滇粳优1号背景导入系耐低氮的初步评价

耐低氮种质的发掘及其在高原粳稻中应用,有利于提升高原稻区的生产效率并保护环境。在云南高原稻区两种土壤氮素水平下,种植以育成的优质高原粳稻品种滇粳优1号(DJY1)为轮回亲本所形成的2064份导入系,以叶绿素计读数(SPAD)值为指标,评价导入系的耐低氮特性。结果显示:供试导入系的SPAD平均值在两种不同土壤氮素水平下均呈正态分布,且与有效穗和穗粒数极显著正相关;以超出95%右尾概率值为标准,初步筛选出供体亲本为Khazar(BC3F3)和Chhomrong(BC3F4)2个导入系为低氮钝感材料,即耐低氮材料;以小于5%左尾概率值为标准,则推论出供体亲本为Basmati370(BC3F3)、Type3(BC3F3)、Khole-Mavshi(BC3F3)、Ajaya(BC3F3)、Doddi(BC3F3)和鱼秋谷(BC4F3)的6个导入系为低氮敏感材料。这些材料可用于高原稻区耐低氮及氮高效育种及遗传研究。     

水稻氮磷高效利用育种材料的发掘研究

对2650份丰矮占1号的近等基因导入系进行大田耐低磷、耐低氮筛选,初步筛选出46份耐低磷株系和86份耐低氮株系。分别挑选12份耐低磷和耐低氮的株系进行田间随机区组试验,获得具有育种价值的5份耐低氮株系和1份耐低磷株系。讨论了大田筛选的优缺点。     

水稻耐低磷种质的初步筛选

本文以农业部948项目“全球水稻分子育种计划”采用的151份国内外代表性种质为供体亲本、云南育成的优质高原粳稻品种滇粳优1号为轮回亲本、通过连续回交形成的5500个株行为材料，在田间自然缺磷条件下，以水稻植株分蘖数作为耐低磷评价指标，初步筛选出20个耐低磷基因型种质。     

磷营养对粳稻根部性状的影响

黑龙江省三江平原已垦和未垦低磷土壤面积在300万hm2左右,筛选耐低磷水稻品种是提高这类土壤的水稻生产潜力的重要途径。研究选用生产上已广泛应用的5个水稻品种,采用不同磷水平砂培法,分不同时期调查水稻根部性状。结果表明,在不同磷营养水平下品种间根部性状有显著差异。品种根部性状值相对较大的材料为耐低磷种质,对磷不敏感的材料为筛选耐低磷种质的首选种质。根部性状中,总根长、根数对磷的最敏感期为分蘖盛期,根重对磷的最敏感期为抽穗期,因此,调查根部性状的适宜时期为水稻分蘖盛期和抽穗期前后;在低磷水平下,根数、根重是筛选耐低磷品种的两个重要指标。水稻植株磷含量在同一磷水平内,不同品种虽有差异,其与生物产量无关。植株吸磷量随磷水平的提高而增加的途径之一是通过根表面积的增大而致。筛选耐低磷种质的适宜磷水平为3mg/kg。研究为筛选大量品种初步筛选出耐低磷种质提供依据和可行的方法。     

回交导入后代水稻种质有利基因的鉴定与筛选研究

种质资源蕴藏着品种遗传改良的各种有利基因,高效发掘种质资源的有利基因是实现育种突破的前提。本研究选择IR64、特青和新株型（NPT）为轮回亲本与13个供体的不同回交世代（BC2F2-BC4F2）群体为材料,进行耐盐、耐淹和褐稻虱抗性鉴定与筛选。结果表明,尽管多数亲本本身对这些逆境不具备很好抗性或耐性,但在绝大多数回交后代中均出现耐盐、耐淹和抗褐稻虱的超亲分离,表明这些供体均带有对这些性状的有利基因。这种潜在“隐蔽”有利基因的表达受遗传背景影响较大。从总体上看,3个性状的选择效率以IR64背景最高,特青背景高于NPT背景。BC2对耐盐性的选择效率明显高于BC3和BC4代,BC3和BC4的选择效率因不同组合而异。研究表明通过大规模回交导入和回交后代性状的严格鉴定是发掘种质资源有利基因的有效途径。     

