作物数量遗传研究回顾与展望

数量遗传学是遗传学的重要分支,是进化研究和动植物育种的重要理论基础.扬州大学数量遗传研究室长期从事作物数量性状遗传分析方法和应用研究工作.系统综述了该团队30余年来在三倍体胚乳性状数量遗传模型和分析方法、作物质量-数量性状遗传分析方法、数量性状基因定位方法以及作物全基因组选择育种模型构建和分析方法等方面的研究进展,并对后基因组时代的数量遗传研究进行了展望.     

苏麦3号抗赤霉病性的主基因+多基因混合模型分析

应用植物数量性状主基因＋多基因混合遗传模型对苏麦3号（抗病亲本）与白免3号（感病亲本）杂交组合的RIL群体进行了小麦赤霉病抗性的遗传分析。结果表明,苏麦3号×白免3号重组自交系群体的小麦赤霉病抗性符合3对主基因＋多基因控制的加性-上位性模型（G-1模型）,主基因遗传率为75％左右,主基因间的互作效应也较显著,而且与主基因的加性效应相反,使赤霉病抗性减弱;赤霉病抗性的多基因效应较大,但其遗传率很小。因此在抗赤霉病育种时不仅要考虑基因间的加性效应,也要注意基因间的互作,同时也要加强微效多基因的效应累加。     

小麦纹枯病抗性的主基因+多基因遗传分析

利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传分离分析方法,对CI12633×扬麦158重组自交系群体的纹枯病抗性资料进行了抗性遗传分析。结果表明,小麦纹枯病抗性受2对连锁主基因+多基因控制,主基因间存在累加作用,2个主基因间的重组交换值在0.31和0.39之间。小麦纹枯病抗性主基因遗传率在49.01%和58.07%之间,主基因加性效应在-1.19和-6.75之间,主基因互作效应在2.90和4.79之间。因此,在育种实践中,既要重视主基因的加性效应,又要重视基因间的互作。     

植物多基因转化研究进展

随着植物基因工程和分子生物学研究的深入,植物遗传改良手段不断创新。在植物转基因方面,单个目的基因的转化已经不足以满足植物改良的需要,尤其是对一些代谢途径或数量性状的遗传修饰,多基因转化研究应运而生,并迅速发展。以烟草、水稻、玉米 等几种高等植物为例,概述了利用农杆菌介导法和基因枪介导法开展多基因转化的进展,以及存在的问题,展望了今后的发展方向,可为小麦等主要农作物多基因转化提供参考,促进转基因作物新品种培育。     

花生子仁长宽及单仁重的遗传分析

本研究以栽培种花生品系05D677与品种中花12号为亲本材料,正反交构建2个F_2分离群体,根据主基因+多基因分离分析方法,进行子仁性状遗传分析。结果表明:2个F_2群体中花生子仁的仁长、仁宽及单仁重均存在广泛变异,表现出超亲遗传现象,且子仁性状频次均呈正态分布,具有数量性状特征,符合主基因+多基因遗传特点。仁长在2个F_2群体中均符合3对主基因控制的加性-上位性遗传模型,其遗传率分别为80.0%和76.8%;仁宽符合1对具有加性效应的主基因+多基因混合遗传模型或2对具有显性上位效应的主基因+多基因混合遗传模型,主基因遗传率分别为2.0%、15.6%;单仁重符合具有完全等加性效应的主基因遗传模型或3对具有加性-上位性效应主基因遗传模型,主基因遗传率分别为52.0%、92.6%。     

忻粱52×美引-251杂交组合F2代群体产量性状遗传分析

将粒用高粱品种忻粱52和苏丹草品系美引-251杂交,对F₂代群体的穗长、穗重、百粒重、着壳率通过主-多基因分析方法进行数量遗传分析,得到最适遗传模型。结果表明,穗长符合Model A₀,是由微效多基因控制的数量遗传性状,穗重、百粒重、着壳率均符合Model B₁,且受两对主基因控制,属于加性-显性-上位性混合遗传模型,主基因遗传率分别为66.81%、40.37%、89.11%,由此可知穗重和着壳率遗传率较高,受环境影响较小且可稳定遗传;而百粒重遗传率较低,所以该性状易受环境的影响,应在高代进行选育。通过对群体各产量性状的测量和数据分析,以及估算各性状主基因遗传率,为今后高粱育种工作提供参考。     

