黄淮麦区小麦品种(系)产量性状与分子标记的关联分析

为了获得与小麦产量性状关联的分子标记,筛选相关标记的等位变异,以128份黄淮麦区小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定产量性状,并选用在小麦全基因组21条染色体上的64个SSR标记、27个EST-SSR标记和47个功能标记检测所有材料的基因型。91个SSR和EST-SSR标记共检测到315个等位变异,单个引物检测到2~7个等位变异,平均3.5个;47个功能标记共检测到107个等位变异,单个引物检测到2~5个等位变异,平均2.3个。关联分析表明,49个位点与4个环境的产量性状及其均值显著关联(P≤0.005),其中38个位点在2个或以上环境或均值下被重复验证,16个位点与2个或以上性状相关联。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如降低株高的等位变异Ax2*-null和UMN19*-A362,增加穗长的等位变异barc21-A220,增加可育小穗数的等位变异gpw2111-A156,增加总小穗数的等位变异swes65-A120,增加穗数的等位变异VRN-A1*-A1068,增加穗粒数的等位变异cfd5-A215和增加千粒重的等位变异wmc626-A170。研究结果对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有一定的指导意义。     

两个低谷蛋白基因插入缺失标记的设计与验证

低谷蛋白稻米是肾脏病人极有效的食疗辅助品,培育低谷蛋白功能性水稻品种具有重大意义。低谷蛋白基因Lgc1作为培育低谷蛋白功能性水稻品种的优质资源,受到了育种家的青睐。为提高低谷蛋白基因Lgc1分子标记辅助选择的准确性,我们根据其突变体在两个谷蛋白基因GluB4和GluB5间的碱基缺失,设计出了Lgc1基因的插入缺失标记InDel-Lgc1-A和InDel-Lgc1-B。利用InDel标记对W3660(Lgc1低谷蛋白品种)/南粳46(谷蛋白正常品种)的F2分离群体和13份水稻品种进行检测验证。依据其PCR扩增产物的电泳带型,可准确地区分出低谷蛋白纯合基因、谷蛋白正常纯合基因和杂合基因型3种带型,且3种带型与其植株或品种相应的蛋白性状表现完全一致,表明这两对InDel标记可用于Lgc1低谷蛋白基因资源的鉴定以及分子辅助育种。     

红粒小麦Tamyb10单倍型检测及其与穗发芽抗性的关系

穗发芽是影响小麦品质和产量的重要因素之一,通常红粒小麦比白粒小麦具有较高的穗发芽抗性。转录因子Tamyb10是R-1基因的强候选基因,其表达与否和表达水平决定小麦籽粒颜色。为阐明Tamyb10单倍型与红粒小麦穗发芽抗性的关系,利用已开发的Tamyb10基因分子标记,检测119份来自不同麦区的红粒小麦材料,发现Tamyb10基因(Tamyb10-A1、Tamyb10-B1和Tamyb10-D1位点)可分成7类单倍型,分别是baa、aba、bba、aab、bab、abb和bbb。Tamyb10-D1对穗发芽抗性影响最大,Tamyb10-B1次之,Tamyb10-A1作用最小。Tamyb10单倍型没有明显的地域分布特点,但在东北春麦区,Tamyb10单倍型bbb与红粒品种的高穗发芽抗性相关。     

小麦旗叶宽相关基因TaNAL1-5的克隆与功能分析

叶片是植物进行光合作用的主要器官,与植物形态建成有重要关系。旗叶的大小及其与茎杆的夹角直接影响到小麦植株的受光,从而影响到小麦的产量水平。本研究利用比较基因组学的方法,以水稻重要叶宽基因Os NAL1为参考序列在小麦中克隆其同源基因TaNAL1-5,挖掘其优良等位变异并研究其对旗叶宽等重要农艺性状的影响。结果表明,小麦TaNAL1-5A、TaNAL1-5B和TaNAL1-5D基因均由5个外显子和4个内含子组成,TaNAL1-5A和TaNAL1-5B编码600个氨基酸,TaNAL1-5D编码598个氨基酸,具有典型的半胱氨酸/丝氨酸胰蛋白酶结构域。系统进化树分析发现小麦TaNAL1-5基因与乌拉尔图小麦、粗山羊草、二穗短柄草等单子叶植物亲缘关系较近,而与拟南芥、大豆等双子叶植物亲缘关系较远。在不同小麦品种中,TaNAL1-5B/5D没有检测到序列多态性,而TaNAL1-5A呈现单体型的9个SNP位点和一个19 bp Indel的两种等位变异,并根据19 bp的Indel设计了TaNAL1-5A两种等位变异的功能标记。功能标记扫描发现,TaNAL1-5A与小麦旗叶宽度、千粒重、小穗数呈极显著正相关。此外,基因表达分析显示TaNAL1-5基因在籽粒、根、茎、叶、穗、穗下节等部位均表达,且在开花后25天即灌浆高峰期表达量最高,可能参与了籽粒的形成过程。本研究有助于解析小麦旗叶形成的遗传控制及株型改良。     

