新疆陆地棉经济性状优异等位基因位点的遗传解析

【目的】基于SSR(Simple sequence repeat,简单序列)标记展开对陆地棉经济性状的关联分析,挖掘优异等位变异位点,解析新疆陆地棉经济性状的遗传基础,为新疆陆地棉的遗传机理研究和高效的陆地棉分子设计育种提供理论依据。【方法】利用筛选出覆盖棉花全基因组的73对SSR标记对新疆156份陆地棉品种进行多态性扫描;采用R语言绘制boxplot图,利用TASSEL软件进行关联分析,挖掘与产量、纤维品质性状相关联的优异等位变异位点。【结果】通过对6个环境下新疆陆地棉品种的产量、品质相关性状进行关联分析,获得与产量性状相关的等位变异位点10个,表型变异解释率为6.69%～9.88%,平均值为8.43%;与纤维品质性状相关的等位变异位点23个,表型变异解释率为3.73%～13.22%,平均值为7.52%。其中22个QTL(Quantitative trait locus)已被报道,有10个QTL的关联性状与前人研究一致。【结论】新疆陆地棉品种的群体遗传结构简单,连锁不平衡水平低,6个环境条件下表型性状变化趋势较稳定。基于SSR的关联分析,发掘了与产量和纤维品质相关的优异等位变异基因及聚合优异等位基因位点的典型材料。     

新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性及纤维品质性状SSR关联分析

【目的】探究新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性,发掘特异种质资源和与纤维品质相关的优异等位变异。【方法】以219份新疆早熟陆地棉种质资源为材料,在3个环境下对此群体的15个农艺性状进行鉴定,用128对简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)引物对该群体进行基因型鉴定,使用NTsys-pc2.1进行遗传多样性分析,用Structure 2.3.1和Tassel 5.0对此群体纤维品质性状进行关联分析,依据表型效应值挖掘携带优异等位变异的典型材料。【结果】128对标记在219份资源材料群体中共扩增出244个位点,平均每个标记扩增出1.91个位点;多态信息含量范围为0.13～0.86,平均为0.63;此群体材料间遗传相似性系数分布范围为0.42～0.99,平均为0.61,遗传相似系数在0.5～0.7的占90.19%。通过关联分析检测到11个与纤维品质性状显著关联的标记(P0.01),发掘出7个携带特异等位变异的典型材料。【结论】219份新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性低,基于SSR关联分析发掘了一些与纤维品质性状相关的优异等位变异及典型材料。     

甜瓜果实性状EST-SSR位点及优异等位变异分析

为发掘甜瓜果实上重要性状的QTL、优异等位变异及其携带优异等位基因的载体材料。利用一般线性模型对192份甜瓜种质的果实表型和41个SSR标记基因型进行关联分析,通过无效等位基因统计相关位点等位变异的表型效应。结果获得显著关联位点12个,其等位变异中,HNM15-158、HNM26-260、HNM45-210和HNM24-143分别是果实单重、可溶性固形物、果实纵径和果实肉厚的增效效应最大的等位基因,对应典型载体材料分别为PI-143215(1)、PI-136192、PI-313970和PI-145594。发掘甜瓜果实性状关联位点优异等位变异不仅可以为甜瓜分子标记辅助育种提供标记信息,还可以促进后续功能基因研究的发展。     