利用高代回交导入群体进行水稻耐盐碱鉴定与筛选

以粳稻吉粳88为轮回亲本与11个来自不同国家的供体品种杂交和回交培育的BC2F4群体,在吉林省白城市盐碱地进行全生育期耐盐碱筛选,对入选的耐盐碱单株后代分别进行苗期耐盐和耐碱鉴定。结果表明,在大田盐碱胁迫条件下绝大多数回交后代均出现耐盐碱的超亲分离,表明这些供体均带有控制这些性状的有利基因。各个组合间的耐盐碱筛选效率存在较大差异,表明回交后代的耐盐碱表现不仅取决于供体本身,还取决于受体品种与供体品种的不同组合。对筛选出的耐盐碱株系进行苗期耐盐和耐碱鉴定,结果显示全生育期耐盐碱的株系在苗期的耐盐和耐碱性表现不一,一部分株系表现不耐盐碱,一部分株系具有较强的耐盐或耐碱性,还有少数株系表现既耐盐又耐碱,表明水稻不同生育期的耐盐碱性存在差异,而且耐盐与耐碱可能存在不同的遗传机制。筛选出的耐盐碱导入系将成为耐盐碱有利基因发掘以及通过有利基因高效聚合定向改良水稻耐盐碱性的材料平台。     

恢复系752近等基因导入系构建与初步利用研究

利用国际水稻所提供的127份核心种质资源作为供体亲本,与我所育成的籼型优良恢复系752为受体亲本作杂交与回交,构建了3300份近等基因导入系。初步研究结果表明,在近等基因导入系中可以筛选到许多有利基因如抗稻瘟病、耐低氮、耐低磷和耐旱性等;且其中95％的导入系对野败籼型不育系具有良好的恢复能力,表现出较强的杂种优势。因此,利用核心种质资源改良当地的优良亲本,可以培育出符合生产目标的水稻优良新品种。     

利用回交导入系聚合选择SMV抗性高油大豆种质资源?

以中品95-5383为供体材料,绥农14号大豆品种为受体回交,建立一个回交导入系。多次回交获得高世代回交品系,对后代材料 BC1F4进行接种鉴定,选择稳定抗 SMV 株系,利用绥农20×绥农14分离群体中的高油株系,分别与绥农14×中品95-5383中抗 SMV 的株系杂交,聚合高油、SMV 抗性基因到同一材料,筛选出抗 SMV 的高油大豆品系。通过轮回选择、种质资源中有利基因的深层发掘、严格和准确的目标性状选择,达到高效率培育能在产量、品质、抗病性上都有显著提高的优良大豆新材料。     

以早籼14、紫恢100和M3122为背景的导入系构建及其筛选鉴定

以国际合作网络征集的150余份材料,进行农艺性状观察,白叶枯病和稻瘟病的抗性鉴定,同时还进行了耐低磷、低氮筛选,获得大量数据,筛选了一批抗白叶枯病、稻瘟病、耐低磷、耐低氮资源,为分子育种的亲本利用和后代筛选提供参考。以早籼14、紫恢100、M3122为受体,以上述的150余份材料为供体,采用大规模杂交、2～3次回交、2～3次自交,培育以早籼14、紫恢100、M3122为背景的近等基因导入系5700多份,并对这些导入系进行抗旱、耐低氮、耐低磷、抗寒性及直链淀粉含量等初步筛选,获得了一批有目标性状的近等基因导入系,为新基因发掘、新品种选育提供重要的材料基础。并选育了3个有苗头的新品系进入省级预试、区试或生产试验,以进一步确定其利用价值。     

