水稻导入系聚合派生耐旱株系的培育和导入遗传成份的分子检测

以中413为轮回亲本,C418和粤香占为供体材料,分别培育导入系并进行抗旱筛选,入选株系互相杂交,培育导入系聚合派生株系(introgression-linepyramiding-derived-lines,ILPDLs),经过大田和根管栽培条件下的抗旱性重复鉴定,获得1对营养生长期对干旱胁迫具有强耐受力的姊妹系(KH168,KH172)。以典型旱稻品种IRAT109和轮回亲本中413为对照,KH168和KH172在大田干旱胁迫下能维持较高的相对含水量,在对照品种严重卷叶和大量叶片枯死情况下,KH168和KH172维持较好的叶片生长状态,卷叶和叶片枯死显著减低。利用351个多态SSR标记检测2个株系材料的基因型,发现KH168和KH172分别有81个和77个导入片段,在12条染色体上均有分布,大部分染色体上的导入遗传成份由2个供体亲本共同提供。     

小麦三雌蕊近等基因系的主要农艺性状分析

为充分利用小麦三雌蕊品系的优良性状,全面分析小麦三雌蕊基因pis1对其农艺性状的遗传效应,本研究对小麦三雌蕊近等基因系CSTP,CM28TP,MY29TP和NM9TP及其相应的轮回亲本的主要农艺性状进行了分析。结果表明,各近等基因系与其轮回亲本在株高、茎粗、旗叶长、旗叶宽、有效穗数、穗长以及小穗数等7个农艺性状上差异不显著,除CSTP外,其它3个近等基因系的穗粒数明显高于其轮回亲本。但千粒重和小区产量均低于轮回亲本。相关性分析表明,小区产量与千粒重呈极显著正相关。而小区产量和千粒重都与穗粒数呈不显著的正相关,即仅提高穗粒数不能有效的提高产量。因而要利用小麦TP品系进行育种研究,其首要目标是提高千粒重。聚类分析表明,近等基因系与相应的轮回亲本聚在一起,这说明构建的近等基因系是成功的。     

花后冠层温度对小麦产量的影响及几个关联SSR位点的效应分析

小麦生育期间的冠层温度,尤其是开花以后的冠层温度对植株衰老、粒重和品质等有很大影响。2012—2013和2013—2014年度,在河南新乡利用4个品种的选择导入系群体观测了冬小麦冠层温度与产量间的关系,并通过全基因组SSR标记检测相关主效基因位点,以解析其遗传机制。结果表明,冠层温度与千粒重和产量呈显著负相关;与有效穗数呈显著正相关,并随着时间的推移,相关性逐渐增大。在已报道的44个与千粒重或穗粒数相关联的SSR位点中,有9个与冠层温度显著关联,其中在6个位点上检测到优异等位变异,携带优异等位变异材料的冠层温度显著低于携带非优异等位变异材料的冠层温度。影响冠层温度的优异等位变异间存在明显的加性效应,这些位点同时也与千粒重和穗粒数呈现出显著关联。与冠层温度关联的SSR位点均与灌浆中后期旗叶的叶绿素含量相关联。由此表明,在灌浆后期良好的根系功能保证了水分和营养的正常供应,降低了冠层温度,而较低的冠层温度对叶绿素和光合起到了良好的保护作用,从而提高千粒重和增加籽粒产量。     

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。     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

稻谷粒长、粒宽和长宽比是衡量稻米外观品质的重要指标，稻谷籽粒形状也是影响水稻产量的重要因素。为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行了分子定位。以单片段代换系（SSSL）为材料构建分离群体，利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。粒宽QTLGw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间，遗传距离均为0．3cM。     

