普通菜豆籽粒大小与形状的QTL定位

普通菜豆是世界上最重要的食用豆类作物之一,其籽粒大小和形状与产量及外观品质密切相关。本研究以来自安第斯基因库的大粒品种龙270709和来自中美基因库的小粒品种F5910配置杂交组合,获得的F2分离群体分别在哈尔滨大田与北京昌平温室种植,对百粒重、粒长、粒宽、粒厚、长宽比和长厚比6个籽粒性状进行了相关性分析和QTL定位。相关性分析表明,百粒重与粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比5个衡量籽粒大小和形状的性状均显著正相关。利用基于完备区间作图方法的Ici Mapping 4.1进行QTL定位,哈尔滨环境下定位到38个与百粒重、粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比相关的QTL,表型贡献率介于2.39%~17.37%之间,分布在除第1染色体外的其余10条染色体上;北京昌平环境下定位到21个上述性状的QTL,表型贡献率介于5.92%~22.53%之间,分布在第1、第3、第6、第7、第8、第9和第11染色体上。其中,百粒重QTLSW7与SW7’,SW6.1与SW6’,粒长QTLSL6.1与SL6.1’,粒厚QTLSH11与SH11’在2个环境下的标记区间重叠或者重合,SW7、SW6.1、SL6.1、SW6’和SL6.1’的表型贡献率在10%以上。     

基于单片段代换系的玉米百粒重QTL分析

籽粒大小是影响玉米产量的关键因素。本研究基于59份玉米染色体单片段代换系(SSSL)纯合体,对玉米百粒重性状进行2年6个试验环境的表型鉴定,利用t测验和重叠群作图的方法对SSSL内代换片段上的百粒重效应进行了QTL分析。共检测出20个百粒重QTL,分布在玉米的8条染色体上,其中14个(70.0%)在2个以上试验环境中被重复检出,4个(20.0%)在4个以上试验环境中被重复检出,在全部6个试验环境中重复检出且基因加性效应值较大的玉米百粒重QTL是位于玉米第5染色体Bin5.05区SSR分子标记bnlg278和umc1680附近的q100kw-5-3。研究结果为玉米籽粒大小性状相关基因的进一步精细定位和克隆奠定了基础。     

水稻株型相关性状的QTL分析

以南方籼型杂交稻恢复系泸恢99和北方粳型超级稻沈农265杂交衍生的重组自交系群体(recombinant inbred lines, RILs)为试验材料, 对株型性状(株高、穗长、分蘖和叶片性状)进行不同环境下的数量性状基因位点(quantitative trait locus, QTL)分析。共检测到39个相关QTL, 分布在水稻第1、第2、第3、第6、第7、第8和第9染色体上, LOD值介于2.50~16.90之间, 有11个QTL能在两年中被检测到。株型相关的QTL在染色体上成簇分布, 主要分布于第1、第6和第9染色体上, 这可能与株型性状间显著或极显著相关有关。其中, 在第9染色体上RM3700B–RM7424区间存在1个QTL簇, 含4个QTL, 即qPH9、qPL9、qFLL9和qSLL9, 这4个QTL在两年中均被检测到。此外, 进一步鉴定出5个能稳定表达的QTL, 其中, qPH8、qFLW6和qSLW6效应较大。这些信息综合反映了株型相关性状遗传的复杂性, 有助于我们更全面地了解和掌握株型性状的遗传基础。     