基于重测序的陆地棉InDel标记开发与评价

碱基插入/缺失(InDel)是基因组中丰富的遗传变异形式。InDel以其密度高、易于基因型分型等优点成为分子标记开发的理想来源。本研究利用262份陆地棉品系重测序数据鉴定的InDel位点,在全基因组范围内设计了3206个InDel标记并挑选均匀分布的320个标记进行验证。320个标记筛选出87个多态性标记,多态性率为26.88%。利用多态性标记对不同地理来源的262份陆地棉种质资源进行基因分型,共检测到160个等位位点;多态性信息含量(PIC)为0.0836～0.3750,平均值为0.3073;基因多样性指数变异范围为0.0874～0.5000,平均值为0.3876,表明我国陆地棉遗传基础相对狭窄。群体结构分析将262份陆地棉品系大致划分为2个亚群,聚类分析和主成分分析的结果与之基本一致。采用混合线性模型(Mixed linear model)对6个纤维品质性状的关联分析检测到65个关联位点(P 0.01),各位点对表型变异贡献率为2.57%～8.12%。本研究旨在利用重测序数据开发全基因组范围的可用于凝胶检测的InDel标记,为棉花种质资源研究和分子标记辅助选择育种提供便捷工具。     

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析 II. 优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上, 本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析, 通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值做比较, 估计等位变异的潜在表型效应增量(减量), 进一步利用该信息估计位点增效(减效)等位变异的平均效应, 鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异, 可根据育种目标性状选择要求, 选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联, 其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小; 等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足, 并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析Ⅱ.优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上,本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析,通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因（null allele）材料表型均值做比较,估计等位变异的潜在表型效应增量（减量）,进一步利用该信息估计位点增效（减效）等位变异的平均效应,鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异,可根据育种目标性状选择要求,选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联,其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小;等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足,并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

SSR标记与陆地棉田间黄萎病抗性的关联分析

通过关联分析挖掘与陆地棉黄萎病抗性关联的分子标记,为陆地棉抗黄萎病性状的分子检测及标记辅助选择育种提供有益参考。选用在棉花基因组上均匀分布多态性较好的237个SSR标记对214份陆地棉材料的基因组变异进行了扫描,并使用Power Marker v3. 25分析群体的遗传多样性,Structure 2. 2分析群体结构,在此基础上结合3年黄萎病抗性鉴定数据,采用Tassel 2. 1中的GLM(Q)方法挖掘与黄萎病抗性相关的QTLs。结果表明,不同陆地棉材料黄萎病发病情况差异显著; 237个标记共检测到280个多态性位点,共计695个等位变异,变异范围2～6个,平均等位变异数2. 479 0;按照基因型数据可将该群体划分为2个亚群;通过关联分析,在不同年份中发掘与黄萎病抗性显著关联(P 0. 01)的SSR位点27个,其中有2个位点(BNL3442和BNL1064)在3年均被重复检测到,表型变异解释率最高分别为12. 10%和8. 02%。这些在不同年份中稳定存在的SSR标记位点有可能与抗病基因紧密连锁,有望用于棉花黄萎病抗性材料筛选和抗病基因挖掘。     

陆地棉SSR标记遗传多样性及其与农艺性状的关联分析

分析陆地棉栽培种遗传多样性,通过关联分析寻找与棉花农艺性状相关联的分子标记,为分子标记辅助选择育种和提高棉花育种效率奠定基础。本文采用74个Simple sequence repeat(SSR)标记对172份陆地棉栽培种的基因组变异进行扫描,使用NTSYS-pc 2.20进行聚类,分析该群体遗传多样性;利用Structure 2.3.4软件分析群体结构,在此基础上结合田间表型数据,采用Tassel 2.1的一般线性模型(General linear model,GLM)进行关联分析,定位与农艺性状相关的QTLs。74个标记共检测到148个多态性位点,涉及246个等位变异,变异范围2~7个,平均等位变异数为3.32;引物的多态性信息含量(PIC)为0.0281~0.3733,平均值为0.2370;遗传相似系数变异在0.2816~1,平均值为0.5369,平均遗传相似系数为0.5369,表明我国陆地棉遗传基础狭窄,尽管国外及西北内陆棉区部分材料具有较丰富的遗传变异。聚类分析将该群体划分为12个亚群,不同棉区的材料交叉分布,且聚类结果基本与系谱吻合。群体结构分析却将172份供试材料划分为3个亚群;通过关联分析,发现30个位点与铃重、衣分、黄萎病抗性显著相关(P0.05),各位点对表型变异贡献率为2.24%~5.27%。     

