利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

产量及其相关性状如单株有效穗数、千粒重、穗实粒数、穗总粒数和结实率等是水稻重要的农艺性状,了解产量及其相关性状QTL的加性及上位性效应对以分子标记聚合育种改良水稻产量具有重要意义。本文以16个单片段代换系及15个双片段代换系分析了水稻产量相关性状QTL的加性及上位性效应。共检出影响产量及其相关性状的13个QTL,包括产量性状1个、单株有效穗数1个、千粒重4个、穗实粒数4个、穗总粒数2个和结实率1个,分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,检出12对双基因互作。结果显示,2个正向(或负向)产量性状QTL聚合,往往会产生负向(或正向)的上位性效应,能否产生更大(或更小)的目标性状,取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。本研究结果对实施高产分子标记聚合育种方法有重要参考价值。     

水稻剑叶形态性状QTL分析

为了剖析水稻剑叶形态性状的遗传机理,以典型籼稻七山占和典型粳稻秋光构建的F10重组自交系(RIL)及其包括122个SSR标记的遗传连锁图谱为材料,对水稻齐穗期剑叶形态性状进行QTL分析。共检测到20个控制剑叶形态性状的QTLs,其中:5个剑叶长度QTL、7个剑叶宽度QTL、6个叶面积QTL和2个比叶重QTL,分布于第1、第2、第4、第5、第6、第7、第10和第12染色体上;2个控制比叶重的QTL为首次检出。为水稻剑叶形态性状的改良和理想株型的育成提供了基础性数据。     

基于染色体片段置换系群体检测水稻株型性状QTL

株型是由多个形态和生理性状集成的复合性状,它与水稻产量密切相关。挖掘优异株型等位基因或QTL,对水稻超高产育种具有重要意义。本研究利用籼稻昌恢121和粳稻Koshihikari构建的208个染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs),在3个环境下,对控制株高、剑叶形态和分蘖数的QTL进行检测,共鉴定到35个株型性状QTL,分布于11条染色体上(除9号染色体以外),解释表型变异2.00%～22.86%。值得关注的是qPH-1-1、qFLW-6和qFLA-3均能在3个环境下被检测到,其中qFLW-6为1个新鉴定到的剑叶宽QTL。对qPH-1-1和qFLA-3位点进行鉴定,验证了这2个位点等位基因的加性效应和环境稳定性。本研究为株型性状QTL的进一步精细定位、克隆及分子辅助聚合育种奠定了基础。     

应用明恢86和佳辐占的F2群体定位水稻部分重要农艺性状和产量构成的QTL

应用籼稻品种明恢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,用区间定位法的Additive和Free两种模型分别对水稻部分重要农艺性状和产量构成性状的QTL进行了定位分析.结果Additive模型共检测到3个QTL,均位于第1号染色体的RM1-RM283区间,分别控制水稻生育期、株高和每穗粒数,基因成簇分布.Free模型共检测到5个QTL,其中控制水稻生育期、株高和每穗粒数的3个QTL的位置和效应大小与Additive模型基本相同;另外还检测到2个影响结实率和千粒重的QTL分别位于第7号染色体的RM180-RM214和第2号染色体的RM279-RM154区间,其贡献率均较小.同时,分析比较了研究结果与前人不同的原因.     

