基于DArTseq标记的人工合成小麦农艺性状QTL定位

人工合成小麦拥有丰富的有利遗传变异,可用于普通小麦的遗改良。本研究选用两个人工合成小麦改良品系构建了由284个单株组成的F2群体,基于1 671具有染色体位置信息的多态性DAr Tseq标记构建遗传图谱,并结合该群体农艺性状(株高,穗长,穗颈节长,小穗数,穗粒数,单株有效穗数,千粒重,单株重)的表现型,利用QTL作图软件ICIMapping 4.1进行了QTL定位。结果表明,共检测到20个QTL,其中4个为株高QTL,分布于2A、3B、5B染色体上,可解释表型变异的5.4%~10.8%;4个为穗长QTL,分布于2D、3B、5B染色体上,可解释表型变异的1.4%-8.8%;3个为穗颈节长QTL,分布于1A和5A染色体上,可解释表型变异的4.6%~12.2%;2个为穗粒数QTL,分布于3D和5A染色体上,可解释表型变异的18.9%~29.8%;1个为单株有效穗数QTL,分布于2A染色体上,可解释表型变异10.2%;5个为千粒重QTL,分布于1B、5A、5B、5D和7B染色体上,可解释表型变异的8.9%~10.9%;1个为位于7B染色体上的单株重QTL,可解释表型变异的6.1%。同时,在5B和7B染色体上存在控制多个性状的同一QTL位点。利用生物信息学的方法,筛选到1个千粒重相关的候选基因。以上结果可为人工合成小麦农艺性状QTL精细定位、分子标记辅助选择育种和基因克隆奠定基础。     

不同生态环境条件下小麦籽粒灌浆速率及千粒重QTL分析

以142个和尚麦/豫8679的F7:8重组自交系及其亲本为试验材料, 分析了籽粒平均灌浆速率、最高灌浆速率及千粒重在北京(2006, 2007)、安徽合肥(2007)和四川成都(2007)4个生态环境下的性状表现, 并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱, 对这3个性状进行了QTL定位分析。共检测到54个QTLs, 涉及小麦1A、1B、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5B、6D 和7D染色体。其中, 17个与平均灌浆速率相关, 可解释表型变异的7.17%~20.83%; 16个与最高灌浆速率相关, 可解释表型变异的6.31%~15.95%; 21个与千粒重相关, 可解释表型变异的4.36%~16.80%。另外, 在1A、1B、2A、3B、4D、6D和7D染色体上发现10个涉及“一因多效”或紧密连锁位点的基因组区段, 有助于了解籽粒灌浆和籽粒产量相关性状的遗传基础。     

玉米抗穗粒腐病QTL定位

用已构建的包括88个AFLP标记和151个SSR标记的遗传图谱和230个F₂植株用于抗病QTL定位研究,在四川雅安、绵阳对F2株系进行抗病性鉴定,采用复合区间定位法进行抗病QTL检测。在雅安检测到位于第2、3、4、6和9染色体上的抗病QTL 6个,解释表型变异的8.3%~25.7%;在绵阳检测到位于第1、6、7和9染色体上的抗病QTL 4个,解释表型变异的11.3%~26.4%。在10个抗病QTL中,位于第6和第9染色体上的2个同时在两点被检测到,贡献率均超过15%,表明玉米穗粒腐病确实存在遗传抗病性。利用2个环境抗病指数的平均值进行抗性QTL检测,共检测到位于第1、6和7连锁群上的3个抗性QTL,单个QTL的贡献率在8.9%~17.2%之间。结果有助于了解玉米穗粒腐病的抗性机制,并为分子标记辅助选择提供理论支撑。     

