全基因组关联分析在作物育种研究中的应用

全基因组关联分析(GWAS)是一种针对全基因组范围内的遗传变异进行基因分型,寻找某一群体内性状与分子标记或候选基因间关系的分析方法。GWAS对于连锁标记开发、目的基因挖掘和复杂性状的遗传研究具有重要作用,在作物数量性状研究和作物育种中得到了广泛的应用。本文简要综述了利用GWAS挖掘与作物重要性状关联基因的研究过程中,群体结构、群体数量、连锁不平衡(LD)等因素对GWAS的影响,并重点分析了GWAS在粮食作物育种研究中取得的最新进展,初步讨论了GWAS对作物遗传育种的意义、存在的问题和未来发展趋势等,为利用GWAS在作物育种方面的运用,促进作物分子标记辅助育种以及提高育种效率提供了一定的理论依据。     

分子标记技术在杉木研究中的应用

综述了分子标记技术在杉木种质资源鉴定、群体遗传多样性研究、遗传连锁图谱构建和数量性状位点(QTL)定位及分子标记辅助选择育种等方面的应用进展,指出目前该方面研究存在的问题,并展望了分子标记技术在杉木研究中的应用前景     

金针菇种质资源5个农艺性状与SSR标记的关联分析

金针菇(Flammulina velutipes)是一种重要的商业化栽培食用菌,为挖掘控制金针菇重要农艺性状的基因组区段,本研究以90份金针菇种质资源为实验材料,测定其原基期、菌柄直径、菌柄长度、菌盖直径和单瓶产量5个农艺性状,利用全基因组序列开发的95份多态简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)标记对供试材料进行基因组扫描,在分析实验材料的群体结构和连锁不平衡基础上,采用一般线性模型方法对5个农艺性状进行关联分析。结果表明,各供试材料的5个农艺性状均有极显著差异。95份多态SSR标记共检测到582个等位变异,平均每个位点的等位变异数为6.13个。标记多态信息含量(polymorphism information content,PIC)变化范围为0.204~0.818,平均为0.542。群体遗传结构分析将供试材料分为8个亚群体,群体内SSR位点间存在较高的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD),不平衡程度D’值大于0.5的组合数占总组合数的33.01%。关联分析检测出28个标记与5个性状显著相关,其中原基期的关联标记有2个,菌柄直径的关联标记有12个,菌柄长度的关联标记有3个,菌盖直径的关联标记有9个,单瓶产量的关联标记有5个。关联SSR标记对表型变异解释率的变幅为5.11%~23.55%。研究表明,所选金针菇种质资源群体的遗传多样性以及连锁不平衡程度较高,适用于关联分析研究。本研究结果对金针菇核心种质资源库构建以及分子标记辅助育种具有参考价值。     

豫南茶区茶品质相关性状与EST-SSR标记的关联分析

种质资源研究是育种工作的基础,关联分析为植物数量性状的研究提供了有力手段.本研究利用67对EST-SSR标记,对115份茶树(Camellia sinensis资源进行茶品质相关性状与EST-SSR标记的关联分析.基因间的连锁不平衡是关联分析的基础,67对EST-SSR组成的共2 211对成对位点组合中,均存在一定程度的连锁不平衡,由群体结构分析发现,当群体数目K=4时,模型后验概率LnP(D)最大,该群体被分为4个亚群.将各个材料的Q值作为协变量,分别进行4种目标性状的变异与EST-SSR标记变异的回归分析.由结果得知,与水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡碱关联的标记共19个,其中与水浸出物关联的标记有5个,TM066对其解释率最高,为13.32％;与茶多酚关联的标记有5个,TM092对其解释率最高,为13.68％;与氨基酸关联的标记有6个,TM083对其解释率最高,为7.6％;与咖啡碱关联的标记有3个,TM111对其解释率最高,为7.8％.其中TM066、TM092和TM074-2与水浸出物和茶多酚同时关联;TM086-1与茶多酚和氨基酸同时关联;TM088、TM111和TM124与氨基酸和咖啡碱同时关联.这些研究结果可进一步用于相关性状位点的深入研究,为茶树的早期鉴定和茶叶品质的改良等提供一定的理论参考.     