利用Ⅱ-32B/A7444组合CSSL群体定位水稻7个穗部性状QTL

为发掘水稻穗部性状有利等位变异,构建了以籼稻保持系II-32B为遗传背景的A7444染色体片段置换系群体;利用QTL Ici Mapping 4.1软件对该群体7个穗部性状进行了QTL定位。结果 2年共检测到26个QTL。2年均检测到的13个QTL中,控制一次枝梗数的4个QTL位于第1、第6、第8和第9染色体,平均贡献率分别为15.16%、13.10%、29.74%和11.21%,平均加性效应分别为-1.40、1.01、1.11和0.77。控制二次枝梗数的2个QTL位于第6和第8染色体,平均贡献率分别为10.97%和21.39%,平均加性效应分别为5.45和6.36。控制每穗总粒数的3个QTL位于第2、第6和第8染色体,平均贡献率分别为8.65%、12.52%和31.22%,平均加性效应分别为-18.61、22.23和31.87。控制每穗实粒数的1个QTL位于第8染色体,平均贡献率为28.06%,平均加性效应30.85。控制千粒重的2个QTL位于第2染色体,平均贡献率分别为44.65%和17.51%,平均加性效应分别为2.88和-2.51。控制粒宽的1个QTL位于第10染色体,平均贡献率为21.96%,平均加性效应为0.11。第2、第6和第8染色体分别存在同时控制二次枝梗数、每穗总粒数和每穗实粒数QTL的区段。qSBN6和qSBN8所在区间与Hd1和DTH8的相同,但分别存在16处和1处碱基差异,推测为Hd1和DTH8的不同等位基因。qSBN2为新检测到的控制二次枝梗数位点。研究结果为实施分子标记聚合育种提供了有用信息。     

应用明恢86和佳辐占的F2群体定位水稻部分重要农艺性状和产量构成的QTL

应用籼稻品种明恢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，用区间定位法的Additive和Free两种模型分别对水稻部分重要农艺性状和产量构成性状的QTL进行了定位分析。结果Additive模型共检测到3个QTL，均位于第1号染色体的RMl-RM283区间，分别控制水稻生育期、株高和每穗粒数，基因成簇分布。Free模型共检测到5个QTL，其中控制水稻生育期、株高和每穗粒数的3个QTL的位置和效应大小与Additive模型基本相同；另外还检测到2个影响结实率和千粒重的QTL分别位于第7号染色体的RMl80-RM214和第2号染色体的RM279-RMl54区间，其贡献率均较小。同时，分析比较了研究结果与前人不同的原因。     

影响水稻穗部性状及籽粒碾磨品质的QTL及其环境互作分析

利用优质恢复系测258为轮回亲本与粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC₁F₇回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)和碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)的主效QTL并剖析其环境互作效应。双亲在穗实粒数、千粒重、粒长和粒宽及整精米率等性状上存在显著差异。各产量相关性状间呈极显著正相关,而与千粒重和粒长呈极显著负相关。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。在南宁和三亚环境下检测到影响产量相关性状、粒型及碾磨品质的主效QTL共计57个,包括二次枝梗数的6个,穗实粒数4个,穗总粒数、粒重和穗重各5个,粒长9个,粒宽7个,粒厚1个,糙米率4个,精米率5个和整精米率6个,分布在除第11染色体外的所有染色体上。多数影响枝梗数、穗粒数和粒重的QTL成簇分布,而且与影响BR、MR和HR的QTL分布在不同染色体区域。在第2、第3、第4、第5和第6染色体上鉴定出影响穗粒数、粒重、粒型及碾磨品质的重要QTL,这些QTL在以往不同遗传背景和环境下被多次检测到。在第8染色体RM152~RM310区间鉴定到1个影响粒长和粒宽的新的QTL,能同步增加粒宽和粒长。鉴定出的这些稳定表达的QTL具有标记辅助选择育种的应用价值。整精米率是受环境影响最大的性状,其QTL的环境互作效应明显。对QTL的环境互作效应特点及其在品种标记辅助改良中的作用进行了深入探讨。     

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。     

水稻穗部性状的QTL定位及上位性分析

水稻穗部性状与产量直接相关,定位克隆穗部性状相关QTL对探究穗部性状分子机制及分子植物育种具有重要意义。以粳稻TY319和籼稻保持系8B的F3群体为作图群体,对穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗总粒数和着粒密度进QTL定位与上位性分析。采用完备区间作图,共检测出14个穗部相关性状QTL,分别位于第1、第2、第7、第8、第9、第10染色体,LOD值介于2.56~4.96,表型变异贡献率介于6.90%~31.99%。控制二次枝梗数的qSB-1、及控制着粒密度的qSD-1和qSD-2未见报道,可能是新的QTL,上位性分析检测到69个互作。     

玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展

为推进分子标记辅助选择在玉米育种中的应用,总结出近30年玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展。表明子粒产量的QTL为5~9个,主要分布在第1、2、5、6、7、8、9染色体上,穗行数、行粒数和百粒重的QTL均为3~6个,主要分布在第1、2、3、4、5、6、7、8染色体上,这些QTL成簇分布在几条主要染色体上,形成QTL富集区域,它们能解释性状表型变异的25%左右;多数性状的QTL主要表现为加性、显性、部分显性或超显性效应,部分性状的QTL存在遗传×环境互作效应。预示子粒产量及其组成性状的QTL存在共同染色体载体,育种选择应在多环境、大样本下进行,在不同环境下均能稳定表达的QTL更适用于育种选择;单株穗数、植株性状和抗逆性的QTL研究有待加强。     

利用染色体片段代换系定位水稻叶片形态性状QTL

水稻叶片形态是理想株型的重要组成部分,控制叶片形态基因的挖掘对于塑造水稻理想株型,实现水稻超高产目标具有重要意义。本研究利用广陆矮4号为受体亲本,日本晴为供体亲本构建的一套染色体片段代换系,对水稻上三叶(倒一叶、倒二叶和倒三叶)形态性状与单株籽粒产量进行了相关性分析,并开展了相关QTL定位。结果表明,除剑叶宽外,水稻上三叶的叶长、叶宽都与单株产量呈极显著正相关。同时,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,在两年间重复检测到20个控制叶形的QTL,其中叶长QTL 13个(8个表现正向效应,5个表现负向效应);叶宽QTL 7个(4个表现正向效应,3个表现负向效应)。这些QTL的鉴定为水稻叶形性状的分子改良提供了重要遗传信息。     

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。     

QTL for flag leaf size and their influence on yield-related traits in wheat

Flag leaf-related traits (FLRTs) are determinant traits affecting plant architecture and yield potential in wheat (Triticum aestivum L.). In this study, three related recombinant inbred line (RIL) populations with a common female parent were developed to identify quantitative trait loci (QTL) for flag leaf width (FLW), length (FLL), and area (FLA) in four environments. A total of 31 QTL were detected in four environments. Two QTL for FLL on chromosomes 3B and 4A (QFll-3B and QFll-4A) and one for FLW on chromosome 2A (QFlw-2A) were major stable QTL. Ten QTL clusters (C1–C10) simultaneously controlling FLRTs and yield-related traits (YRTs) were identified. To investigate the genetic relationship between FLRTs and YRTs, correlation analysis was conducted. FLRTs were found to be positively correlated with YRTs especially with kernel weight per spike and kernel number per spike in all the three RIL populations and negatively correlated with spike number per plant. Appropriate flag leaf size could benefit the formation of high yield potential. This study laid a genetic foundation for improving yield potential in wheat molecular breeding programs.     

利用DH群体分析水稻产量与蒸煮品质的遗传相关性

以粳稻农垦57和武运粳8号杂交衍生的DH群体为材,分析了各株系产量和蒸煮品质之间的关系。结果表明,在DH群体中有效穗数、每穗粒数、着粒密度、单株产量与PKV、 HPV、BDV、CPV、SBV、CSV显著或极显著相关,而其他产量性状与品质指标间没有显著的相关关系。利用在亲本间表现多态性的60个SSR标记分析了DH群体各株系的基因型,单标记分析和复合区间作图结果显示,第7染色体上RM234~RM505区间内存在同时控制单株产量、PKV、HPV和CPV的QTL,在第6染色体的RM454~RM162同时存在控制着粒密度、BDV、SBV的QTL。没有发现共同控制单株产量和最能反映蒸煮品质的BDV和SBV的相关QTL。总之,水稻产量和蒸煮品质性状确实存在一定程度的相关性,但通过优化产量构成因子的结构,选择合适的品质性状相关基因可以实现优质与高产的重组,从而培育优质、高产水稻新品种。     

Molecular mapping of quantitative trait loci for plant growth, yield and yield related traits across three diverse locations in a doubled haploid rice population