花生籽仁大小相关性状QTL定位

花生籽仁大小相关性状是决定花生产量的直接因素。为发掘与花生籽仁大小相关的QTL,本研究以中花16×J11构建的RIL群体为材料,得到了一张包含289个SSR标记、21个连锁群、覆盖长度为947.3cM的遗传连锁图谱。连续2年对籽仁大小相关性状鉴定表明,各性状在群体中变异广泛,呈典型正态分布,且大部分性状间显著相关。结合本研究构建的遗传图谱,利用WinCart2.5进行QTL定位分析,2年共检测到66个QTL,贡献率为3.23%~33.01%。与籽仁长(SL)、籽仁宽(SW)、籽仁长宽比(LWR)和百仁重(HSW)相关的QTL分别有18、16、18和14个。在这些QTL中,A05染色体上的区间A05A1500?A05A1530同时存在控制籽仁长(qSLA05.1和qSLA05.2)和百仁重的相关的QTL(qHSWA05.1);B06染色体上的区间A06B135?A06B113同时存在控制籽仁宽(qSWB06.2和qSWB06.4)和百仁重相关的QTL(qHSWB06.4),这些稳定存在的主效QTL将为花生产量相关性状的精细定位和分子育种奠定基础。     

利用C×E群体定位雾培马铃薯块茎建成相关性状QTL

本研究以二倍体马铃薯C为母本,E为父本的杂交F1群体共90个株系,构建了一张包含12个连锁群和78个SSR标记,总长度1 141.99 c M,标记间平均距离14.64 c M的遗传图谱。结合2015年和2016年鉴定的与块茎建成相关性状表型数据,采用QTL Ici Mapping V4.1软件的完备区间作图法(ICIM)进行QTL定位和效应估计。共检测14个与株高、根长、匍匐茎长、匍匐茎数、微型薯数相关QTL。表型变异解释率为3.05%~19.19%。有5个QTL在2个环境中被重复检测到,其中在5号染色体上有2个(q TN5-1,q TN5-2)与微型薯相关的QTL,遗传贡献率为9.64%和9.67%。在9号染色上有3个(q SL9-1,q SL9-2,q SL9-3)与匍匐茎长相关的QTL,遗传贡献率为3.05%~14.17%。     

基于高密度遗传图谱的玉米籽粒性状QTL定位

籽粒大小及百粒重是决定玉米产量的重要因素。为解析籽粒性状遗传基础,本研究以玉米自交系黄早四(HZS)和Mo17为亲本,构建包含130个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的RIL群体。基于GBS(genotypingby-sequencing)技术获得的高密度多态性SNP(single nucleotide polymorphism)位点,构建了包含1262个Bin标记的高密度遗传图谱。采用完备区间作图法,对5个环境条件下的粒长、粒宽、百粒重、粒长/粒宽4个性状分别进行QTL(quantitative trait locus)定位,共检测到30个QTL。利用5个环境性状均值,共检测到11个QTL。其中粒长主效QTL qklen1、粒长/粒宽主效QTL qklw1在3个单环境条件下均被检测到,且定位在第1染色体相邻区域,物理位置分别为210~212 Mb、207~208 Mb,表型贡献率分别为22.60%和26.79%,被认为是控制玉米籽粒形状的主效位点。针对第1染色体207~212 Mb区间,采用成组法t检验,对黄早四(受体)和Mo17(供体)构建的BC3F1回交群体进行单标记分析。结果表明,在BC3F1群体中qklen1和qklw1同样具有显著的遗传效应。本研究结果不仅为分子标记辅助选择籽粒性状提供了实用标记,而且为主效基因的进一步精细定位和候选基因挖掘奠定了基础。     

利用籼粳交RIL群体对水稻发芽期和苗期耐冷性的QTL分析

为定位水稻发芽期和苗期耐冷性的QTL,鉴定新的耐冷基因位点,丰富水稻耐冷性的分子遗传基础。以籼型杂交稻恢复系品种泸恢99(Luhui 99,R99)和粳型超级稻品种沈农265(Shennong 265,SN265)杂交衍生的144个F8稳定遗传的重组自交系群体(Recombinant inbred lines,RILs)为试验材料,以低温条件下水稻种子发芽率和苗期叶片赤枯度为耐冷性鉴定标准,采用QTL Ici Mapping v3. 0软件基于完备复合区间作图法,对水稻发芽期和苗期耐冷性进行QTL分析。共检测到2个控制发芽期耐冷性的QTL和1个控制苗期耐冷性QTL,分别位于第3,5,9染色体上,命名为q LTG-3、q LTG-5、q SCT-9,3个QTL的LOD值分别为3. 60,2. 73,2. 52,加性效应为0. 09,-0. 10,-0. 09,可解释表型变异的11. 02%,14. 07%,12. 18%。其中,检测到控制发芽期耐冷性的q LTG-5位于分子标记R5M13～RS8,遗传距离约8.0 c M,该区间未见相关水稻耐冷性QTL的报道,可能是一个新的控制水稻发芽期耐冷性的QTL位点。     