分子标记技术及其在植物营养性状基因研究中的应用

常用的分子标记技术主要包括RFLP、AFLP、RAPD等。利用分子标记技术已经构建了许多作物的分子遗传图谱。植物营养性状一般是多基因控制的数量性状，其遗传机制采用传统的方式很难研究，而应用分子标记技术并利用有关的分子图谱则可以对这些复杂的数量性状进行比较方便的研究。由于起步较晚，分子标记技术在植物营养性状中的应用还不太普遍，主要集中在植物耐低养分胁迫和耐矿质元素毒害等几方面。本文介绍了主要分子标记技术的基本原理，利用分子标记进行数量性状基因定位的一般方法，分子标记在植物营养研究中的应用和展望。     

短季棉早熟及相关性状的QTL定位北大核心CSCD

短季棉育种是缓解我国当前粮棉争地矛盾、实现粮棉双丰收的有效途径。研究短季棉早熟及相关性状的遗传,寻找与其相关基因紧密连锁的分子标记对于短季棉育种具有重要意义。以百棉2号×TM-1组合构建的F2为作图群体,利用SSR标记构建遗传连锁图,采用复合区间作图法对短季棉早熟及相关性状在F2群体中进行QTL定位,构建了一张含152个SSR标记、40个连锁群、总长1010.3cM、覆盖棉花基因组的22.6%、标记间平均距离为5.91cM的短季棉分子标记遗传连锁图谱,得到的40个连锁群已定位到相应的21条染色体上,为短季棉分子遗传图谱进一步饱和奠定了良好的基础;检测出22个控制早熟及相关性状的QTL,其中检测到的主效QTL可用于短季棉标记辅助选择育种。     

基于连锁不平衡水稻源库相关性状的关联分析

为挖掘水稻源库相关性状优异等位基因,利用分布于12条染色体的6 704个SNP标记与来自31个国家和地区的261份籼稻核心种质资源的剑叶长、剑叶宽、剑叶叶面积、倒2叶长、倒2叶宽、倒2叶叶面积、每穗粒数、千粒重、单株产量共9个源库相关性状进行群体结构、连锁不平衡状况和全基因组关联分析.结果表明,261份籼稻核心种质资源的9个源库相关性状的变异系数介于12.46％ ～26.21％,表型变异丰富.群体结构显示261份籼稻核心种质资源的最适亚群数为3.LD分析表明,SNP位点之间存在着一定程度的连锁不平衡,在显著水平-logP ＞3(P＜ 10-3)下,共检测到68个与9个水稻源库相关性状显著相关的QTL位点,其中与源性状相关的QTL位点55个,与库性状相关的QTL位点13个.在第2、第5和第11染色体上检测到同时影响源库性状的关联位点4个,可能对通过分子标记辅助育种改良品种的源库性状具有重要参考价值.     

分子标记技术及其在植物营养性状基因研究中的应用

常用的分子标记技术主要包括 RFL P、AFL P、RAPD等。利用分子标记技术已经构建了许多作物的分子遗传图谱。植物营养性状一般是多基因控制的数量性状 ,其遗传机制采用传统的方式很难研究 ,而应用分子标记技术并利用有关的分子图谱则可以对这些复杂的数量性状进行比较方便的研究。由于起步较晚 ,分子标记技术在植物营养性状中的应用还不太普遍 ,主要集中在植物耐低养分胁迫和耐矿质元素毒害等几方面。本文介绍了主要分子标记技术的基本原理 ,利用分子标记进行数量性状基因定位的一般方法 ,分子标记在植物营养学研究中的应用和展望。     

全基因组关联分析在水稻遗传育种中的应用

关联分析是解析作物表型多样性遗传基础的有效工具,也是挖掘有利等位基因的重要手段,在作物遗传育种中发挥着越来越重要的作用。随着挖掘覆盖全基因组的单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNP)标记技术的不断改进,基于连锁不平衡(Linkage disequilibrium,LD)的全基因组关联分析为研究作物的农艺、品质、产量和抗性等复杂性状提供了新途径。本文在系统介绍全基因组关联分析方法的基础上,详尽总结了其在水稻遗传育种中的研究进展,并探讨了其存在的潜在问题及解决途径。     

作物数量性状位点研究进展及其育种应用

农作物中产量、品质、抗性等重要性状大多属于数量性状,因此对于数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)的探索一直是植物分子生物学领域的研究重点。近年来,越来越多农作物重要性状的QTL被定位乃至克隆。同时,随着高通量测序技术的不断成熟,一些超高密度遗传图谱的构建和全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS)的应用使得植物功能基因组学进入了一个飞速发展的时期。这为作物QTL的大规模挖掘、克隆以及复杂数量性状的遗传改良提供了良好的契机。本文从QTL的定位、克隆以及在育种中的应用几个方面,对近年来农作物QTL的研究策略和研究进展进行了较为详细的综述和探讨。     

Efficient cell reprogramming as a target for functional‐marker strategies? Towards new perspectives in applied plant‐nutrition research

The review aims at visualizing and strengthening approximation of current strategies in plant breeding, plant nutrition, and molecular biology. Innovations in new breeding strategies on quantitative traits are based on the development of functional DNA markers. This requires knowledge on robust physiological key reactions or parameters in view of the desired agronomic trait. To understand the significance of adaptive molecular‐physiological factors for the expression of agronomic traits in quantitative terms, systems analyses have to demonstrate the phenotypic effect of differential gene activities. The logistic to advance in applied systems biology is currently being strongly discussed. In the present contribution, identification of target cells, which are important for agronomic traits, is stressed as a key for future modeling and virtual experimentation. Integration of target cells in systems analysis should allow to link top‐down approaches, that start at the whole‐plant level, with bottom‐up approaches, that come from the molecular level. To illustrate the importance of adaptive cell reprogramming for agronomic traits, reprogramming of rhizodermic cells to trichoblasts is pointed out in its role for nutrient efficiency (NE). The nature of molecular factors, which may serve as functional markers in breeding, is discussed in view of future marker developments.     

