粉黏滞性QTL定位及其G×E互作分析

用珍汕97B/密阳46构建RIL群体及其遗传图谱,经海南和杭州两地遗传试验,以精米粉RVA谱5个参数特征值PKV、HPV、CPV、BDV和SBV作为研究稻米淀粉黏滞性的指标,运用检测QTL主效应、上位性效应和G×E互作效应的遗传分析方法,进行QTL联合分析。结果表明, (1)在检测到涉及5个性状的9个主效应QTL中,除PKV位于第5染色体qPKV5外,其余8个QTL均位于第6染色体上;(2)5个性状均检测到位于第6染色体RM197-RZ516区间的主效应QTL,很可能它们为同一基因,该基因还与Wx基因处于相同区域;(3)检测到与PKV、HPV、CPV、BDV等4个性状有关的QTL主效基因均表现有G×E互作,且方向一致,在海南试验中有增效作用;(4)还检测到涉及5个性状的10对上位性互作效应,但均未发现有显著的上位性×环境互作效应。     

水稻苗期模拟干旱胁迫条件下表型性状QTL定位

以耐旱性差异较大的两个亲本珍汕97B（ZS97B）和IRAT109构建的重组自交系（RIL）为试验材料,在正常水分条件和干旱胁迫[浓度为18%的聚乙二醇-6000（PEG-6000）模拟干旱]条件对水稻苗期苗高、根长、苗高生长速率、根长苗高比、叶卷曲进行QTL定位分析,共检测到24个相关的QTL,贡献率变幅在7.35%~39.30%。其中正常条件下检测到13个相关的QTL位点,分布在第1、2、3、5、6、10、12染色体上;干旱胁迫条件下检测到11个相关的QTL位点,分布在第1、3、5、7、10、12染色体上。2种条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同处理条件下相关性状的遗传机制不同。此外,在第1染色体上的RM472~RM104存在控制苗高、苗高生长速率、根长、根长苗高比多个性状的QTL,并且此区间在2种处理条件下能重复检测到控制苗高位点。     

水稻品种外观品质性状稳定性分析

基于AMMI模型,研究了18个水稻品种外观品质性状与环境的交互作用,并对参试品种的品质性状稳定性进行了分析。以6个外观品质性状表型值及相应的品种稳定性参数为指标,进行系统聚类分析,据此对供试品种外观品质性状进行了评价。结果表明,品种与环境互作效应在1%水平显著,外观品质性状的稳定性随品种而变化较大;随水稻品     

Validating a segment on the short arm of chromosome 6 responsible for genetic variation in the hull silicon content and yield traits of rice

Rice is a typical silicon-accumulating plant and the beneficial effect of silicon on rice has long been recognized. In a previous study using 244 recombinant inbred lines (RILs) of an indica rice cross, Zhenshan 97B/Milyang 46 grown in 2003, four QTLs were detected for hull silicon content. QTL qHUS-6 had the largest effect among these, and the same interval also had significant effects on yield traits in the same population. The primary objective of this study was to validate the QTL effect in this region on HUS and yield traits. The same RIL population and another RIL population of lower heterogeneity were grown in 2004. QTL qHUS-6 was found to have significant additive effects on hull silicon content with a consistent direction in the two populations. From a residual heterozygous line selected from RILs of the same cross, 15 F_2:3 lines that differed only in a 2.15-Mb segment extending from RM587 to RM6119 on the short arm of chromosome 6 were derived. In these lines, qHUS-6 displayed a major effect, so did QTLs for yield traits previously detected in the same region. Two more QTLs for HUS detected in 2003, qHUS-1-1 and qHUS-1-2, also had consistent effects in the Zhenshan 97B/Milyang 46 RIL population in 2004. Thus this study verified three candidate regions for fine mapping HUS QTLs and determining the genetic relationship between silicon content and yield traits in rice.     