籼型三系杂稻品质性状的配合力及遗传力分析

以3个不育系川香29A(A1)、珍汕97A(A2)、Ⅱ-32A(A3)和8个新恢复系为亲本,按不完全双列杂交模式分析11个品质性状的配合力及遗传力。结果表明:(1)大多数性状的一般配合力(gca)和特殊配合力(sca)达显著或极显著水平,即受基因加性效应和非加性效应的共同控制,且以加性效应占主导地位(2)精米率、垩白度、直链淀粉含量3个性状,恢复系对gca方差的贡献比不育系的大,而不育系在粒长、粒宽、长宽比、糙米率、整精米率、垩白率、胶稠度等性状上对gca方差的贡献比恢复系的大。糊化温度这两性状,恢复系和不育系对gca方差的贡献相近。(3)广义遗传力(h2B)降序排序为:粒长、长宽比、垩白率、粒宽、糊化温度、胶稠度、整精米率、糙米率、直链淀粉含量、精米率、垩白度,变幅在93.36%～38.13%之间;狭义遗传力(h2N)降序排序为:粒长、长宽比、垩白率、糙米率、糊化温度、整精米率、垩白度、胶稠度、精米率、直链淀粉含量,变幅在82.3%～17.32%之间。大部分性状的(h2N)与(h2B)的趋势是一致的。(4)gca效应值在同一性状不同亲本间和同一亲本不同性状间均存在显著的差异,亲本中A1、R8、R7较为理想。     

一个特大粒水稻种质粒形相关基因的检测

LPBG08是本研究室培育的一个特大粒水稻种质,其平均粒长达15 mm,平均粒宽达4.2 mm,平均千粒重达66 g。为了解析该特异种质粒形性状形成的遗传机理,本研究以其为供试材料,利用目的基因扩增和测序手段,对2个重要粒长基因(GS3,qGL3/GL3.1)和4个重要粒宽基因(GW2,GW8,GS5和GW5)进行检测。检测发现,6个粒形相关基因中有5个在LPBG08中发生了正调控突变。其中,GS3和qGL3/GL3.1 2个粒长基因全都发生突变,4个控制粒宽基因中的GW2、GW8和GW5等3个发生突变。研究结果表明,LPBG08的特大粒粒形性状的形成可能是由于多个正向调控突变的粒形相关基因聚合所引起的累加效应。     

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。     

粳稻超优1号背景回交导入系的耐热性筛选与评价

全球气候变暖不可避免地影响水稻的生产。本研究以粳稻品种超优1号为轮回亲本与9个来自不同国家的供体品种杂交培育的BC₂F₄回交导入群体为材料, 通过开花期高温胁迫, 共初筛到124个耐高温单株; 以粳稻为供体的回交导入群体出现耐热个体的频率高于籼稻供体的导入群体, 表明粳稻资源中同样存在耐热有利基因。经对初筛后代的耐热性重复鉴定和在正常条件下的性状评价, 发现有80个株系的结实率显著高于轮回亲本, 耐热性选择效率为64.5%, 这些耐热导入系的产量及其相关性状在高温胁迫和正常条件下均出现广幅分离, 从中鉴定出耐热性和产量性状均显著好于轮回亲本的8个优良导入系。在3个耐热导入系的聚合F₂群体中, 筛选出耐热个体的平均结实率在80%以上, 极显著高于轮回亲本和最高聚合亲本, 从中获得106株耐热性极显著好于聚合亲本的单株, 显示出较理想的耐热性聚合效果。通过对耐热导入系和轮回亲本在正常和高温胁迫条件下的产量以及相关性状的表型比较分析, 有助于提高对水稻耐热性状筛选中的供体选择、选择效率和筛选方法等一些重要问题的认识。本研究获得的高产耐热聚合系, 将为水稻耐热有利基因发掘和耐热性标记辅助选择聚合育种提供宝贵材料。     

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。     

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。     

水稻早恢402体细胞无性系及其杂种F1的粒形与碾米品质

比较了水稻早熟恢复系402的体细胞无性系及其杂种F1的粒形及碾米品质的变异特点。结果表明，R3株系与供体亲本籽粒间及体细胞组培杂种R1F2与亲本杂种F2籽粒间米质性状的总体差异达极显著水平。R3的粒宽、粒厚、糙米率、精米率倾小值变异；R1F2的粒长、长/宽比、长/厚比及整精米率等指标倾大值变异。R3代的糙米率及精米率与整     