从回交导入群体中筛选耐盐和抗旱水稻植株

盐害和干旱已经成为水稻产量的限制因子。培育耐盐和抗旱水稻品种的前提是高效筛选携带耐盐和抗旱基因的单株。本研究以黄华占为轮回亲本,来源于不同国家的46个品种为供体培育的BC2F2群体为材料,进行苗期耐盐和生殖生长期抗旱筛选。尽管供体和受体本身不具备耐盐性和抗旱性,但导入后代普遍出现耐盐和抗旱的超亲分离,表明供体品种普遍存在提高导入后代耐盐和抗旱的有利"隐蔽基因"。与耐盐性表现相比,导入后代出现抗旱株的组合数和每个群体中筛选出的抗旱株数均显著多于耐盐性,表明抗旱"隐蔽基因"更广泛分布在不同籼粳水稻品种中,而且抗旱性可能比耐盐性具有更广泛的适应机制。研究表明,培育回交导入系加以适当的选择压是发掘耐盐和抗旱"隐蔽基因"的有效方法。     

利用抗旱选择导入系定位向日葵产量性状QTL

干旱是造成向日葵减产的最主要因素之一。利用综合性状优良的自交系K55作为轮回亲本与抗旱自交系K58杂交构建回交导入系, 在干旱条件下进行单株产量筛选, 得到45个BC₃F₂抗旱定向选择导入系。通过全基因组SSR及SNP标记扫描, 以方差分析和基于遗传搭车原理的卡方检验对呼和浩特市及武川县两点、两种水分条件下的5个产量性状进行QTL检测。方差分析检测到的QTL根据不同环境下的表达情况分为三类, 第一类在两种水分条件下稳定表达, 包括武川的4个百粒重QTL及呼和浩特的2个单株产量QTL、3个单株实粒数QTL, 这些QTL可能对向日葵抗旱性有直接贡献; 第二类受干旱胁迫表达, 包括呼和浩特的30个和武川的27个; 第三类仅在正常供水条件下被检测到, 包括呼和浩特的38个和武川的64个。卡方检验检测到极显著位点274个。用两种方法共检测到一致性位点14个, 可能是与向日葵抗旱性相关的关键位点。本研究结果可为向日葵高效抗旱分子育种奠定基础并提供相关材料。     

利用HMW-GS全缺失突变体快速构建Glu-1位点近等渗入系

小麦高分子量麦谷蛋白亚基(highmolecular weight glutenin subunit, HMW-GS)由Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1位点中含有的复等位基因编码,评价和优化Glu-1位点组合是认识与改良HMW-GS表达与功能的重要途径。本研究创制了以小偃81为背景的HMW-GS基因完全缺失突变体DLGlu1。将DLGlu1与加拿大优质强筋小麦品种Glenlea杂交,结合后代幼胚培养与分子标记辅助选择技术,在BC₃F₃种子中快速鉴定出来自Glenlea的Glu-A1a、Glu-B1al和Glu-D1d位点不同组合的7种渗入系材料,可进一步发展成一套完整的Glu-1位点有差异的近等渗入系。本研究表明,DLGlu1可用于Glu-1位点近等渗入系的快速创制,对Glu-1位点功能研究和改良具有重要价值。     

应用导入系群体进行水稻产量相关性状的遗传剖析

以优质高产水稻品种丰矮占为轮回亲本, 以Khazar和IR64作供体亲本, 经连续回交分别构建了2套导入系(introgression lines)群体。对导入系后代分别在广州早造和晚造两种环境下进行重复产量鉴定。对两环境下产量及其组分性状的相关分析表明, 在广州早造和晚造环境下水稻产量构成因素存在很大差异。在早造, 每穗实粒数对产量供献最大, 而在晚造, 单株有效穗数对产量供献最大。应用SSR分子标记对这些导入系的供体片段进行全基因组扫描并应用单向方差分析(one-way ANOVA)剖析了导入系基因型与其产量及其组分的关系, 共检测到27个染色体区段与产量及组分性状相关, 包括10个产量QTL、9个单株穗数QTL、9个每穗实粒数QTL和14个千粒重QTL。大多数QTL只在一个环境条件下表达。在第3、7和9染色体上有3个QTL区域与产量及其两个组分有较大的效应, 值得关注。最终, 本研究在同步进行复杂农艺性状的改良和遗传剖析的研究上做出了有益的尝试。     