水稻外观品质性状QTL分析

为发掘控制水稻外观品质相关性状的稳定QTL,利用籼稻品种‘贵9B’(Gui 9B)和粳稻品种‘热研2号’(Reyan No.2)为亲本,构建了包含100个家系的重组自交系群体为作图群体。分别于2014年12月和2015年5月将该群体种植于海南三亚和贵州贵阳2个不同生态环境,对稻米粒长和垩白粒率等外观品质性状进行了QTL分析。结合相应的分子连锁图谱及完备区间作图定位方法,对外观品质性状进行QTL定位分析。QTL检测结果表明:2个环境中共定位到16个外观品质QTL,分布在第1、第2、第3、第5、第9、第10和第11条染色体上,LOD值介于2.50~10.98之间,贡献率介于7.64%~19.89%之间。其中,有8个QTL为首次发现,有2个影响粒长的QTL在2个环境下均被检测到。本研究有利于推动水稻外观品质性状基因遗传研究和分子辅助育种。     

水稻第2染色体上抗旱相关性状QTL的精细定位

水资源危机使得水稻抗旱性的遗传与育种研究成为当今的研究热点之一。鉴定与水稻抗旱性直接相关的性状和产量的QTL,可为通过标记辅助选择培育抗旱水稻品种提供标记信息。以从供体IRAT109渗入到珍汕97B背景的269个高代回交渗入系中筛选出覆盖第2染色体目标区段的87个近等基因系为材料,在抗旱鉴定大棚中采用控制式供水,精细定位了水处理(对照)与干旱胁迫条件下影响水稻水分生理及产量相关性状的QTL。共检测到20个影响叶水势(LWP)、冠层温度(CT)、茎基粗(BCT)等性状相关QTL和百粒重(HGW)、每穗颖花数(SN)、着粒密度(SPD)等产量相关QTL。根据在不同环境下的表达情况,将其分为3类,第1类7个QTL,在两种环境下均被检测到;第2类4个,只在对照条件下检测到;第3类2个,分别控制叶水势和颈基粗,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到,其中,叶水势定位在RIO02037-RIO02038约8.2 kb的区段上, 其加性效应和贡献率分别为-1.0361和13.03%,增效等位基因来自IRAT109;茎基粗定位在RIO02017-RIO02022约37.7 kb的区段内,加性效应和贡献率分别为0.2682和49.20%,增效等位基因来自珍汕97B。在水、旱2种条件下均检测到的相对稳定的7个QTL及干旱胁迫条件下的2个QTL可能对抗旱性有直接贡献。     

稻谷粒形与稻米主要品质性状的关系

以包括籼粳、新老不同的类型92个水稻品种为试材,研究了稻谷粒形性状与品质性状的关系。结果表明,谷粒长与谷粒宽和谷粒厚呈极显著负相关,千粒重与谷粒长、谷粒宽和谷粒厚均呈显著或极显著正相关,千粒重主要由谷粒宽和谷粒厚决定。糙米率、精米率和整精米率与谷粒长、谷粒长宽比和谷粒长厚比呈极显著负相关,与谷粒宽、谷     

日本晴/R1126水稻重组自交系群体粒形性状QTL定位

为阐明大穗型籼稻品系R1126稻谷籽粒性状的遗传机制,以其与粳稻日本晴构建的重组自交系F10为材料,通过连续2年田间种植并测定各株系的籽粒粒长、粒宽和粒厚等表型性状,结合利用SSR和SFP等分子标记构建的遗传图谱,对控制该群体的稻谷粒形性状进行了QTL分析。2年试验共检测到10个控制粒长、粒宽和粒厚性状的QTL,其中q GL3-1、q GL3-2和q GL9这3个粒长QTL,以及q GW2和q GW5这2个粒宽QTL在2年试验中能被重复检测;而粒厚性状在2年试验中检测到5个QTL,但均只在1年试验中出现。根据连锁的分子标记信息,q GL3-2、q GW2和q GW5可能分别与已报道的主要粒形基因GS3、GW2和GW5等位;而q GL3-1和q GL9可能为新的粒长QTL,且在2年试验中具有很好的重演性和稳定性,两者的加性效应均能使粒长增加0.2 mm以上,对于改善稻谷外观品质性状具有较好的潜在应用价值。     

一个新的水稻花粉半不育性位点的定位分析

利用一套以籼稻珍汕97B为背景的粳稻日本晴染色体片段代换系,鉴定发现1个半不育的代换系。全基因组基因型分析表明,该代换系仅含3个粳稻导入片段,而其他遗传背景与珍汕97B相同。在湖北武汉和海南分别种植其衍生的F₂和F₃分离群体,采用单标记分析和区间作图法分析花粉育性和小穗育性的数量性状位点(QTL),结果表明,该代换系的半不育性是第2染色体上的粳稻导入片段引起的,该片段RM262~RM475区间存在1个新的影响花粉育性的QTL,其贡献率为13.9%。研究结果将为进一步精细定位水稻育性QTL以及鉴定相关功能基因提供重要的试验基础。     