水稻粒形基因GW8 的功能标记开发和单体型鉴定

水稻粒形性状包含粒长、粒宽、粒厚和长宽比, 是一类影响水稻产量和品质的重要性状。基于基因GW8序列分析, 在该基因启动子区10 bp的Indel和第3外显子A/C和T/G的2个变异位点分别开发了功能标记, 并将其用于294份水稻微核心种质和2007-2013年江苏省审定的65份粳稻品种的基因型鉴定。研究结果表明这3个变异位点的等位变异对主要的粒形性状有着显著或极显著的影响; 其在水稻微核心种质存在的8种单体型对水稻粒形性状有着极显著的影响, 其中分别有126、85和58个代表品种的Hap3、Hap6和Hap1是最主要的单体型, 单体型Hap7对应水稻籽粒的粒长最长、长宽比最大、千粒重最大; 而江苏省审定的粳稻品种中仅发现分别有63个和2个代表品种的单体型是Hap6和Hap2。这些研究结果为水稻产量和品质育种中充分利用基因GW8的优异等位基因或单体型奠定了基础。     

河北省小麦重要农艺性状的KASP标记检测

为了将分子标记技术尽快应用到小麦育种工作中,利用高通量KASP (Kompetitive allele specific PCR)标记检测了河北省153份审定小麦品种的光周期、春化、株高、粒重、穗发芽、抗旱和抗病相关基因。结果表明在Ppd-B1和Ppd-D1光周期位点分别检测到24个和5个光周期不敏感品种。Vrn-D1b春化基因占比45.1%,Vrn-A1位点3个标记检测春化基因占比分别是0.7%,6.5%和6.5%。株高基因中Rht-B1位点2个标记检测矮杆基因占比分别是41.2%和7.2%,Rht-D1b矮杆基因占比35.9%。TaSus2-2B、TaGs3-D1、TaCKX-D1、TaGASR7-A1、TaCwi-4A、TaCwi-5D、TaMoc-A1和TaTGW6是与粒重有关的8个基因,优异等位变异占比分别是22.9%、58.8%、57.5%、7.2%、66.0%、100%、29.4%和89.5%。控制穗发芽基因TaPHS1、TaMFT-A1和TaVp1B1各开发2个KASP标记,检测抗穗发芽基因占比分别是54.9%和53.6%、64.7%和89.5%、56.2%和2.6%,控制穗发芽基因TaSdr-B1位点优异等位变异占比25.5%。两个与抗旱相关的基因TaDREB-B1和Ta1-feh w3优异等位变异占比分别是49.0%和39.9%。抗叶锈病基因Lr14a和Lr68优异等位变异占比分别是41.8%和26.8%;Lr34基因开发了2个KASP标记,仅一个标记检测Lr34抗性基因,占比0.7%;Lr15抗条锈病基因占比2.0%;Fhb抗赤霉病基因占比3.9%;抗小麦黄斑叶枯病基因Tsn1占比63.4%。综上所述,KASP标记高效检测小麦重要农艺性状的优异等位变异,在河北省小麦重要农艺性状改良方面将有良好的应用前景。     