利用海岛棉染色体片段导入系定位衣分和籽指QTL

以染色体片段导入系IL-15-5和IL-15-5-1构建的F2和F2:3分离群体,利用SSR标记对数量性状衣分和籽指QTL进行了定位。应用复合区间作图法分析两个组合的774个F2单株和F2:3家系衣分和籽指,检测到2个衣分的QTL,1个籽指的QTL。衣分QTLqLP-15-1在两世代中都被检测到,位于相同的分子标记置信区间JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为5.40cM和3.20cM;qLP-15-2只在F2:3中被检测到,位于分子标记NAU5302～NAU2901之间,置信的遗传距离为0.08cM。籽指QTLqSI-15-1在F2和F2:3中都被检测到,分别位于分子标记NAU2814～NAU3040和JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为6.70cM和5.70cM。利用染色体片段导入系能准确地定位产量组分的QTL,为棉花产量的分子设计育种奠定基础。     

利用黄褐棉染色体片段导入系定位产量和纤维品质性状QTL

陆地棉的遗传基础狭窄,阻碍了棉花的遗传改良进程。为有效拓宽陆地棉的遗传基础,本试验利用野生种黄褐棉(AD4)为供体亲本,以综合性状优良的B0011品系为受体亲本(国审棉华杂棉H318的亲本之一),构建了含71个株系的导入系BC5S5群体。基于SLAF-seq的基因分型和多年多点田间试验的综合分析表明,该导入系在产量和纤维性状方面具有很大的变异,共检测到48个QTL,其中包含19个产量和29个纤维构成因素相关的QTL。在At亚组检测到9个性状的32个QTL,在Dt亚组为16个。进一步对QTL加性效应方向分析显示,其中有30个QTL的加性效应为正,18个QTL的加性效应为负。本研究结果为利用黄褐棉重要农艺性状有利等位基因改良陆地棉产量和品质奠定了基础。     

作物染色体导入系的构建及其应用

染色体导入系,也称染色体片段代换系、回交重组自交系或近等基因系,是借助分子辅助选择方法,通过回交和自交,从供体中导入一个或几个小的染色体片段进入轮回亲本.相对于传统的遗传群体,导入系群体大大降低了供体材料的遗传背景的干扰,提高了QTL分析的灵敏度和准确性,是QTL鉴定、精细定位、互作分析、图位克隆、性状改良及杂种优势利用和基因表达分析的理想的实验材料.本文就染色体导入系的研究情况进行了详细的综述.     

利用选择导入系分析大豆芽期和苗期耐旱性的遗传重叠

以黑龙江主栽品种红丰11为母本, 与美国品种Clark杂交, 再以红丰11为轮回亲本, 对回交后代的芽期和苗期的耐旱性进行筛选。结果获得芽期耐旱导入系44个,采用单项方差分析检测到10个控制芽期耐旱性的QTL;获得苗期耐旱导入系46个,检测到影响苗期叶片相对含水量、叶片持水能力、胁迫期间株高变化量的21个QTL。大多数位点的遗传是相互独立的,只有分布于A1、K、I和H连锁群上的Satt449、Satt499、Satt440和Sat_180位点是在芽期、苗期干旱条件下共同检测到的,表明芽期和苗期的耐旱性存在部分的遗传重叠。以上结果为深入研究大豆耐旱性以及进行分子设计育种以累加芽期苗期重要耐旱QTL奠定了基础。     