利用高密度SNP 遗传图谱定位小麦穗部性状基因

小麦穗部性状之间相关性密切, 其中穗粒数和千粒重是重要的产量构成要素, 挖掘与穗部性状相关联的基因位点对分子标记辅助育种及解释基因效应具有重要意义。本研究以RIL群体(山农01-35×藁城9411) 173个F_8:9株系为材料, 利用90 k小麦SNP基因芯片、DArT芯片技术及传统的分子标记技术构建的高密度遗传图谱, 在5个环境下进行穗部相关性状QTL定位。检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上7个控制千粒重的加性QTL, 解释表型变异率6.00%~36.30%, 加性效应均来自大粒母本山农01-35; 检测到8个控制穗长的加性QTL, 解释表型变异率14.34%~25.44%; 3个控制穗粒数的加性QTL; 5个控制可育小穗数的加性QTL; 3个控制不育小穗数的加性QTL, 贡献率为8.70%~37.70%; 4个控制总小穗数的加性QTL; 6个控制小穗密度的加性QTL。通过基因型与环境互作分析, 检测到32个加性QTL, 解释表型变异率0.05%~1.05%。在4B染色体区段EX_C101685–RAC875_C27536检测到控制粒重、穗长、穗粒数、可育小穗数、不育小穗数、总小穗数的一因多效QTL,其贡献率为5.40%~37.70%, 该位点在多个环境中被检测到, 是稳定主效QTL。在6A染色体wPt-0959-TaGw2-CAPS区间上检测到控制粒重、总小穗数的QTL。研究结果为穗部性状的分子标记开发、基因精细定位和功能基因克隆奠定了基础。     

小麦GMP含量发育动态的QTL定位

利用小麦京771和Pm97034杂交后代重组自交系（RIL）群体,对小麦谷蛋白大聚合体（GMP）含量发育动态进行了QTL定位研究。结果表明,在籽粒灌浆的5个不同时期,共检测到8个条件QTL和10个非条件QTL,但没有一个QTL能在测定的5个时期都有效应。花后12 d,控制GMP形成的基因就已经有了一定的表达量,条件QTL能解释6.21%的表型变异,该基因位于1A染色体上。花后17 d,在1D染色体上测到了1个新表达的条件QTL位点,单独能解释14.14%的表型变异。花后22 d,控制GMP形成的基因的表达比较活跃,非条件分析检测到3个QTL位点,条件分析检测到2个QTL位点,这5个QTL位点分别位于1B、5B、6B和7B染色体上,其效应值都比较低,2个条件QTL共同能解释12.67%的净表型变异。花后27 d,在2D和3B染色体上各检测到2个条件和非条件QTL位点,加性效应值比较大。条件QTL能解释16.37%的表型变异,非条件QTL能解释23.94%的变异。花后32 d,仍有2个新的基因位点在表达,但此时QTL的净表达量已经开始下降,条件QTL仅能解释11.43%的表型变异。     

不同环境下水稻灌浆期净光合速率的动态遗传研究

利用小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交群体及其分子标记连锁图,测定福建省武夷山和莆田环境下灌浆期五个阶段的净光合速率,并进行了QTL动态定位及环境互作研究。QTL定位分析共检测到22个加性QTL,位于1、2、4、7、9、10、11号染色体上,对表型变异贡献率0.34%~22.71%。环境互作分析,共检测到灌浆期第一、二、四阶段的7个GE互作位点,分布在水稻2、4、9、11号染色体上。其中,灌浆期第一阶段的qNPR-2-10,第四阶段的qNPR-2-2、qNPR-4-1等3个QTL与环境的互作对表型变异贡献率达到10%以上,表明净光合速率受到较大的环境影响。此研究从一定程度上揭示了净光合速率的遗传机制,为水稻高光效育种提供了依据。     

水稻重组自交群体灌浆速率的遗传分析

为了解籽粒灌浆和籽粒产量相关性状的遗传基础,为改良籽粒灌浆特性提供依据,以小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD建立的包含130个家系的F10重组自交系为研究材料,分析福建省武夷山和莆田环境下水稻籽粒灌浆速率,并结合已构建的遗传图谱进行QTL动态定位及环境互作研究。QTL定位分析共检测到10个加性QTL,位于1、2、5、6、7号染色体上,对表型变异贡献率0.92%~24.41%。同时,qGR-1-4、qGR-2-1、qGR-5-9及qGR-6-7均存在显著的环境互作效应,体现了一因多效。qGR-6-7和qGR-6-8加性均可解释表型变异24.41%。另外,qGR-6-7的环境互作效应可解释表型变异贡献率9.33%。     