基于大豆胞囊线虫病抗性候选基因rhg1的InDel标记开发与鉴定

大豆胞囊线虫病是严重危害大豆生产的重要病害之一,根据抗病候选基因开发标记可为分子标记辅助选择抗病材料提供标记资源.本研究通过对大豆胞囊线虫抗性候选基因rhg1的序列比对分析,发现4个插入/删除位点,针对其中3个多碱基插入/缺失位点开发了InDel标记.应用开发的3个InDel标记对33份栽培大豆进行基因型鉴定,共检测到等位变异11个,平均每个位点3.67个.其中rhg1-I1位点有等位变异5个,rhg1-I2位点有等位变异2个;rhg1-I4位点有等位变异4个.各等位变异发生频率范围为0.8%～77.3%.InDel标记与大豆胞囊线虫抗性间的关联分析表明,rhg1-14为抗性相关标记,对抗病资源的检出效率为88.2%,对感病资源的检出效率为100%.该标记的288 bp等位变异和294 bp等位变异为抗病相关等位变异,269 bp等位变异和272 bp等位变异为感病相关等位变异.此标记与常用于标记辅助选择的Satt309配合鉴定可以提高SCN抗病资源的检测效率.     

基于大豆胞囊线虫抗病候选基因rhg1的InDe1标记发掘与鉴定

大豆胞囊线虫病是严重危害大豆生产的重要病害之一,根据抗病候选基因发掘标记可以为分子标记辅助选择抗病材料提供标记资源。本研究通过对大豆胞囊线虫抗病候选基因rhg1的序列比对分析,发现4个插入/删除位点,针对其中3个多碱基插入/缺失位点开发了InDel标记。应用开发的3个InDel标记对33份栽培大豆进行基因型鉴定,共检测到等位变异11个,平均每个位点3.67个。其中rhg1-I1位点有等位变异5个,rhg1-I2位点有等位变异2个;rhg1-I4位点有等位变异4个。各等位变异发生频率范围为0.8%~77.3%。InDel标记与大豆胞囊线虫抗性间的关联分析表明,rhg1-I4为抗性相关标记,对抗病资源的检出效率为88.2%,对感病资源的检出效率为100%。该标记的288 bp等位变异和294 bp等位变异为抗病相关等位变异,269 bp等位变异和272 bp等位变异为感病相关等位变异。此标记与常用于标记辅助选择的Satt309配合鉴定可以提高SCN抗病资源的检测效率。     

基于转录组数据的三雌蕊小麦中SNP/InDel位点的挖掘

为了进一步定位Pis1基因,加快小麦的分子标记辅助育种工作,获得高质、高产、稳产的小麦品种。以川麦28(CM28)与其三雌蕊近等基因系CM28TP为研究材料,对CM28和CM28TP幼穗的3个阶段(幼穗长度为0.2～0.5 cm, 0.5～0.7 cm, 0.7～1.0 cm)进行转录组测序,然后通过GO数据库对变异位点所在的基因进行分类分析,并选取4个位于Pis1基因附近的SNP标记进行验证。结果表明,CM28TP和CM28幼穗3个阶段共有的SNP/InDel位点为5 310个,其中SNP位点5 024个,InDel位点286个。SNP位点中转换类型(63.33%)多于颠换类型(31.28%),两者的比值达到了2.02;InDel位点中插入类型(152个)多于缺失类型(134个);SNP/InDel位点在A基因组上分布最多、其次是B基因组、D基因组上最少。对SNP/InDel所在的基因进行GO分类注释表明,生物学进程中基因的占比最高,其次是细胞组分和分子功能。SNP/InDel位点对蛋白质功能的影响预测表明,有36个变异位点会严重影响蛋白质功能,中度影响蛋白质功能的位点有1 279个。从Pis1基因的定位区间附近筛选了4个SNP位点进行PCR扩增和测序验证,发现这4个位点与RNA-Seq分析结果一致,这表明挖掘出的SNP/InDel位点是准确的。本研究丰富了小麦中的SNP/InDel标记,为小麦高密度遗传图谱构建、基因定位和分子标记辅助选择育种奠定了基础,同时开发出的4个位于Pis1基因附近的SNP标记,为图位克隆该基因提供了可能。     

空间诱变水稻品系T2的稻瘟病抗性分析及抗病基因定位

为了弄清水稻空间诱变稻瘟病抗性变异遗传机理,以一个空间诱变抗稻瘟病突变体T2为研究对象,采取抗谱测定,遗传分析及基因定位等方法,结果发现:2013年晚造T2抗谱达到90.6%,高于部分广东主栽品种;遗传分析表明,其对GD0193的抗性由1个显性主效基因控制,暂命名为PiTH;并通过SSR和InDel标记将该基因定位于水稻11号染色体SSR标记T5与InDel标记K10之间约1.63cM的遗传区域内。目前,该位点包含Pik抗病基因簇,因抗性差异,PiTH可能为该位点一新基因。     

分子标记辅助选择籼型直立恢复系

直立型密穗基因是水稻中与株型密切相关的基因,对作物高产分子育种有重要应用价值.为了培育直立密穗型的籼稻新品种,本研究以优良籼稻品种东南恢602(弯穗型)做母本,具有直立型密穗基因的近等基因系DW135为父本配置杂交组合.根据直立型密穗基因dep1在第5外显子上碱基缺失,筛选出一个插入缺失长度多态性(Insertion ...     