陆地棉耐盐性状与SSR分子标记的关联分析

本研究以134份陆地棉栽培种为试验材料,测定其在0.3%盐浓度(质量分数)下的出苗率,并使用74对SSR引物对这些材料进行基因组变异扫描。利用Structure2.3.4软件分析该自然群体的遗传结构,在此基础上采用Tassel2.1软件对耐盐性状与SSR分子标记进行关联分析,寻找与棉花耐盐性状相关的分子标记。研究结果表明:(1)134份陆地棉栽培种的出苗率呈极显著差异,并筛选出27个盐敏感材料和10个耐盐材料。(2)74个SSR分子标记共检测出148个多态性位点,涉及246个等位变异,变异范围为2~7,平均每个标记3.32个;基因多样性指数变异范围为0.0295~0.4959,平均值为0.2897;SSR分子标记多态性信息含量(PIC)变幅为0.0290~0.3729,平均值为0.2381。(3)通过群体结构分析,将该自然群体划分2个亚群体,分别包含89份和45份材料。(4)关联分析共发现8个与棉花耐盐性状相关的SSR分子标记位点,表型变异解释率变幅为2.91%~7.82%,平均值为4.32%。此研究结果可以为棉花耐盐性状分子标记辅助选择育种提供参考。     

中国野生大豆群体农艺加工性状与SSR关联分析和特异材料的遗传构成

选用204对SSR标记对全国野生大豆群体(174份代表性样本)的基因组扫描,采用TASSEL软件的GLM (general linear model)方法对百粒重、开花期、成熟期、干豆腐得率、干豆乳得率和耐淹性性状值关联分析,解析与性状关联位点的优异等位变异,鉴别出一批与农艺、加工性状关联的优异等位变异及携带优异等位变异的载体材料;进一步分析极值表型材料的遗传构成。结果表明: (1)累计51个位点(次)与性状关联,有些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关的遗传基础;关联位点中累计16位点(次)与连锁分析定位的QTL一致;(2)与地方品种群体和育成品种群体的关联位点比较,发现野生群体关联位点只有少数与之相同,群体间育种性状的遗传结构有明显差异。(3)与多性状关联的位点其等位变异对不同性状的效应方向可相同可不同,如GMES5532a-A332对百粒重和耐淹性的相对死苗率都是增效效应,而GMES5532a-A344对百粒重是减效效应,对相对死苗率是增效效应;(4)极值表型材料间的遗传构成有很大差异。表型值大的材料携带较多增效效应大的位点等位变异,例如N23349的百粒重是9.08 g,含有4个增效效应较大的位点等位变异;表型值小的材料携带较多减效效应大的位点等位变异,如N23387的百粒重是0.75 g,含有4个减效效应较大的位点等位变异。关联作图得到的信息可以弥补连锁定位信息的不足,尤其是全基因组位点上复等位变异的信息为育种提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

青稞遗传多样性及其农艺性状与SSR标记的关联分析

利用92个SSR标记对108份青稞亲本材料进行多态性扫描,分析其遗传多样性,旨在寻找与农艺性状相关联的分子标记,为青稞杂交组合的配制及分子标记辅助育种提供依据。挑选48个多态性标记进行群体遗传结构分析,在此基础上采用Tassel 2.1 GLM (general linear model)和MLM (mixed linear model)方法进行标记与农艺性状的关联分析。共检测出156个等位变异,每个位点2~6个等位变异。供试群体的Shannon指数为0.6727~1.1368,材料间遗传相似系数为0.2250~1.0000,平均0.7585。通过群体遗传结构分析将供试材料划分成4个亚群。以GLM分析,发现12个与株高、穗长、穗粒数和分蘖数相关联的标记,对表型变异的解释率分别为11.5%~17.6%、19.4%~45.4%、15.4%~22.1%和29.2%;以MLM分析,发现8个与株高、分蘖数和小穗数相关的标记,各标记对表型变异的解释率分别为31.7%~49.8%、28.1%~37.2%、22.7%~32.7%。关联标记分布在基因组全部6个连锁群上。     

