野生稻染色体片段代换系构建及其效应分析

通过回交程序结合分子标记辅助选择构建了一套染色体片段来源于马来西亚普通野生稻的珍汕97B染色体片段代换系。该套染色体片段代换系由105份材料构成,每系含有一个或少数几个导入片段,所有导入片段相互衔接覆盖野生稻全基因组。染色体片段代换系的平均背景回复率为94.6%,平均导入片段长度为41.7cM。利用该群体以及相同亲本的高世代BC3F3群体,共定位到40个QTL影响抽穗期、株高、SPAD值、有效穗数和穗长等农艺性状。该套野生稻染色体片段代换系为发掘和利用野生资源中的优良基因提供重要材料基础。     

一个新的水稻花粉半不育性位点的定位分析

利用一套以籼稻珍汕97B为背景的粳稻日本晴染色体片段代换系,鉴定发现1个半不育的代换系。全基因组基因型分析表明,该代换系仅含3个粳稻导入片段,而其他遗传背景与珍汕97B相同。在湖北武汉和海南分别种植其衍生的F₂和F₃分离群体,采用单标记分析和区间作图法分析花粉育性和小穗育性的数量性状位点(QTL),结果表明,该代换系的半不育性是第2染色体上的粳稻导入片段引起的,该片段RM262~RM475区间存在1个新的影响花粉育性的QTL,其贡献率为13.9%。研究结果将为进一步精细定位水稻育性QTL以及鉴定相关功能基因提供重要的试验基础。     

烟草染色体片段代换系的构建与遗传评价

以综合性状优良的烤烟种质Y3为轮回亲本,抗烟草黑胫病(0、1号生理小种)和赤星病的雪茄烟种质Beinhart1000-1及优质烤烟品种K326为供体亲本,连续回交并结合分子标记辅助选择,构建国内外第一套由256个具有烤烟Y3遗传背景并渐渗有Beinhart1000-1和K326染色体片段株系代换系群体。该群体携带377个代换片段,分布于烟草24条连锁群上。每个株系携带1~5个代换片段,代换片段长度介于0.05~36.88 cM,平均长度7.75 cM。代换片段重叠累加总长度为2922.57 cM,是烟草基因组总长度的2.61倍。代换片段覆盖总长度为1114.32 cM,烟草基因组覆盖率为99.45%。本研究构建的片段代换系可用于烟草基因定位、复杂性状的QTL分析和标记辅助选择育种。     

玉米第10染色体大刍草单片段代换系的构建及穗长QTL分析

为了构建玉米第10染色体大刍草单片段代换系群体并进行穗长QTL的筛选。以玉米野生近缘种墨西哥类玉米为供体亲本,以玉米自交系郑58为受体亲本和轮回亲本连续进行多代回交。利用BC_7F_1至BC_9F_1连续回交群体,选用45对在供体和受体亲本间有明显多态性差异的引物进行SSR分子标记辅助选择,构建以墨西哥类玉米为供体亲本的玉米第10染色体单片段导入系群体。对穗长性状QTL在第10染色体上位置进行初步定位。经过连续多代回交和SSR标记跟踪检测,获得了以郑58为遗传背景的墨西哥类玉米导入系群体,共检测到单片段代换系材料107份,代换片段平均长度为25.52~45.97 c M,总长度为944.15~1 884.74 c M,对第10染色体覆盖率为70.38%~89.65%。在BC_9F_1回交群体中鉴定了4个来自墨西哥类玉米并位于第10染色体的穗长QTL,初步定位于umc2528、phi054、bnlg1360和umc1877标记附近。结果表明,利用大刍草作为供体亲本可以获得大量玉米第10染色体单片段代换系材料,为优良QTL性状的发掘和筛选奠定了材料基础,拓宽了玉米新品种选育的种质资源范围。     

水稻染色体片段代换系对氮、磷胁迫反应差异及其QTL分析

利用来源于9311(籼稻)与日本晴(粳稻)杂交后代衍生的遗传背景为9311的染色体片段代换系群体,分析其在大田正常、低氮和低磷条件下的单株有效穗和单株产量的差异。结果表明,低磷、低氮胁迫对单株有效穗和单株产量影响较大。代换系对低磷和低氮的反应存在明显差异。在低氮(磷)水平下共检测到26个单株有效穗和单株产量片段或QTL,以及12个相对单株有效穗和相对单株产量QTL。源于日本晴的等位基因均呈减效作用。低磷和低氮下共同检测到5个导入片段影响单株有效穗或单株产量。而大部分(约81%)QTL只在单胁迫处理下被检测到。表明水稻对磷胁迫和氮胁迫的反应既存在不同的遗传基础,也存在共同的遗传机制。     

籼稻背景的单片段代换系群体的构建

以国内、外12个水稻品种（包括8个籼稻品种和4个粳稻品种）为供体亲本，利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法构建了一个以籼稻品种“华粳籼74”为遗传背景的单片段代换系（SSSL）群体。该群体由260个不同的SSSL组成，其代换片段分布在水稻的12条染色体上，长度分布于0.2～109.9 cM，平均长度为19.9 cM；代换片段的总长度为5 166.0 cM，相当于水稻基因组总长度的3.4倍，代换片段在水稻基因组上的覆盖率为83.8%。这些SSSL的代换片段包含了水稻基因组丰富的等位基因变异，将在基因（QTL）的定位、克隆、功能分析及水稻分子育种中具有重要的利用价值。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。     