小麦成熟期产量及钾效率相关性状的全基因组关联分析

  【目的】  探明不同钾供应条件下控制产量及钾效率相关性状的稳定的显著关联分子标记位点，为小麦产量及钾效率相关性状的遗传控制机理研究及相关基因的克隆提供参考。  【方法】  利用134个小麦品种 (系) 组成的群体为试验材料，设置正常供钾 (T1) 和不施钾 (T2) 两个处理，进行了2年田间试验 (E1、E2)。对小麦成熟期株高、穗长、穗粒数及钾吸收、利用效率等23个性状进行了表型鉴定，分别定义了同年同一处理和同一处理两年平均共6个环境平均值。采用GLM+Q一般线性模型和MLM+K+Q混合线性模型相结合的方法，利用群体差异SNP分子标记 (90K SNP芯片) 对小麦产量和钾效率相关性状进行全基因组关联分析。  【结果】  与正常钾处理相比，不施钾处理条件下籽粒钾利用效率显著升高，单株钾累积量、单株钾含量及总小穗数等性状显著降低。供试小麦各性状的群体变异系数为6.98%～350.38%，有14个性状的遗传力在50%以上，以株高的遗传力最高 (92.03%)。利用保留的7485个多态性好的群体差异 (SNP) 进行了全基因组关联分析，共检测到1420个分子标记位点与供试23个性状在P ≤ 0.001水平存在显著关联，分布在21条染色体上。有1097个 (77.25%) 分子标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到；能在至少两个关联分析环境中被检测到的相对稳定分子标记位点有323个，其中113个位点与钾效率相关性状有关，Tdurum_contig26281_139、Kukri_c307_2053等分子标记位点可以提高钾吸收效率，Ex_c19038_571、BS00039148_51等分子标记位点能够提高钾利用效率。在至少4个关联分析环境中被检测到的位点有22个，分别与株高、千粒重、穗粒数等5个性状相关。与株高和千粒重显著关联的分子标记位点RFL_Contig4069_2628和BS00003632_51可同时在全部6个关联分析环境中检测到，平均贡献率为9.59%和13.66%，环境稳定性非常好，与株高的降低和千粒重的提高显著关联。  【结论】  不同钾供应水平下与产量及钾效率相关性状显著关联的分子标记位点存在显著差异，77.25%的分子标记位点仅在特定环境下被检测到。但也有22个显著关联分子标记位点 (涉及9个产量及钾效率相关性状) 在至少4个关联分析环境 (共6个环境) 下被检测到，形成高频表达分子标记位点。其中与株高和千粒重分别显著关联的两个分子标记位点在所有6个关联分析环境中均稳定被检测到，能显著降低株高和提高千粒重。这些分子标记位点的相关基因对相关性状的调控效应受钾处理环境影响小，具有较高的理论和应用价值，值得深入研究。     

Molecular and phenotypic diversity of ICARDA spring barley (<Emphasis Type="Italic">Hordeum vulgare</Emphasis> L.) collection

Plant breeders are interested in using diverse genotypes in hybridization that can segregate for traits of importance with possibility of selection and genetic gain. Information on molecular and agro-morphological diversity helps the breeders reduce the effort for parental selection and helps the advancement of generations. A phenotypic and molecular diversity study, using 24 traits (agronomic and disease) and 6519 SNPs in a diverse collection of 336 spring barley genotypes, was carried out at Marchouch and Jemma Shiam research stations in Morocco. Based on structure and multivariate analyses, strong differentiation between the two- and six-row types were observed. The linkage disequilibrium (LD) decay of the current collection (for the combined population) was up to 3.58 cM (r ² = 0.15) while LD decay were estimated 3.91 and 2.36 cM for two- and six-row barley, respectively. PCA of agro-morphological traits revealed grain per spike, net form of net blotch (NFNB), spot form of net blotch (SFNB), and 1000 kernel weight were the most discriminatory traits in the current collection. Association mapping in the two independent populations will be ideal for identification of markers, and QTL related to traits. The generated information on relatedness between individuals will help identify diverse genotypes for breeding programs.     

