水稻耐盐性和耐碱性相关性状的QTL定位及环境互作分析

【目的】探索水稻在盐和碱胁迫下产量相关性状的变化规律,寻找耐盐碱主效QTL,并分析QTL加性、上位性与环境互作效应。揭示单株有效穗数、结实率、千粒重和单株穗重在盐、碱胁迫下的遗传机制,为水稻耐盐碱性分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以东农425和长白10号杂交得到的重组自交系为材料,构建包含120个SSR标记的遗传连锁图。以浓度6 ds·m-1的Na Cl水溶液,pH9.0的Na2CO3水溶液进行全生育期处理,正常水灌溉为对照。对2014年和2015年盐、碱胁迫和自然条件下水稻的单株有效穗数、结实率、千粒重和单株穗重分别采用2种作图方法同时定位研究,即完备区间作图法进行加性QTL定位和混合线性模型的复合区间作图法进行加性、上位性QTL与环境互作联合分析。【结果】2014年和2015年碱胁迫条件下与盐胁迫条件下各性状表型值相比,耐碱相关性状降低较明显,表明水稻对碱胁迫更为敏感,碱胁迫更大程度地限制了高产和稳产。并且2年的碱胁迫条件下各性状与盐胁迫条件下各性状均未表现出显著相关性。水稻在耐盐性和耐碱性上可能存在遗传机制上的差异。运用ICIM共检测到61个水稻耐盐碱相关性状加性效应QTL,分布在第1、2、3、4、5、6、7、8、10、11和12染色体上。运用MCIM在6个环境下进行加性及环境互作效应的联合定位分析,共检测到17个加性QTL存在环境互作效应,分布在第1、3、5、7、8、9、11和12染色体上。其中,运用ICIM同时在自然条件和盐胁迫条件下2年重复检测到q PN1-1,仅在碱胁迫下2年重复检测到q PN11-2,同时在盐胁迫和碱胁迫条件下2年重复检测到q PN3-3,在盐胁迫与自然条件比值下2年重复检测到q RPN1-1,仅在自然条件下2年重复检测到q GW7和同时在盐、碱胁迫和自然条件下2年重复检测到q PW11均被MCIM检测到。q PW11是1个新的耐盐碱QTL,其贡献率为7.94%—20.13%。运用MCIM对水稻耐盐碱相关性状在6个环境下进行上位性与环境互作效应分析,共检测到13对上位性QTL与环境发生互作效应。检测到2对有关单株有效穗数的上位性QTL与环境互作,检测到2对胁迫与自然条件比值下单株有效穗数的上位性QTL与环境互作;检测到2对有关结实率的上位性QTL与环境互作,检测到2对胁迫与自然条件比值下结实率的上位性QTL与环境互作;检测到1对有关千粒重的上位性QTL与环境互作,检测到1对胁迫与自然条件比值下千粒重的上位性QTL与环境互作;检测到3对有关单株穗重的上位性QTL与环境互作。【结论】盐胁迫和碱胁迫都能影响水稻的产量相关性状,但二者是性质有所差别的2种胁迫,碱胁迫破坏更强,降低产量更明显。     

玉米株型相关性状的QTL定位与分析

在构建207个SSR标记的遗传连锁图谱基础上,以自交系N6和BT-1为亲本组配了包含250个家系的F8重组自交系(RIL)群体,对玉米株高等7个株型相关性状进行QTL分析.结果表明:株高和叶面积均检测到6个QTL,穗位高、穗位高/株高、穗上叶片数均检测到5个OTL,叶片数检测到4个QTL,穗上叶片数/叶片数检测到7个QTL.7个株型相关性状QTL的上位性效应分析,都检测到了加性x加性上位性互作效应,上位性QTL也是株型相关性状的重要遗传基础.研究还发现,有16个影响不同性状的QTL位于染色体上相同的标记区间内,表现出了成簇分布的特性.     