利用品质性状的回交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病QTL

将优质、抗纹枯病的高秆供体Tarom Molaii和Binam导入半矮秆IR64和特青背景,培育品质性状回交选择构建的4个导入系群体IR64/Tarom Molaii、特青/Tarom Molaii、IR64/Binam和特青/Binam,定位了影响水稻抗纹枯病病级(disease scale, DS)、相对病斑高度(relative lesion height, RH)和株高(plant height, PH)的QTL。结果表明,4个导入系群体的DS与RH高度相关,两者与PH呈显著负相关。导入系后代各性状均呈现超亲分离,出现抗性明显优于双亲的抗病个体,其中40%左右属半矮秆抗病类型。采用单向方差分析,在这4个群体中分别定位到10、8、8和6个影响3个性状的QTL,多数基因座上降低DS和RH即增强抗病性同时增加株高的等位基因均来自两个供体。未在同一供体两个不同背景下检测到影响3个性状的相同QTL,表明抗纹枯病QTL表达有明显的遗传背景效应。PH与DS及PH与RH被定位在同一个显著标记位点的QTL数分别占两个性状QTL总数的38%和52%,表明水稻纹枯病抗性与株高关系密切,两者存在许多连锁位点。与以往相同群体品质性状QTL的定位结果相比,发现品质性状QTL与抗纹枯病QTL大多分布在染色体的不同区域,彼此独立遗传。对利用目标性状选择导入系定位非目标性状QTL的效果、影响因素及育种应用进行了探讨,强调了目标性状选择导入系对非目标性状QTL发掘及育种应用的重要性。     

冀豆12遗传背景导入系蛋白、脂肪含量分布特征

以高蛋白品种冀豆12为受体亲本,不同来源、不同蛋白脂肪含量的大豆种质资源为供体亲本,构建了28个组合BC2F1后代群体,分析冀豆12遗传背景导入系后代蛋白、脂肪含量分布特征。结果表明,28个后代群体均有蛋白含量超高亲个体,超高亲个体比例介于4.0%～68.2%之间,超高亲比例≥40%的组合有18个,占64.3%,BC2F1后代群体蛋白含量以超高亲和偏高亲类型组合为主。而脂肪含量分布特征恰相反,BC2F1后代群体脂肪含量以超低亲和偏低亲类型组合为主,超高亲个体比例介于0～67.4%,超高亲个体比例≥40%的组合有7个,占25.0%,9个组合无超高亲后代。表明以冀豆12为遗传背景通过有限回交易选育高蛋白含量品种,而不易选育高脂肪含量品种。本研究结果为利用冀豆12培育高蛋白品种提供了依据。     

Evaluation and QTL Mapping of Tolerance to Salinity Using Interspecific Introgression Lines from Gossypium barbadense in G. hirsutum

[Objective] Tolerance evaluation is the basis for cotton salinity-resistant breeding. [Method] Relative growth of cotton plants at seedling stage for 148 introgression lines was used to evaluate the tolerance to salinity. [Result] The results demonstrated that salt damage coefficients were significantly different from each other, with an average 61.22% ranging from 1.34% to 100%. Based on the salt damage coefficient, 148 introgression lines were divided into three groups; group 1 (23.65%) was more tolerant than the tolerant parent with the salt damage coefficient less than 29.35%; group 2 (39.19%) was more sensitive than the tolerant parent with the salt damage coefficient from 29.35%―71.70%; group 3 (37.16%) was more sensitive than the susceptible parent with the salt damage coefficient above 71.70%. [Condusion] Mapping of QTLs (Quantitative trait locus) for salt-tolerant traits indicated that 23 QTLs for tolerance-related traits were detected. Among them, 12 QTLs were aggregately distributed on chromosomes A05, A12, D05 and D11. Our results demonstrate that it is feasible for screening salt-tolerant introgression lines from Gossypium barbadense into G. hirsutum, especially by molecular marker-assisted selection for specific chromosomes with high efficiency.