利用永久F2群体定位小麦株高的QTL

为研究小麦株高的遗传机制,利用DH群体构建了一套包含168个杂交组合的小麦永久F₂群体, 并于2007年种植于山东泰安和山东聊城。构建了一套覆盖小麦21条染色体的遗传连锁图谱并利用该图谱的324个SSR标记对小麦株高进行QTL定位研究,使用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件进行QTL分析。在永久F₂群体中定位了7个株高QTL,包括4个加性QTL,一个显性QTL,一对上位性QTL,共解释株高变异的20%,其中位于4D染色体的qPh4D,具有最大的遗传效应,贡献率为7.5%;位于2D 染色体显性效应位点qPh2D,可解释1.6%的表型变异;位于5B~6D染色体上位效应位点,可解释1.7%的表型变异。还发现加性效应、显性效应和上位效应对小麦株高的遗传起重要作用,并且基因与环境具有互作效应,结果表明利用永久F₂群体进行QTL定位研究的方法有助于分子标记辅助育种。     

利用相同来源F2:3和BC2S1群体定位玉米生育期QTL

以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建259个F2:3和220个BC2S1家系群体,利用SSR标记构建分子标记遗传图谱,利用复合区间作图方法对4个生育期性状进行QTL定位和效应分析。利用F2:3群体共检测到4个抽雄期QTL、6个吐丝期QTL和3个散粉期QTL。单个QTL可解释的表型变异为6.7%~18.4%,可解释的表型总变异为28.9%~50.3%,11个QTL的增效基因来自生育期较长的亲本丹232,其余2个QTL的增效基因来自生育期较短的亲本N04;BC2S1群体检测到8个与4个生育期性状相关的QTL,单个QTL可解释的表型变异为4.5%~11.6%,可解释的表型总变异为13.2%~18.5%,增效基因来自两个亲本的QTL为3个和5个。两类群体检测出QTL的数目、位置、效应和贡献率均存在较大差异,主要原因在于BC2S1群体抽样选择所引起的群体结构差异,F2:3群体显示出较高的QTL检测能力,但回交育种过程中应慎重依据F2:3群体QTL定位结果进行标记辅助选择(MAS)。     

甘蓝型油菜株高、第一分枝高和分枝数的QTL检测及候选基因筛选

株高、分枝数及第1分枝高是油菜重要的农艺性状。本研究利用甘蓝型油菜GH06和P174杂交,F2通过单粒法连续自交至F11构建重组自交系群体,利用油菜60K芯片对该群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱。结果表明,该图谱包含2795个SNP多态性标记位点,总长1832.9 c M,相邻标记间平均距离为0.66 c M。在此图谱基础上采用复合区间作图法(CIM),检测到3个农艺性状的24个QTL。其中11个株高QTL分别位于A01、A06、A07、A08、A10和C06染色体,单个QTL解释5.00%~15.26%的表型变异;7个第1分枝高QTL分别位于A06、C05和C06染色体,单个QTL解释5.04%~12.99%的表型变异;6个分枝数QTL分别位于A03、A07、C01、C04和C06染色体,单个QTL解释5.95%~8.14%的表型变异。将156个拟南芥株高相关基因、10个拟南芥第1分枝高相关基因和148个拟南芥分枝数相关基因与QTL对应置信区间序列进行同源比较分析(E1E–20),分别找出了20个株高候选基因、3个第1分枝高候选基因以及12个分枝数候选基因。2个环境中在A07染色体上重复检测到的QTL置信区间检测到与株高相关的候选基因ATGID1B/GID1B和WRI1,A08染色体上重复检测到的QTL置信区间检测到SLR/IAA14和AXR2/IAA72个与株高相关的候选基因。在具有部分置信区间重叠的q2013FBH-C05-1和q2014FBH-C05-2区间均检测到第1分枝高候选基因PHT1;8,在A03和C06染色体上的QTL置信区间内,分别检测到4个分枝数候选基因,匹配E值介于0~3E–56之间。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

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。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

多环境下稻米粒重的QTL定位

以粳稻Asominori为遗传背景的染色体片段置换系（CSSLs）群体为材料,利用基于性状-标记多元回归分析方法对稻谷粒重和精米粒重进行多环境的QTL定位。结果在5个环境共检测到6个粒重相关QTL,分布于第1、6、7和8染色体上,对表型变异的贡献率介于13%~35%;其中控制精米粒重的qMRW-1a和稻谷粒重的qPRW-1在不同环境中均能稳定表达,且均位于第1染色体RFLP标记XNpb113附近,该基因座还同时控制着粒宽。qMRW-1a和qPRW-1共同对应的置换系AIS8和AIS11与Asominori 的粒重差异在不同环境中均显著(P < 0.05),表明该QTL的等位基因在不同环境中效应显著。比较发现该QTL在不同遗传群体中均能被重复检测到,且与蔗糖磷酸合酶基因（SPS）位置一致,推测该QTL与淀粉合成代谢有关。qMRW-1a 和qPRW-1在不同环境条件和遗传背景中表达,因此可用于进一步的精细定位研究。     