蚕豆粒型性状的遗传分析及QTL检测

鉴定蚕豆粒型性状的QTL,为粒型相关基因的克隆奠定基础。本研究以云122和TF42杂交获得F2群体,进行籽粒重遗传模型确定和分子标记构建遗传图谱。并利用该图谱对蚕豆粒型性状进行QTL分析。通过双亲分离分析Windows软件包SEA-G4F2进行遗传分析以及用962对引物筛选出50对在群体中具有多态性的引物,用Mapmaker 3.0构建连锁群,采用Win QTL Cart 2.5的复合区间作图法(CIM)定位粒型QTL。籽粒重的最适遗传模型为E-1(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因)。构建包含8个连锁群共有29个标记的遗传图谱,总长796.90 cm,每个标记的平均图距为27.48 cm。利用此连锁群共检测到4个粒型性状相关QTL,可解释的遗传变异(R2)分别为9.00%、24.00%、17.00%和20.00%。定位到控制籽粒长的QTL q SL-1-1、籽粒宽的QTL q SW-1-2和籽粒重的QTL q SH-1-3以及QTL q SH-1-4。     

玉米胚大小及其相关性状的QTL分析

胚大小在调控玉米籽粒营养组成及籽粒大小方面扮演着重要角色,解析玉米胚大小自然变异的遗传基础对玉米籽粒品质和产量的协同改良具有重要意义。本研究利用由普通玉米自交系B73和高油玉米自交系By804组配的RIL群体,结合高密度的SNP遗传图谱同时对玉米胚大小、籽粒大小和油分等15个性状进行QTL定位分析,共鉴定到82个QTL,包括38个胚大小性状QTL、23个籽粒大小性状QTL和21个油分性状QTL。每个QTL解释的表型变异范围为2.50%～26.32%,平均为7.94%。QTL的置信区间变幅为0.3～52.8 Mb,平均长度为11.6 Mb;置信区间小于5、10和20 Mb的QTL占所有QTL的比例分别为32.9%、58.5%和79.3%。对检测到的QTL位点进行共定位分析鉴定到15个QTL热点区域,其中10个热点区域至少调控胚大小、籽粒大小、油分等三类性状中的两类,5个QTL热点区域只控制一类性状。在上述热点区域内,鉴定到已克隆的控制玉米籽粒油分的主效基因DGAT1-2和影响籽粒发育的基因Dek15。这些结果为玉米籽粒品质改良提供了重要信息。     

玉米出籽率、籽粒深度和百粒重的QTL分析

为研究玉米出籽率、籽粒深度、百粒重的遗传机制,以豫82×沈137组配的229个F_2:3家系为试验材料,采用复合区间作图法进行QTL定位分析。在3个环境下共检测到10个QTL。其中,控制出籽率、籽粒深度、百粒重相关QTL分别为3个、3个和4个,它们的联合贡献率分别为35.5%、28.1%和39.0%。位于第1染色体上介于标记umc1335与umc2236之间控制出籽率的QTL qKR1b和位于第9染色体上介于标记bnlg1209–umc2095之间控制百粒重QTL q100-KW9b,分别解释18.9%和11.7%的表型变异,且作用方式为加性效应,分析表明这些区域可能包含调控玉米籽粒性状关键基因,对剖析玉米产量形成机制具有重要的参考价值。     