大豆主要营养品质性状相关分子标记的育种应用潜力评价

大豆营养品质性状多为数量性状,受多基因调控。目前,已定位到大量与营养品质性状相关的分子标记,但经过大豆育种群体验证的可用标记却很少。本研究以288份黄淮海地区选育的大豆品种和19份野生/半野生大豆种质为材料组成大豆自然群体,利用近红外光谱法、气相色谱法和高效液相色谱法分析其蛋白质、脂肪、脂肪酸和异黄酮组分含量;选用已报道的与营养品质性状紧密连锁的18个SSR标记,采用毛细管电泳方法进行基因型鉴定。采用关联分析方法验证分子标记的选择效果,共检测出与脂肪含量关联的标记3个,与蛋脂总和关联的标记3个,与棕榈酸关联的标记1个,与硬脂酸关联的标记1个,与油酸关联的标记2个,与亚麻酸关联的标记2个,同时发掘出这些位点的优异等位变异,表明上述验证的分子标记可用于大豆营养品质分子育种中。     

陆地棉种质资源抗旱性状的关联分析

干旱是导致全世界棉花严重减产、纤维品质下降的重要因素,因此获得高产、优质、耐旱的棉花新品种一直是棉花的育种目标。本研究选取217份陆地棉栽培种组成的自然群体为研究对象,采用全生育期处理组灌水量为对照组50%的干旱胁迫处理,并在处理后期对217份材料的株高、衣分、单铃重等18个性状进行2年2点的表型鉴定,干旱胁迫后,群体间响应差异明显,多个表型性状在对照和处理间表现显著差异。通过BLUP分析表型数据并计算各性状的抗旱系数;全基因组范围选取的214对多态性SSR分子标记扫描群体,共检测到393个多态性位点,基因多样性系数平均值为0.402,范围为0.072~0.631,PIC值平均为0.329,范围为0.070~0.560;群体结构分析表明,该群体可分为2个亚群。用上述SSR标记分别对18个性状的抗旱系数进行关联分析,共关联到76个极显著位点(P<0.01),表型变异解释率为2.930%~7.218%,其中共有14个标记位点能同时被2种或以上性状检测到。研究结果可为后期棉花杂交育种亲本选择及抗旱分子标记辅助育种提供理论基础及参考依据。     

三个栽培种中天然彩色棉的遗传多样性及关联分析

本研究利用主要农艺性状和SSR标记分析了137份陆地棉、13份海岛棉以及27份亚洲棉等不同纤维色泽的种质资源。170对SSR引物共检测到1036个等位基因变异。其中有多态性的等位基因923个,平均每个SSR位点有5.43个等位变异,变化范围为1~10。位点多态性信息量(PIC)的变化范围为0.56~0.93,PIC在0.85以上的多态性SSR位点为122个。结果表明,实验材料存在着丰富的遗传多样性。在群体结构分析基础上,使用TASSEL软件中的混合线性模型(MLM),在陆地棉中得到与11个性状相关联的SSR标记23个;在海岛棉群体得到与5个性状关联的17个标记;在亚洲棉中检测到与8个性状关联的15个标记位点。在三个栽培种中与纤维色泽度相关的标记位点一共有6个,分别是CIR51-4、BNL1421-2、BNL2656-2、DPL570-2、GH268-6和TMB131-1,表型变异解释率从3.12%到18.97%。三个栽培种中天然彩色棉种质具有丰富的遗传多样性,为棉花的种间、种内杂交育种以及拓宽棉花新品种的遗传背景提供了物质基础和理论依据。     