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。     

利用极端材料定位水稻粒形性状数量基因位点

利用极端大粒材料GSL156(千粒重71.9 g)与特小粒材料川七(千粒重12.1 g,轮回亲本)杂交、回交获得的BC₂F₂ 216个个体为作图群体,在北京进行稻谷粒长、粒宽、粒厚、长宽比、千粒重等粒形性状的鉴定。采用单标记分析和复合区间作图法,利用SSR标记对粒形性状进行数量性状基因座检测。结果表明,上述粒形性状在BC₂F₂群体均呈正态连续分布,表现为由多基因控制的数量性状;共检测到与粒形性状相关的QTL 28个,分布于第1、2、3、4、5、6和12染色体上。其中qGL3-2、qGL3-3、qGT12-1、qGT2-1、qGT5-1、qGW1-1、qGW12-1、qGW2-1、qGW5-1、qRLW3-1、qTGW12-1、qTGW2-1、qTGW3-3和qTGW5-1对表型变异的贡献率分别为13.70%、52.51%、21.13%、18.79%、20.92%、14.59%、18.33%、30.03%、20.05%、24.53%、13.47%、11.43%、21.30%和15.68%,为主效QTL。其中,第3染色体上检测出来的QTL最多。在所有检测到的28个QTL中,6个QTL的增效等位基因来源于小粒亲本川七,而其余QTL的增效等位基因均来源于大粒亲本GSL156,基因作用方式主要表现为加性或部分显性。第3染色体RM7580~RM8208区间是分别与粒宽、长宽比和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,第2染色体的RM7636~RM5812区间、第5染色体的RM3351~RM26区间和第12号染色体的RM1103~RM17区间是分别与粒宽、粒厚和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,这些区间对粒形贡献率较大,为进一步精细定位或克隆这些新的粒重或粒形QTL奠定了基础。同时大粒亲本对稻谷粒长、粒宽、粒厚和千粒重等性状的增效作用显著。     

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     

籼稻粒形及产量性状的加性相关和显性相关分析

以８个粗短粒品种和５个细长粒品种进行不完全双列杂交，采用加显遗传模型，对早籼粒形及产量性状进行多种相关分析。结果表明农艺性状间的加性相关比显性相关更为重要，其中粒形性状间的遗传相关是以加性相关为主，仅粒宽与长宽比性状间同时存在着显著的显性相关。有效穗数与着粒密度、每穗粒数、穗重间具有较高的负向加性相关，与粒重则表现出明显的正向显性相关。着粒密度、每穗粒数、结实率、穗重、粒重以及单株产量性状间的相关     

籼型杂种稻谷品质性状的杂种优势表现

以3个野败型雄性不育系（A）和10个恢复系（R）为材料，配成3×10=30个A×R杂种，研究籼型杂种稻谷9个品质性状的杂种优势表现。结果表明：（1）杂种的平均表现，在精米率(HP)、粒长(GL)、垩白度(CS)、直链淀粉含量(AC)和胶稠度(GC)上，都介于雌亲和雄亲平均数之间；在粒宽(GW)、粒重(WG)和碱扩值(ASV)上既大于雌亲又大于雄亲     

Identification and analysis of QTLs for grain quality traits in rice using an introgression lines population

The demand for superior grain quality represents a major issue in rice (Oryza sativa L.) breeding. To study the genetic basis of rice grain quality, including traits specifying grain dimension and percentage of grains with chalkiness, quantitative genetic analysis was conducted in a population of 37 introgression lines (ILs) of indica elite variety Habataki in the background of japonica cultivar Sasanishiki across two different environments. The ILs showed transgressive segregation for all of the investigated traits, including percentage of grains with chalkiness, brown grain length, width, thickness, length/width ratio, length/thickness ratio, volume and 1,000-brown grain weight, the result indicated that these rice grain quality traits were polygenic phenomenon. Fifty-four QTLs were identified on eleven chromosomes, and 44 QTLs were associated with more than one trait, as a cause of the observed phenotypic correlations between different traits. Five stable QTLs, namely QPGWC.NH-1.1, QPGWC.NH-1.2, QGW.NH-3.1, QLW.NH-7.1 and QGV.NH-8.2, were identified in this study. This study provides useful information for marker-aided improvement of grain quality (grain dimension and percentage of grains with chalkiness) in rice; moreover, ILs carrying these QTLs constitute good candidates for future fine mapping and positional cloning projects.     

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.