应用SSR标记定位水稻再生力和再生产量及其构成的QTL

用两个籼稻品种明恢86和佳辐占为亲本建立的F2群体及相应的SSR分子标记连锁图,对水稻再生力和再生产量及其构成的基因进行了定位。结果定位了影响水稻再生力(再生穗数)的1个QTL,影响再生产量的1个QTL和影响产量构成的2个QTL,各QTL的加性效应均来自亲本明恢86,起增效作用。影响水稻再生穗数、结实率和单株产量的QTL位于同一染色体的相同区段上,且加性效应方向相同,这很好地解释了再生穗数与单株产量、结实率呈极显著正相关的关系。     

两种穗型粳稻穗上不同粒位籽粒几个营养和蒸煮品质性状的比较分析

选用典型的直立穗型和弯曲穗型粳稻品种, 研究了穗上不同粒位籽粒的几个重要营养和蒸煮品质性状差异及其分布特点。结果表明, 穗型特征与蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值高低无直接必然的联系, 但是对穗不同部位间这些指标及其粒位顺序有较大影响。对3个直立穗型品种而言, 蛋白质含量、直链淀粉含量表现为穗下部＞中部＞上部, 食味值则相反, 而对3个弯曲穗型品种而言, 蛋白质含量、直链淀粉含量的表现规律不明显, 食味值表现为穗上部＞中部＞下部; 同一稻穗不同枝梗间相比, 着生在二次枝梗上的稻米蛋白质含量相对较高、直链淀粉含量和食味值相对较低, 而着生在一次枝梗上的稻米蛋白质含量相对较低、直链淀粉含量和食味值相对较高; 同一枝梗间的不同着粒部位相比, 下部二次枝梗第2、3粒位的蛋白质含量较高、食味值较低, 中上部一次枝梗1~6粒位的蛋白质含量较低、食味值较高, 而直链淀粉含量在粒位间规律不明显; 直立穗型品种单一稻穗不同粒位间的差异大于弯曲穗型品种, 其主要原因可能是直立穗型品种着粒密度过大。     

油菜素内酯代谢相关基因BAS1等位变异影响小麦籽粒密度及粒重表型

BAS1(phy B activation-tagged suppressor1)是调控油菜素内酯活性的关键基因。本研究利用由和尚麦和豫麦8679杂交后代构建的RIL群体(包括129个家系),研究了BAS1和小麦千粒重、籽粒密度两个产量性状的关系。结果表明BAS1基因位点等位变异对千粒重和籽粒密度具有显著的影响,B型等位基因的家系其千粒重和籽粒密度均值均显著高于A型等位基因的家系。相关分析表明,BAS1位点等位变异分别与千粒重和籽粒密度呈显著(0.178*)和极显著(0.327***)正相关。研究结果揭示了BAS1基因位点等位变异与小麦粒重、籽粒密度间的密切联系,这对解释小麦产量形成机制及其指导高产育种具有重要的意义。     

辽宁水稻穗型分类及其与产量和品质的关系

以辽宁省近年来育成的40个水稻品种为试材,研究了穗部性状的品种间差异、穗型分类方法及其与穗部性状、产量和品质的关系。结果表明,调查的13项穗部性状的品种间差异均达到极显著水平;以单穗重、着粒密度、穗直立程度和穗型指数为指标,分别将试材划分为重、中、轻,密、中、稀,直、半、弯,上、中、下4类各3种穗型;总体看重穗型有与密穗型相对应的趋势,共同特点是穗数少而一次枝梗数和每穗粒数多,着粒密度大,二次枝梗粒数及其占每穗粒数的比率（二次粒率）高,结实性特别是二次枝梗结实性差,因而产量潜力较高但是品质较差;直立穗型与重穗型和密穗型的对应关系不如前两者之间明显,在穗数、一次枝梗数、每穗粒数、着粒密度等方面与重穗型和密穗型相似,但是二次粒率低,结实率高,加工品质、外观品质和食味品质都优于重穗型和密穗型;上部优势型在结实性和品质性状上有明显优势,但是产量较低。因此,直立穗型与上部优势型相结合将有利于北方粳稻产量和品质的协调统一。     