陆地棉株型及生育期相关性状QTL定位

【目的】为了深入分析棉花株型及生育期相关性状的分子遗传机制,加速适机采棉花新品种分子标记辅助育种进程。【方法】通过构建包含413个单株的F2群体,结合高密度SNP(Single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性)遗传图谱,开展株高(Plant height,PH)、第一果枝节位(Node of the first fruiting branch,NFFB)及其高度(Height of NFFB,HNFFB)、第四果枝第一果节长度(First node length of the forth fruiting branch,FNLFFB)、第七果枝第一果节长度(First node length of the seventh fruiting branch,FNLSFB)等5个株型性状和开花期(Flowering time,FT)、花铃期(Flowering to boll-opening period,FBP)、全生育期(Whole growth period,WGP)等3个生育期性状的QTL(Quantitative trait loci,数量性状位点)定位研究。【结果】8个性状均呈现连续的双向超亲分布,性状之间存在广泛的正向相关性,PH与其他株型性状均为极显著正相关,NFFB与3个生育期相关性状均为显著或极显著正相关。共定位到36个加性QTL(Additive QTL,a QTL)位点,包括14个PH相关a QTL、6个NFFB相关a QTL、3个HNFFB相关a QTL、5个FNLFFB相关a QTL、3个FNLSFB相关a QTL、2个FT相关aQTL、2个FBP相关aQTL、1个WGP相关aQTL,单个aQTL贡献率为1.70%～10.38%。这些a QTL分布于20条染色体,每条染色体有1～4个a QTL。发现3个a QTL重叠区段,分别为A11染色体的qNFFB-A11-1与qWGP-A11-1、D3染色体的qHNFFB-D3-1与qPH-D3-1、D8染色体的q NFFB-D8-1与qFNLSFB-D8-1。检测到263个上位性QTL(Epistatic QTL,e QTL),单个e QTL的贡献率为1.17%～6.19%;19个a QTL与21个e QTL位置重叠;At基因组分布有17个a QTL和202个e QTL,Dt基因组分布有19个a QTL和61个e QTL。【结论】本研究为探索棉花株型的分子遗传机制奠定了研究基础,为机采棉分子标记辅助育种提供理论指导。     

大豆幼苗根系性状的QTL分析

为研究大豆幼苗期根系性状的遗传规律,以中豆29和中豆32构建的RIL群体为材料,在V2期测定水培幼苗根系性状(主根长、侧根数、根重、根体积和根冠比等)及相关性状(株重、茎叶重和下胚轴重等),以方差分析方法估算遗传参数,并采用复合区间作图法对大豆幼苗期根系等性状进行QTL定位。结果表明,在8个染色体上检测到20个根系及相关性状QTL,其中9个主效QTL位于第11和第14染色体,表型贡献率在10.5%~26.1%之间。在第11和第14染色体上,部分根系性状QTL与地上部性状QTL处于同一位置,其QTL的共位性与形态性状表型相关分析结果一致,反映了根系性状与地上部性状存在一定的关联。     

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。     

大豆籽粒硬实加性和上位性QTL定位

硬实是植物种子的普遍特性, 是影响大豆种子发芽率、生存能力及储存期的重要数量性状, 同时影响着大豆的加工品质。本实验通过对大豆籽粒硬实性状的加性和上位性互作QTL (quantitative trait locus)分析, 明确控制大豆籽粒硬实的重要位点及效应, 旨在为进一步解析硬实性状复杂的遗传机制提供理论依据。以冀豆12和地方品种黑豆(ZDD03651)杂交构建的包含186个家系的F_6:8和F_6:9重组自交系群体为材料, 采用WinQTL Cartographer V. 2.5的复合区间作图法(composite interval mapping, CIM)定位不同年份的籽粒硬实性状相关的加性QTL, 同时采用IciMapping 4.1软件中的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping, ICIM)检测籽粒硬实性状的加性及上位性QTL。共检测到3个籽粒硬实性状相关的加性QTL, 分别位于第2、第6和第14染色体, 遗传贡献率范围为5.54%~12.94%。同时检测到4对上位性互作QTL, 分别位于第2、第6、第9、第12和第14染色体, 可解释的表型变异率为2.53%~3.47%。同时检测到籽粒硬实性状加性及上位性互作QTL, 且上位性互作多发生在主效QTL间或主效QTL与非主效QTL间, 表明上位性互作效应在大豆籽粒硬实性状的遗传基础中具有重要的作用。     