A doubled haploid (DH) population of 125lines derived from IR64 × Azucena, an indica – japonica cross were grown in three different locations in India during the wet season of 1995. The parents of mapping population had diverse phenotypic values for the eleven traits observed. The DH lines exhibited considerable amount of variation for all the traits. Transgressive segregants were observed. Interval analysis with threshold LOD > 3.00 detected a total of thirty four quantitative trait loci (QTL) for eleven traits across three locations. The maximum number of twenty QTL were detected at Punjab location of North India. A total of seven QTL were identified for panicle length followed by six QTL for plant height. Eight QTL were identified on three chromosomes which were common across locations. A maximum of seven QTL were identified for panicle length with the peak LOD score of 6.01 and variance of 26.80%. The major QTL for plant height was located on Chromosome 1 with peak LOD score of 16.06 flanked by RZ730-RZ801 markers. Plant height had the maximum number of common QTL across environment at the same marker interval. One QTL was identified for grain yield per plant and four QTL for thousand grain weight. Clustering of QTL for different traits at the same marker intervals was observed for plant height, panicle exsertion, panicle number, panicle length and biomass production. This suggests that pleiotropism and or tight linkage of different traits could be the plausible reason for the congruence of several QTL. Common QTL identified across locations and environment provide an excellent opportunity for selecting stable chromosomal regions contributing to yield and yield components to develop QTL introgressed lines that can be deployed in rice breeding program. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。     

Construction of chromosomal segment substitution lines and genetic dissection of introgressed segments associated with yield determination in the parents of a super‐hybrid rice

Heterosis is a phenomenon whereby hybrids of inbred lines produce favourable phenotypes that exceed those of their parents. Traits of interest are higher yield and stronger stress tolerance. The two‐line super‐hybrid rice ‘Liangyoupei9’ (LYP9) shows superiority to both its elite inbred line ‘93‐11’ and ‘Pei'ai64s’ (‘PA64s’) parents and conventional hybrids. However, the genetic basis of its hybrid vigour, especially yield determination, remains elusive. In the present study, a set of 156 chromosome segment substitution lines (CSSLs) carrying overlapping segments from ‘PA64s’ in a genetic background of ‘93‐11’ were constructed and planted in six environments. Three major agronomic traits, viz. panicle length (PL), heading date (HD) and plant height (PH), and five yield‐related traits, viz. grain weight per panicle (GWP), number of grains per panicle (GPP), 1000‐grain weight (TGW), seed set (SS) and number of panicles of per plant (PPP), were evaluated over 3 years. Quantitative trait loci (QTL) analysis was conducted using a likelihood ratio test based on stepwise regression. Forty‐six putative QTL distributed on 11 chromosomes were detected in more than one year. Remarkably, GWP of four CSSLs carrying positive yield QTL outperformed the recurrent parent ‘93‐11’ by more than 15%, in at least two environments. These results indicate that CSSLs are effective in identifying yield‐associated traits, and lines harbouring such QTL will be rich in resources for future molecular breeding programmes.     

同源四倍体水稻农艺性状的遗传分析

与二倍体水稻相比,同源四倍体水稻杂种具有强大的生物学优势,目前对同源四倍体水稻数量性状的遗传规律及存在较强优势的遗传基础还不清楚。此研究利用一套4×12不完全双列杂交的亲本和F1 2个世代的同源四倍体材料,采用加性-显性模型和统计分析方法,分析同源四倍体水稻农艺性状的遗传规律。结果表明,同源四倍体农艺性状受到遗传主效应与基因型×环境互作效应共同控制;其中株高、穗长以显性效应为主,剑叶宽以加性效应为主,有效穗数和剑叶长性状以显性×环境互作效应为主;株高、穗长和剑叶宽的HN和HB均分别比HNE和HBE大,表明这3个性状的选择效果受环境的影响较小;有效穗数和剑叶长的HN相对较小,HNE相对较大,说明这两个性状的选择效果因环境而不同。此研究为在杂种配制和后代选择中有效地利用同源四倍体新种质提供理论依据。