IRRI新株型稻每穗颖花数与茎秆性状的遗传相关和通径分析

对IRRI25个新株型稻品种的每穗颖花数与10个茎秆性状进行相关和通径分析，结果表明：每穗颖花数与第1、2、4节间、长、茎粗、秆型指数和着粒密度呈显著或极显著的相关关系，且这些性状对每穗颖花数的通径系数也较大，在育种上，要提高每穗颖花数需要增加第1、2节间长度、茎粗、秆型指数，缩短第4、5节间长度。     

几个不同穗型水稻品种籽粒灌浆特性的研究

为了揭示直立大穗型水稻品种穗上不同粒位籽粒的灌浆特性,以沈农265等5个不同穗型水稻品种为材料进行田间试验,用Richards方程W=A/(1+Be^-bt)^1/N对不同粒位籽粒的灌浆过程进行统计回归分析。结果表明,不同穗型品种不同粒位籽粒灌浆特性存在较大差异,直立穗型品种沈农265差异最大,相对一次枝梗籽粒和上部二次枝梗籽粒而言,中下部二次枝梗籽粒灌浆峰值低且达到峰值的时间晚,但是达到峰值后下降缓慢,因此籽粒增重曲线接近直线,最终粒重也与其他粒位接近。可见尽管供试的直立大穗型品种不同粒位籽粒灌浆存在比较激烈的竞争,但是中部和下部二次枝梗籽粒完全可以正常充实。     

小麦籽粒休眠Vp1-B1基因的等位变异检测与分离

Vp1基因是控制籽粒休眠性的重要基因之一,检测该基因的等位变异类型,可以进一步理解籽粒休眠以及穗发芽抗性的遗传控制机理.本文根据GenBank中小麦Vp1-B1基因序列设计特异引物检测我国小麦微核心种质以及地方品种和推广品种,结果表明,本研究除了发现已报道的3种等位变异类型,分别为Vp1-B1a、Vp1-B1b和Vp1-B1c,另外检测到一种新的变异类型,暂命名为Vp1-B1x.经改良的变性PAGE凝胶电泳检测以及序列比对分析表明,Vp1-B1x与Vp1-B1c基因的序列相似性最高,达99%;其在第3内含子区域发生"ATAT"4个碱基的插入以及4个SNP,但是该等位类型在所检测的品种中分布较少,其与籽粒休眠水平及穗发芽抗性之间的关系尚待进一步验证.     

不同穗型水稻品种剑叶光合速率、产量及品质的差异

旨在探明穗型对水稻产量和品质的影响。以半直立穗型‘新稻22’和弯曲穗型‘黄金晴’水稻品种为材料,在不同氮肥处理下研究其叶片光合、产量和品质的差异。结果表明,不同氮肥处理下水稻剑叶光合速率随生育进程均呈先降低后升高再下降的变化趋势,灌浆初期,两穗型品种光合速率均显著下降,弯曲穗型下降幅度明显高于半直立穗型穗型,平均下降幅度分别为54.93%、19.37%;最大光合速率表现为半直立穗型高于弯曲穗型,平均高7.46%。半直立穗型产量高于弯曲穗型,且达到最高产量生产力的氮素水平不同,半直立穗型在225 kg/hm²氮素处理达最大,弯曲穗型在262.5 kg/hm²氮素处理达最大。糙米率和精米率,半直立穗型高于弯曲穗型,而同一类型不同氮肥处理间差异较小;垩白粒率和垩白度,弯曲穗型显著高于半直立穗型;食味值,弯曲穗型低于半直立穗型。说明弯曲穗型水稻外观和口感均劣于半直立穗型。以上结果综合表明,半直立穗型需氮量低、及产量和品质优于弯曲穗型,半直立穗型可以作为水稻株型育种的主要形态指标,并通过减氮栽培可以实现产量和品质的协同提高。