水稻纹枯病抗性关联分析及抗性等位变异发掘

采用苗期微室接种鉴定法,用144个分布于水稻全基因组的多态性标记,利用TASSEL软件GLM (Q)、MLM (Q+K)和MLM (PCA+K) 3种模型对456份水稻材料组成的自然群体进行纹枯病抗性关联分析。结果发现,有13个标记位点至少在两种模型中均被检测到与纹枯病抗性显著关联,单个位点可解释表型变异的1.84%~8.42%;其中10个标记位点位于以往报道的连锁定位的抗纹枯病QTL附近,3个标记位点(RM1036、RM5371和RM7585)是未曾报道的新的抗病相关位点。抗性等位变异RM7585-150对纹枯病发病病级减效效应最大;有259份材料携带抗性等位变异RM5371-129,占供试材料总数的56.8%,只有26份材料携带抗性等位变异RM1036-82,占供试材料总数的5.7%。水稻纹枯病发病病级与其含有的抗性等位变异数量呈极显著的负相关。本研究结果将为水稻抗纹枯病分子标记辅助育种提供理论依据。     

棉花适宜机采相关性状的SSR标记关联分析及优异等位基因挖掘

棉花机械采收对品种的生育期、株型及对脱叶剂敏感度有较高的要求。本研究利用覆盖全基因组有多态性的214对SSR标记对118份含有一个或多个机采性状的种质资源的株高、始节高、始节位、第一果枝平均长度、生育期及脱叶率6个机采相关性状进行关联分析。利用Structure 2.3.1软件进行群体结构分析,并结合2年2点12个重复的田间表型数据,采用Tassel 5.0软件的混合线性模型MLM关联定位。结果检测到460个等位基因,涉及905个基因型,基因多样性指数平均为0.5151,PIC值平均为0.4587,基因多样性指数和PIC值都大于平均数的标记有99个,占总标记数的46.3%,说明该批SSR标记具有较多的等位变异数和较高的遗传多样性。群体结构分析将118份供试材料划分为4个亚群,结果显示各类群中材料与地理来源无对应关系。关联分析结果显示4种环境中,在显著条件下(P0.05),共检测到124个与6个机采相关性状相关的位点,对表型变异解释率范围为2.23%~14.15%;其中在极显著条件下(P0.01),共检测到20个与机采相关性状相关的位点,对表型变异解释率范围为4.84%~14.15%。基于本研究的结果,鉴定出典型的载体材料11份,分别为系7、金垦9号、Y11、豫棉18、AY-4、K2、朝阳棉2号、DZ22、中棉所43、C2和关农长早B14。以上发掘出的控制棉花适宜机采性状的优异等位基因及优异亲本资源,可为机采棉的分子辅助选择育种提供理论依据。     

陆地棉产量及农艺性状的SSR标记关联分析

【目的】挖掘与陆地棉产量和重要农艺性状密切关联的分子标记,为棉花分子标记辅助育种提供依据。【方法】本研究以147份陆地棉材料为供试群体,分别调查了7个环境下该群体的铃重和衣分数据,3个环境下的单株果枝数、单株铃数和株高数据。利用237对SSR标记对上述材料进行基因型检测,采用Tassel 2.1中的一般线性模型程序对上述5个性状进行关联分析。【结果】铃重、衣分、单株果枝数、单株铃数和株高的平均变异系数的变幅为7.28%～21.06%,平均值为13.47%。这表明供试群体具有较为丰富的表型多样性。237个标记在147份陆地棉中共检测到281个多态性位点,各位点上等位基因数的范围为2～6个,涉及690个等位基因,平均每个位点2.455 0个;多态性信息含量平均值为0.216 5;Structure2.2群体结构分析将147份供试材料划分为7个亚群;在3个及以上环境检测到的与铃重和衣分显著关联的标记位点分别有45个和1个,解释表型变异率在不同环境中最高分别达19.30%和11.58%(P0.01);在2个及以上环境检测到与单株果枝数、单株铃数和株高显著关联的标记位点分别有1、4和4个,表型变异解释率在不同环境中分别最高达9.96%、7.00%和5.75%,在BNL2448附近同时检测到与铃重、单株果枝数和株高显著关联的位点。【结论】通过关联分析挖掘了多个可重复检测到的与陆地棉产量及重要农艺性状关联的分子标记位点,此研究结果可为棉花高产育种分子辅助选择提供有益参考。     