水稻叶绿素含量的QTL及其与环境互作分析

 研究的主要目的是通过QTL分析对水稻叶片叶绿素含量进行遗传剖析。应用由247个株系组成的珍汕97B/密阳46重组自交系群体及其含207个分子标记的连锁图谱。分别在2002年和2003年考察亲本和重组自交系群体剑叶、倒二叶、倒三叶叶绿素a和b的含量，采用QTL Mapper 1.6统计软件进行QTL定位、上位性分析及其与环境的互作效应分析。在4个标记区间共检测到控制不同叶位叶绿素a、b含量的8个QTL，单个QTL的表型变异贡献率为1.96% 9.77%，其中2个QTL与环境之间存在显著互作；检测到9对影响叶绿素a、b含量的加性 加性上位性互作，其中1对具有显著的上位性 环境互作效应。与该群体产量性状QTL的研究结果相比较，发现每个产量性状都有QTL与控制叶绿素含量的QTL位于相同的染色体标记区间。     

水稻籼粳交DH群体产量相关性状的QTL定位和上位性分析

利用籼粳交组合Nanjing 11号×Balilla创建的F1代DH群体,应用Joinmap 3.0作图软件构建一张含有136个标记(10个STS、22个CAPs和104个SSR)的连锁图,检测产量相关性状的具有加性和上位性效应的数量性状位点(QTL)。考察132个DH株系产量相关的6个性状,通过基于混合线性模型的软件QTLmapper 1.0,共检测到分布在12条染色体上的50个数量性状位点(QTL),其中7个QTL仅具有加性效应,3个QTL既有加性效应又参与上位性效应的形成,40个QTL仅具有上位性效应。在加性和上位性效应中,各QTL贡献率差异较大,变幅为3.87％～24.62％。结果表明:贡献率较大的QTL在不同群体和环境中能够稳定表达,相关性状QTL的位置往往集中在染色体上相同或相近的区域,呈成簇分布。     

水稻再生力与产量性状的QTL分析

以‘日本晴’与‘泸恢99’及其构建的RIL群体的188个家系为研究对象,构建了含207个分子标记的遗传连锁图谱,对同一地点两年再生力及6个产量相关性状进行了基因定位。7个性状共检测到20个QTL,分布于除4、6、10、11号染色体外的8条染色体上,单个QTL的贡献率为0.01%~13.85%,单个性状QTL个数为1到6个。其中再生力QTL3个,位于第7、8染色体上,贡献率3.4%~5.39%。7个性状共检测到4对加性上位性互作效应,但均不显著。单株产量、每穗颖花数、每穗实粒数检测到了较明显的环境互作效应。再生力与单株有效穗存在显著的负相关。     

小麦幼苗根系性状的QTL分析

 以小麦DH群体（旱选10号×鲁麦14）为材料，在水分胁迫及非胁迫两种条件下考察水培幼苗的单株根数、最大根长、根鲜重、根干重、根茎鲜重比及根茎干重比等根系性状。应用基于混合线性模型的复合区间作图法分析幼苗根系性状的QTL，以及基因与环境的互作。共检测到11个加性效应QTL和15对上位性互作QTL，分布在除5A、4B、2D、6D和7D以外的所有染色体上。其中3个加性效应QTL和2对上位性效应QTL控制根数；3个加性效应QTL和3对上位性效应QTL控制最大根长；2个加性效应QTL和2对上位性效应QTL控制根鲜重；2个加性效应QTL和3对上位性效应QTL影响根干重；2对上位性效应QTL控制根茎鲜重比；1个加性效应QTL和3对上位性效应QTL与根茎干重比有关。同时还分别检测到1个加性效应QTL、3对上位性效应QTL与水分环境的互作效应。对应用分子标记辅助选择幼苗抗旱优良根系性状的可能性进行了讨论。     

利用水、旱稻DH系定位产量性状的QTL及其环境互作分析

 为研究水、旱栽培条件对水稻产量及其构成因素QTL表达的影响，以粳型陆稻IRAT109和粳型水稻越富杂交的116个株系的DH群体为材料，利用已构建的水稻分子连锁图（其中94个RFLP标记和71个SSR标记），在水田、旱田栽培条件下，定位了千粒重、结实率、有效穗数、穗粒数及单株产量等性状的QTL。结果表明，水田条件共检测到11个加性QTL和13对上位性QTL，旱田条件下检测到18个加性QTL和17对上位性QTL，其中控制千粒重的2个加性QTL和1对上位性QTL及控制有效穗数的1个加性QTL在水田、旱田条件下都检测到。 检测到11个控制产量性状QTL区域存在一因多效或紧密连锁,其中3个区域也是控制根系性状QTL的热点区。 发现8个加性QTL和8对上位性QTL对表型变异贡献率（以下简称贡献率）大于10％（其中4个加性QTL和5对上位性QTL为旱田条件下检测到），这些高贡献率QTL特别是旱田条件下的高贡献率QTL对旱稻产量性状分子育种具有一定的指导作用。     