色素万寿菊W217花瓣中叶黄素含量的遗传分析

利用主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法,对万寿菊W217×W203组合的P1、P2、F1、B1、B2和F2共6个世代的叶黄素含量进行遗传分析。结果表明,色素万寿菊叶黄素含量性状最优遗传模型为两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因遗传模型,以主基因遗传效应为主,多基因效应为辅。主基因加性效应、显性效应和上位性效应作用很大,在B1群体中主基因遗传率为78.47%,B2群体中主基因遗传率为86.86%、多基因遗传率11.77%,F2群体中主基因遗传率为60.82%、多基因遗传率38.42%。可见,色素万寿菊叶黄素含量性状遗传变异中主基因作用大于多基因作用。     

甘蓝型油菜含油量的主基因+多基因遗传分析

应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法,研究了甘蓝型油菜1064-3×H105(组合Ⅰ)和1064-4×H134(组合 Ⅱ)的P1、P2、F1、B1、B2和F2 6个世代含油量的遗传.含油量次数分布显示2个组合的B1、B2和F2群体均呈连续分布且显示多峰,呈明显的主基因+多基因遗传的特征.遗传分析结果表明:2个组合的最佳遗传模型均为D-2模型,即一对加性主基因+加-显性多基因混合模型.2个组合中,广义遗传率为47.87%～65.13%,平均为53.70%;而环境变异占表型变异的34.87%～52.13%,平均为46.30%,可见油菜含油量性状受基因型和环境双重影响.2个组合中,多基因遗传率为15.22%～60.41%,平均为45.32%;而主基因遗传率为2.26%～33.10%,平均为8.38%,表明含油量的遗传体系中,微效多基因的遗传贡献占主要部分,高含油量育种应在高世代进行选择.     

水稻单穗质量和千粒质量的遗传分析

选择单穗质量和千粒质量较小的亲本CB1和CB7与较大的亲本CB4配制CB1×CB4和CB7×CB4组合,建立了相应的P1、F1、P2、B1、B2、F2群体,将其分为中、晚2个生产季节种植,考察了穗质量与粒质量性状.利用主基因+多基因混合遗传模型理论的Akaike信息准则(AIC)在B1、B2、F2代中鉴定影响数量性状的主基因存在与否,主基因存在时通过分离分析估计主基因和微效基因的遗传效应及所占总变异的分量.结果表明:单穗质量在所有B1、B2、F2中均符合1对主基因+多基因模型模式;主基因遗传率为58.06%～75.60%,多基因遗传率为5.03%～25.46%,总基因型遗传率为68.07%～96.68%;同一遗传群体不同种植季节下主基因遗传率无明显差异,但同一季节下CB7/CB4组合群体主基因遗传率均比CB1/CB4组合群体大,表明单穗质量遗传分析时应考虑到构建遗传群体的亲本选择问题;千粒质量在所有B1、B2、F2中均符合1对加性主基因+加-显性多基因模型模式,其中CB1/CB4组合群体中季主基因遗传率最高,为60.06%～69.38%;CB1/CB4组合群体中季多基因遗传率最小,为10.73%～23.21%;CB1/CB4组合群体中季总基因遗传率为71.48%～83.55%;CB1/CB4组合群体中季一阶参数d值最小,说明粒质量遗传研究时需要考虑构建遗传群体的亲本及种植季节的选择问题.     

植物诱变的数量遗传模型

以多基因假说为基础,提出了植物诱变的数量遗传模型.它包括3个基本假设,由此导出诱变世代群体的基因和基因型频率、均值、方差及基因型和表现型分布函数.给出了数量性状突变体的明确定义及数量性状突变频率的计算公式.对模型的一些应用作了讨论,包括诱变育种中的理论研究、遗传分析和参数估计.对两个实例作了分析,结果表明本模型能较好地解释实验现象,对诱变育种有理论指导作用.最后讨论了基因突变率与突变概率间的相互关系及本模型在多性状分析中的应用问题.