大豆籽粒大小遗传调控研究现状

籽粒大小是大豆产量和外观品质的重要构成要素,具有巨大的经济价值,一直以来都是育种的主要目标之一.大豆籽粒大小由胚、胚乳和种皮发育共同协调决定.目前已报道的与大豆籽粒重相关的QTL位点309个,但大多位点尚未进行功能验证.已发现的与大豆籽粒大小相关的基因有17个,多数与母本种皮发育调控相关,其它与合子组织和植物激素调控途...     

苜蓿重要农艺性状关联分子标记研究进展

将不同品种的优良性状通过品种间的杂交集中到一个品种中是育种工作的主要目标，而利用基因型选择代替传统的表型选择将大大加快育种进程和提高育种效率，其中，DNA标记的获得是进行DNA标记辅助育种的重点。随着作物分子标记辅助育种技术的快速发展，苜蓿（Medicago sativa L．）重要性状关联的分子标记研究也取得了很大进展。本文就苜蓿草产量、抗病（虫）害、抗逆性和繁殖特性等主要农艺性状关联的分子标记研究进展进行了综述，主要包括RFLP（DNA－DNA杂交）、RAPD和SSR（PCR）以及AFLP（PCR与限制性酶切技术结合）等分子标记，最后还就苜蓿分子标记辅助育种（marker assisted selection，MAS）所面临的限制因素及其在苜蓿品种改良中的应用前景进行了探讨。     

蚕豆6×6双列杂交子代主要性状的遗传效应分析

为提高蚕豆优势组合的选配效率,以6个蚕豆材料(P1~P6)为亲本,采用Griffing完全双列杂交配制30个组合,分析亲本和F₁的9个主要农艺性状的杂种优势、配合力和遗传力。结果表明,蚕豆产量相关农艺性状的杂种优势明显,分枝数、单株荚数、单株粒数、每荚粒数、百粒重和单株产量的超亲优势为正值,株高、始荚高和主茎节数的超亲优势为负值。配合力效应分析表明,P1和P2为选育大粒高产的优良亲本,P1×P2和P4×P6符合高产的育种目标,P2×P5和P2×P6符合大粒的育种目标;遗传力分析表明,百粒重、每荚粒数和单株粒数的广义遗传力和狭义遗传力均较高,可以相对稳定地遗传给后代,且这3个性状主要受加性效应控制,适宜进行早代选择,其他性状主要受非加性效应影响;主要性状与单株产量的相关分析表明,蚕豆育种应将单株荚数和单株粒数作为重点目标;通径分析表明,在育种过程中应重点关注分枝数、株高、百粒重、每荚粒数等农艺性状。本研究为蚕豆育种进程中的亲本选配和后代选择提供了一定的理论依据。     

论作物养分效率及其遗传改良

作物养分效率遗传改良已成为植物营养学重点研究领域之一，但对于养分效率的概念及其组成因素，以及养分高效性状依然存在很多认识误区，限制了养分高效育种成效。本文论述了养分效率及其相关指标的定义，从作物学、植物营养生理学、分子生物学和遗传学多个角度分析了养分高效吸收、养分高效利用的生理学决定因素及其对养分高效育种的启示。指出除了高通量养分高效表型分析技术的限制，还缺乏对田间水平上养分高效生理学机制的深入理解，不清楚养分高效的次级生理指标，已成为限制养分高效育种的因素之一。未来应该充分利用现代分子生物学研究手段，加强田间条件下的养分高效生理学机制研究，将养分吸收、分配、转运等生理过程与作物生长发育调控密切关联，关注群体种植条件下的最优植株性状，在田间实际生长条件下进行鉴定，才有可能获得实用的养分高效品种。     

Morphological classification of maize landraces from northern Spain

One hundred landraces of maize from Northern Spain werecharacterized on the basis of twenty-two morphological traits,and seventeen ecological variables (climatic, edaphic andtopographic) associated with the collection site. Highbroad-sense heritabilities ( > 0.6) were foundfor plant height, ear height, ear node number, ear length,mid-ear diameter, rows of kernels, kernels per row, cob weightand days to silking. Seven different groups were obtained withcluster analysis using plant and cycle traits, and discriminantanalysis showed that leaf area, ear shape, tassel branches, rows ofkernels, plant height, cob weight, and ear length were the mostimportant traits for taxonomic classification. Seven populations withpromising breeding value were detected.     

寒地野生大豆资源农艺性状的相关性和主成分分析

评价和筛选优异野生大豆农艺性状可为大豆育种提供种质资源.本研究对204份寒地野生大豆资源9个农艺性状进行主成分分析,结果表明:农艺性状变异系数的变幅为14.0％ ～71.4％,多样性指数的变幅为1.46～2.06;筛选出27份特异材料,有8份材料聚集了2个以上特异性状;单株粒重与其它的性状(无效荚数除外)之间均存在显著...