利用Ⅱ-32B/A7444组合CSSL群体定位水稻7个穗部性状QTL

为发掘水稻穗部性状有利等位变异,构建了以籼稻保持系II-32B为遗传背景的A7444染色体片段置换系群体;利用QTL Ici Mapping 4.1软件对该群体7个穗部性状进行了QTL定位。结果 2年共检测到26个QTL。2年均检测到的13个QTL中,控制一次枝梗数的4个QTL位于第1、第6、第8和第9染色体,平均贡献率分别为15.16%、13.10%、29.74%和11.21%,平均加性效应分别为-1.40、1.01、1.11和0.77。控制二次枝梗数的2个QTL位于第6和第8染色体,平均贡献率分别为10.97%和21.39%,平均加性效应分别为5.45和6.36。控制每穗总粒数的3个QTL位于第2、第6和第8染色体,平均贡献率分别为8.65%、12.52%和31.22%,平均加性效应分别为-18.61、22.23和31.87。控制每穗实粒数的1个QTL位于第8染色体,平均贡献率为28.06%,平均加性效应30.85。控制千粒重的2个QTL位于第2染色体,平均贡献率分别为44.65%和17.51%,平均加性效应分别为2.88和-2.51。控制粒宽的1个QTL位于第10染色体,平均贡献率为21.96%,平均加性效应为0.11。第2、第6和第8染色体分别存在同时控制二次枝梗数、每穗总粒数和每穗实粒数QTL的区段。qSBN6和qSBN8所在区间与Hd1和DTH8的相同,但分别存在16处和1处碱基差异,推测为Hd1和DTH8的不同等位基因。qSBN2为新检测到的控制二次枝梗数位点。研究结果为实施分子标记聚合育种提供了有用信息。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

Identification of quantitative trait loci for flowering-related traits in the D genome of synthetic hexaploid wheat lines

The gene pool of Aegilops tauschii, the D-genome donor of common wheat (Triticum aestivum L.), can be easily accessed in wheat breeding, but remains largely unexplored. In our previous studies, many synthetic hexaploid wheat lines were produced through interspecific crosses between the tetraploid wheat cultivar Langdon and various A. tauschii accessions. The synthetic hexaploid wheat lines showed wide variation in many characteristics. To elucidate the genetic basis of variation in flowering-related traits, we analyzed quantitative trait loci (QTL) affecting time to heading, flowering and maturity, and the grain-filling period using four different F₂ populations of synthetic hexaploid wheat lines. In total, 10 QTLs located on six D-genome chromosomes (all except 4D) were detected for the analyzed traits. The QTL on 1DL controlling heading time appeared to correspond to a flowering time QTL, previously considered to be an ortholog of Eps-A ^m 1 which is related to the narrow-sense earliness in einkorn wheat. The 5D QTL for heading time might be a novel locus associated with wheat flowering, while the 2DS QTL appears to be an allelic variant of the photoperiod response locus Ppd-D1. Some of the identified QTLs seemed to be novel loci regulating wheat flowering and maturation, including a QTL controlling the grain filling period on chromosome 3D. The exercise demonstrates that synthetic wheat lines can be useful for the identification of new, agriculturally important loci that can be transferred to, and used for the modification of flowering and grain maturation in hexaploid wheat.     

不同耕作方式下春小麦子粒灌浆特性分析

对新疆春小麦品种新春6号在不同耕作方式下的子粒灌浆特性进行了研究。结果表明,不同耕作方式下新春6号的子粒灌浆规律均符合Logistic自然生长曲线。各方程的决定系数R2都在0.998 1以上,均达到显著水平。不同耕作方式可影响子粒各阶段灌浆持续天数T、子粒灌浆速率和粒重。小麦留茬免耕处理渐增期的持续时间明显长于传统耕作;在灌浆各阶段,免耕各处理的灌浆速率均比传统耕作高,在快增期,小麦免耕留茬处理灌浆速率比传统耕作的高7.7%,小麦免耕不留茬处理比传统耕作的高7.4%。因此选择合适的耕作方式,可提高小麦各阶段灌浆速率,对增加粒重、提高产量有重要意义。