利用回交导入系定位干旱环境下水稻植株水分状况相关QTL

日益严重的水资源危机使水稻的耐旱育种尤为迫切, 干旱环境下较高的植株水分含量有助于提高或维持作物产量的稳定性, 挖掘与耐旱性密切相关的分子标记有助于提高耐旱品种的选育效率。从供体Lemont (粳稻)导入到特青(籼稻)背景的254个高代回交导入系中筛选出覆盖供体全基因组的55个回交导入系, 采用PVC管栽培, 分析了干旱(胁迫)条件下水稻植株水分状况相关性状与籽粒产量、生物量的相关性并定位了相关QTL。研究表明, 植株水分相关性状(相对含水量、叶片水势、渗透势、卷叶度)均与籽粒产量显著相关。检测到7个相对含水量QTL, 7个叶片水势QTL, 5个渗透势QTL及5个卷叶QTL; 另检测到5个产量QTL, 7个生物量QTL。分析发现, 不仅QLwp5、QLr5、QRwc5和QY5同时分布在RM509~RM163区域, 且该区域还分布有对水分环境表现稳定的产量QTL(QGy5), 效应方向一致, 从遗传学角度解释了籽粒产量与水分相关性状之间的显著相关性。另外, QLr5、QRwc5、QY5、QLr2、QLr7、QLr8、QLr9、QRwc3、QRwc4a、QRwc12及QY7 等11个QTL曾在不同遗传背景群体中被检测到, 它们控制相同目标性状。研究认为RM509~RM163区域及QLr2、QLr7、QLr8、QLr9、QRwc3、QRwc4a、QRwc12和QY7所分布的染色体区域对水分环境或者遗传背景相对稳定, 在水稻分子标记辅助选择(MAS)耐旱育种实践中有较重要利用价值。     

利用小麦关联RIL群体定位产量相关性状QTL

为定位控制小麦产量相关性状的QTL位点,获得与重要位点连锁的分子标记和染色体区段,以分别含有229和485个家系的关联重组自交系(RIL)群体WY和WJ为材料,在4个环境中,用完备区间作图法(ICIM)对产量相关性状进行了QTL定位分析。结果表明,产量相关性状QTL分布在小麦21条染色体上。在WY群体中检测到每穗小穗数、主茎穗粒数、单株穗数、千粒重和单株产量的QTL分别有9、9、4、7和5个,其中16个(55.2%)解释大于10%的表型变异;在WJ群体中检测到这5个性状的QTL分别有20、16、11、14和9个,其中只有3个(6.7%)在单个环境中解释超过10%的表型变异。在WY群体中有5个QTL在2个环境中被重复检测到;在WJ群体中,有11个QTL在2个或2个以上环境中被重复检测到。在2个群体中均检测到产量相关性状的QTL在染色体上形成了含有一因多效或紧密连锁QTL的染色体区段,并在2个群体检测到可能相同的9对QTL和2个染色体区段。     

玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展

为推进分子标记辅助选择在玉米育种中的应用,总结出近30年玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展。表明子粒产量的QTL为5~9个,主要分布在第1、2、5、6、7、8、9染色体上,穗行数、行粒数和百粒重的QTL均为3~6个,主要分布在第1、2、3、4、5、6、7、8染色体上,这些QTL成簇分布在几条主要染色体上,形成QTL富集区域,它们能解释性状表型变异的25%左右;多数性状的QTL主要表现为加性、显性、部分显性或超显性效应,部分性状的QTL存在遗传×环境互作效应。预示子粒产量及其组成性状的QTL存在共同染色体载体,育种选择应在多环境、大样本下进行,在不同环境下均能稳定表达的QTL更适用于育种选择;单株穗数、植株性状和抗逆性的QTL研究有待加强。     