软质小麦溶剂保持力关联分析

溶剂保持力(SRC)是软质小麦鉴定评价的重要指标。为获得与SRC关联的分子标记,提高育种效率,对不同硬度类型的176份品种的乳酸SRC、碳酸钠SRC、蔗糖SRC和水SRC进行SSR标记检测,并结合其在江苏里下河地区连续3个生长季的4种SRC表型数据,利用MLM模型进行了关联分析。以236对SSR引物共检测出1340个等位变异,平均每个位点5.5个等位变异,平均PIC值为0.4663。共检测到28个关联位点(P0.005),单个位点可解释3.19%~21.84%的表型变异;与乳酸SRC、水SRC、蔗糖SRC和碳酸钠SRC相关联的位点分别为13、7、6和2个;与水SRC关联的gwm642-1D在3年中均被检测到。在这些关联位点上发现有利等位变异,其中降低水SRC的等位变异有gwm642-A186、gwm642-A188和gwm337-A178,降低蔗糖SRC的等位变异有gwm337-A178和gwm337-A186,降低碳酸钠SRC的等位变异有cfa2257-A129等。这些结果为利用分子标记进行SRC辅助选择提供了重要信息。     

陆地棉抗旱性与SSR分子标记的关联分析

【目的】了解陆地棉抗旱性和寻找与陆地棉抗旱性相关的分子标记,挖掘与抗旱性状相关的优异等位变异。【方法】以191份陆地棉栽培种组成的自然群体为材料,在萌发期采用质量分数为15%的PEG6000竖直滤纸法对191份材料进行胁迫处理,测定其发芽率。根据隶属函数值对萌发期抗旱性划分抗旱级别。利用关联分析的方法以74对SSR引物对该自然群体进行基因组变异扫描。在利用Structure 2.3.4分析该自然群体的遗传结构的基础上,使用Tassel 2.0的GLM模型将基因型数据与萌发期抗旱性状进行关联分析,寻找与抗旱性状相关的分子标记。【结果】筛选出强抗旱材料46份,中等抗旱材料59份,干旱敏感材料86份;群体结构分析将191份材料划分为2个亚群,分别包含123份和68份材料;通过关联分析获得与陆地棉萌发期抗旱性显著相关的分子标记15个,各位点对表型变异解释率为2.2%~7.49%。【结论】本研究筛选出强抗旱材料46份,获得与萌发期抗旱性相关的分子标记15个,可供棉花抗旱标记辅助选择育种利用。     

普通菜豆根系相关性状的关联分析

幼苗期根系发育对作物的生长发育具有重要作用。利用生长袋纸培系统对324份普通菜豆种质的主根长、根干重、根体积、根表面积等9个根系相关性状进行表型鉴定,并结合覆盖全基因组、有多态性的116对SSR标记,利用MLM（Q+K）模型进行表型和标记的关联分析。表型分析表明,324份材料的9个根系相关性状表型变异丰富,平均变异系数的变动范围是10.09%~37.03%;基因型分析表明,116个多态性SSR标记共检测到919个等位变异位点,每个标记的平均基因多样性指数为0.59,多态性信息含量（PIC）平均值为0.54,显示这些标记具有较高的基因多样性;群体结构分析表明,供试材料分为两个亚群,与普通菜豆起源于两个基因库对应;关联分析结果显示,以P<0.01作为显著条件,共检测到48个显著标记位点,其中有10个位点同时与2个以上性状相关联,有5个位点与前人研究结果一致。研究结果为进一步理解普通菜豆根系的遗传机理提供了理论参考,也为分子标记辅助选择改良普通菜豆根系奠定了基础。