日本水稻品种越光稻米的外观品质性状的QTL遗传剖析

稻米外观品质是稻米品质的一个重要方面,是消费者选择的重要依据之一,在一定程度上影响稻米市场价格。本研究利用一个日本优质粳稻品种越光(轮回亲本)和一个印度的籼稻品种Kasalath杂交产生的回交重组自交系(backcross recombinant inbred lines,BILs)对7个控制稻米外观品质主要性状(粒长、粒宽、粒厚、粒长宽比、垩白粒率、垩白大小和垩白度)数量性状基因位点（quantitative trait locus,QTL）进行定位分析。共检测到影响7个性状的22个QTLs,分布在8条染色体上,贡献率为5.65％-29.20％。其中在第5染色体上的R2232分子标记附近区域检测到影响4个性状的QTLs;在第3染色体上C1448和第6染色体G200分子标记附近区域分别检测到同时影响3个性状的QTLs,表明了这3个染色体区域对控制稻米外观品质性状中的有着重要作用。本研究检测到的QTLs及其两侧的分子标记可以用于改良稻米外观品质的分子辅助育种。     

利用重组自交系群体对水稻产量相关性状的QTL分析

利用水稻(Oryza sativa L．)珍汕97和SLG组合的重组自交系群体和177个微卫星标记,采用复合区间作图法对产量相关性状进行了数量性状基因(QTL)定位,共得到38个QTLs。单个QTL解释这些性状6．6％～32．9％的性状变异,各性状QTL的累积表型贡献率达21．3％～79．5％。大多数性状之间具有显著的表型相关性,相关性较高的性状之间常具有较多共同或紧密连锁的QTL。     

水稻第1染色体长臂上微效千粒重QTL qTGW1.2的验证与分解

本文报道了水稻第1染色体长臂上微效千粒重QTL qTGW1.2的验证和分解。针对前期qTGW1.2定位结果, 应用SSR标记检测, 从籼籼交组合珍汕97³/密阳46衍生的1个BC₂F_{7分离群体中, 筛选到杂合区间分别为RM11621-RM297和RM212-RM265的2个单株, 构建了两套BC2F8:9近等基因系, 将qTGW1.2进一步界定在RM212-RM265及其两侧交换区间的区域内。}在此基础上, 筛选出5个在目标区间内分离片段缩小且呈阶梯状排列的单株, 衍生了5套BC₂F₁₀分离群体, 应用Windows QTL Cartographer 2.5进行QTL分析。结果表明, 每套群体均检测到千粒重QTL, 加性效应为0.13~0.38 g, 来自密阳46的等位基因提高千粒重; 经比较各个群体的分离区间, 将qTGW1.2分解为互引连锁的2个QTL, 其中, qTGW1.2a位于RM11730和RM11762之间934 kb的区域内, 呈加性作用, qTGW1.2b位于RM11800和RM11885之间2.1 Mb的区域内, 呈正向超显性。     

水稻苗期耐淹相关性状QTL分析

以相同淹水条件下存活率差异较大的籼稻TN1与粳稻春江06(CJ06)为亲本构建的DH群体为试材,考察了DH群体及其双亲与苗期耐淹相关的5个性状,各性状均表现为连续分布,且都存在一定数量的双向超亲遗传类型,受多基因控制。使用分子连锁图谱进行QTL分析,共检测到16个与苗期耐淹有关的QTL,包括4个中胚轴长度QTL、3个株高QTL、3     

利用DH群体动态检测水稻抗褐飞虱数量性状基因位点

利用籼粳交珍汕97／武育粳2号F1花培获得的190个双单倍体群体(doubled—haploid population,DH系)及其构建的179个SSR分子标记遗传图谱,通过对DH系群体苗期重复接虫试验和2个不同时期对褐飞虱危害程度进行动态调查,并应用Mapmaker／exp Version3．0和Windows QTL Cartographer V2．0对水稻抗褐飞虱数量性状基因位点(quantative trait locus,QTL)进行动态检测和遗传效应分析。结果表明,在苗期对褐飞虱抗性的检测中,共检测到6个抗性QTL,分别位于第2、3、4、8和10染色体上,各QTL的LOD值分别为2．22-4．64,贡献率为5．04％～13．73％,第3染色体和第4染色体上各有1个OTL的加性效应为正值,表明来自于亲本武育粳2号的这2个位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性,其余4个QTL的加性效应均为负值,表明来自于亲本珍汕97的这些位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性。