籼粳杂交不同衍生世代产量相关性状基因型×环境互作效应研究

采用包括基因型×环境互作效应的加性-显性遗传模型（AD模型）,分析了水稻籼粳杂交不同选育阶段衍生系产量相关性状的遗传表现规律。结果表明,所测定各产量相关性状中普遍存在着遗传主效应,且也普遍存在基因型×环境互作效应。其中,衍生一代的播抽天数和千粒重性状以加性效应为主,其余7个性状以显性效应为主;衍生二代的单株谷重、结实率和千粒重性状以显性效应为主,其余6个性状则以加性效应为主;衍生四代的单株谷重、结实率、株高和穗长性状以显性效应为主,其余5个性状以加性效应为主。基因型×环境互作分析表明,除衍生一代的单株谷重、单株有效穗数、每穗实粒数性状和衍生二代的播抽天数、单株有效穗数、每穗总粒数性状以及衍生四代的单株有效穗数、每穗总粒数和每穗实粒数性状没有检测到加性×环境互作效应外,其余性状均存在加性×环境互作效应。此外,不同衍生世代各产量相关性状均存在着显性×环境互作效应。     

水稻功能叶相关性状的遗传分析

利用由小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交系,测定福建省武夷山和莆田环境下籽粒灌浆期功能叶性状,并进行QTL定位及环境互作分析.结果表明,2种环境下共检测到35个加性QTL,位于1、2、5、6、7、11、12号染色体上,表型变异贡献率为0.66%-56.75%;检测到12个位点存在显著的加性×环境互作效应,位于1、2、6、11号染色体上,表型变异贡献率为1.45%-12.05%;莆田环境下,检测到7对加加上位性QTL位点,表型变异贡献率为0-15.64%.     

不同环境下多个玉米穗部性状的QTL分析

 【目的】探讨穗部性状之间的相互关系及其遗传机制。【方法】以优良玉米自交系黄早四为共同亲本,分别与掖478和齐319杂交,构建两套F2:3群体为研究材料(分别缩写为Y/H和Q/H),在2007年和2008年分别在北京、河南、新疆等3个地点共6个环境下进行了穗长、穗粗、穗行数和穗粒重4个性状的表型鉴定,采用单环境分析和多年多点的联合分析方法对其进行了数量性状位点(QTL)分析。【结果】在单环境分析中,2个群体分别检测到33个QTL和 46个QTL,主要分布在第4、5、6、7、10染色体上。进一步分析发现,在Y/H群体中共定位到4个环境钝感的QTL(即在2或2以上环境下均能被检测到的QTL,且在联合分析中与环境无互作效应),其中以位于第4、5染色体上的qGW1-4-1、qKRE1-5-1对表型的贡献率最大,在不同的环境中对表型的贡献率均大于10%;在Q/H群体中共定位到6个环境钝感的QTL,其中以qKRE2-3-2、qED2-2-1对表型的贡献率最大,分别解释7.23%—18.3%和7.1%—15.6%表型变异。通过多个环境的联合分析,Y/H和Q/H群体分别检测到2个和6个QTL与环境存在显著互作,且以穗粒重与环境互作的QTL最多,而其它性状的大部分QTL与环境的互作效应不显著。上位性分析结果表明,只有少数几个显著QTL位点参与上位性互作,而大部分上位性QTL为非显著位点间的互作,对表型的贡献率较小。比较分析2个群体的QTL定位结果,在2个群体间共检测到4对共有QTL,分别与穗粒重和穗行数相关,位于bin1.10、bin5.05、bin6.05和bin7.02。【结论】这些在不同环境或不同遗传背景下检测到的QTL,可作为穗部性状改良的候选染色体区段,用于分子标记辅助选择或图位克隆,但是同时也要注意上位性和环境对它们的影响。