利用BIL和CSSL群体鉴定外观品质主效QTL

为进一步探究稻米外观品质分子调控机制,挖掘新的环境钝感型主效QTL,本研究以‘屉锦’和‘北陆129’杂交衍生的回交重组自交系(BIL)和染色体片段代换系(CSSL)群体为试验材料,对稻米外观品质进行QTL鉴定。结果显示,双亲外观品质存在明显差异,‘屉锦’整精米率较高、垩白少和粒型短圆,外观品质性状间存在明显的相关性。BIL群体检测到32个调控外观品质的QTL,15个QTL稳定表达;CSSL群体鉴定了16个相关QTL,主效QTL在不同群体中共性表达;QTL成簇分布于第1、2、3、8、9和11染色体上,6个区段包含30个位点,占QTL总数的62.50%,其中主效QTL簇qAQ1、qAQ8和qAQ9在不同群体与环境下效应明显、重演性较好,是进一步深入研究的"热点"区域。这将进一步丰富外观品质性状的分子调控机理,也为主效QTL簇的精细鉴定提供坚实基础。     

不同水分环境下玉米产量构成因子及籽粒相关性状的QTL分析

干旱胁迫对玉米产量及其相关性状有重要影响。本研究以我国玉米育种骨干亲本齐319和掖478分别和黄早四组配构建的两个F_2:3群体为材料,应用逐步联合分析的QTL定位方法,剖析新疆不同水分环境下(包含水区和旱区)玉米产量构成因子及籽粒相关性状的遗传基础。结果表明,在相同水分处理不同年份间产量构成因子和籽粒相关性状超过70%的QTL可稳定表达,旱区QTL的稳定性明显低于水区,当全部环境联合分析时,各性状QTL稳定性呈现一定程度的降低,但超过60%的QTL仍然稳定表达。两群体中共检测到11个环境钝感的主效QTL(在2个以上环境中检测到,且至少在一个环境下的贡献率大于10%),分布在bin1.10、2.00、4.09、7.02、9.02、10.04和10.07共7个基因组区段上,除bin10.04外所有环境钝感的主效QTL在全部环境下稳定表达。因此,玉米产量构成因子和籽粒相关性状的QTL在新疆相同水分处理不同年份间,甚至不同水分条件下大部分均可稳定表达,这些主效QTL位点可为抗旱分子育种和进一步精细定位提供参考。     

水稻特异粗茎相关性状QTL的初步定位分析

本研究以新颖的极端粗茎水稻材料R404及细茎品种日本晴为亲本杂交构建的F2分离群体(152个单株)为作图群体,对控制水稻茎秆粗、茎壁厚以及穗颈粗3个茎粗度相关性状的QTL进行定位分析。通过QTL Ici Mapping分子标记作图软件分析,在水稻3、8、11以及12号染色体上分别检测到7个QTLs,其中茎粗和穗颈粗的2个QTL q SDM8.1和qRDM8.1可能为同一基因位点调控,茎粗和茎壁厚的2个QTL qSDM3.1及q SWT3.1也定位在相近的位置,这2个染色体位置可能存在控制茎粗的一因多效的基因。qSWT3.1(15.39%)、qRDM3.1(44.66%)和q SDM8.1(19.16%)在其所控制的相应性状(茎粗,茎壁厚和穗颈部粗)中的贡献率是最大,是主效QTL。除了定位于3号染色体的QTLs外,其他与粗茎性状相关的QTLs均为新发现的QTLs。本研究结果为粗茎QTL的进一步精细定位奠定了基础,也为粗茎QTL应用于水稻抗倒伏品种的培育及种质创新提供重要的基因来源,对保障国家粮食安全具有重要的意义。