利用双向导入群体检测遗传背景对耐盐QTL定位的影响

以优质粳稻品种Lemont与高产籼稻品种特青为亲本培育的高代双向回交导入系为材料,在温室140 mmol L^-1 NaCl胁迫条件下定位影响苗期叶片盐害级别(SST)、幼苗存活天数(SDS)、地上部K⁺浓度(SKC)和地上部Na⁺浓度(SNC)及人工气候室条件下影响地上部K⁺、Na⁺浓度的QTL。双向导入系的大部分遗传背景与各自的受体亲本相同,其中Lemont背景导入系中轮回亲本Lemont的基因组平均占83.8%,特青背景导入系中轮回亲本特青基因组平均占88.9%。各耐盐相关性状在两个背景群体中均出现超亲分离,多数性状的频率分布呈相互重叠状态,表明双亲作为供体相互导入各耐盐性状基因的效应大致相当。两个背景导入系群体中分别检测到影响上述耐盐相关性状的QTL各18个,同一性状在两个背景导入系中未能检测到任何相同表达的QTL,表明耐盐QTL表达具有很强的遗传背景效应,同时也说明这些耐盐QTL的效应可能较小。温室和人工气候室两种环境下仅在特青背景导入系中检测到1个影响SKC的相同QTL,表明耐盐QTL与环境的互作非常明显。虽然双亲均表现中等感盐,但QTL定位结果表明双亲中都存在一些提高耐盐相关性状的有利等位基因。研究认为,利用分子标记技术挖掘“隐蔽”于育成品种中的耐盐基因,进一步利用分子标记辅助选择技术对这些非等位耐盐基因进行聚合,完全有可能提高育成品种的耐盐水平。     

基于CSSSLs的水稻穗长QTL的定位

穗长是影响水稻产量的重要因子之一,是典型的数量性状,遗传基础复杂,且易受环境等因素的影响。染色体单片段代换系(Chromosome single segment substitution lines,CSSSLs)减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定复杂性状QTL的新型遗传材料。本研究以广陆矮4号为受体、日本晴为供体的85个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较测验单片段代换系与受体亲本广陆矮4号之间穗长的差异,对代换片段上穗长QTL进行了鉴定。以P<0.001为阈值,共检测到22个穗长QTLs,分布于除第10染色体以外的11条染色体上,其加性效应值的变化范围为-2.63～3.87,加性效应百分率变化范围为-11.47%～16.88%。这些QTLs的鉴定,为进一步克隆穗长QTL以及水稻穗长的分子改良提供了重要的依据。     

海岛棉CSSLs分子评价及纤维品质、产量性状QTL定位

本课题组前期以陆地棉中棉所8号(CCRI8)为轮回亲本, 海岛棉Pima 90-53为供体亲本培育了一套陆地棉中棉所8号为背景的海岛棉染色体片段置换系(CSSLs), 本研究利用SSR标记对该置换系群体BC₃F₅进行基因型检测, 在3个不同环境下(河北保定、青县和新疆轮台)鉴定其纤维品质和产量相关性状并进行QTL定位。该置换系群体包含182个家系, 置换片段数在1~15个之间, 平均为6.6个; 导入片段长度在0.7~83.2 cM之间, 平均长度为16.8 cM; 置换片段总长度20 249.6 cM; 背景回复率在92.3%~99.6%之间, 平均为96.2%。共检测出59个相关的QTL, 其中与纤维品质性状相关的41个, 单个QTL的贡献率为1.27%~26.66%; 与产量性状相关的18个, 单个QTL的贡献率为2.03%~19.38%; 检测到14个稳定的QTL, 其中4个马克隆值和2个纤维伸长率相关的稳定QTL增效基因均来自高值亲本海岛棉Pima 90-53, 2个铃重相关的稳定QTL增效基因来自高值亲本陆地棉中棉所8号。研究结果为深入开展纤维品质和产量性状的QTL精细定位、QTL间互作和分子育种提供了理论依据。     

利用耐低磷选择回交导入系群体定位水稻产量性状QTL

水稻磷素利用率低是影响水稻产量的重要因素之一。为了发掘水稻耐低磷有利基因、培育磷高效品种,选用生产上大面积推广应用的恢复系‘蜀恢527’、‘明恢86’作为轮回亲本,以‘爷驼崽’为供体亲本,构建了2个BC2F4耐低磷选择回交导入系群体。分别在正常施肥量条件下和低磷条件下对2个群体进行产量性状鉴定和分析,同时对2个群体进行了分子标记检测,利用性状-标记间的单向方差分析,对耐低磷选择回交导入系群体的产量性状进行QTL定位。分析结果表明：在不同环境、不同遗传背景下单株有效穗数、每穗实粒数与单株产量之间呈极显著正相关;产量构成因素中,单株有效穗数受低磷胁迫影响较大,是造成低磷条件下减产的主要原因。2个群体在正常条件和低磷条件下共检测到控制单株有效穗数QTL 11个,控制每穗实粒数QTL 10个,控制结实率QTL 10个,控制千粒重QTL 9个,控制单株产量QTL 13个;检测到一因多效的位点12个。研究结果对低磷品种的选育、相关有利基因的发掘利用和分子标记辅助选择有重要参考作用,选择导入系也为耐低磷育种提供了材料。     

籼型染色体置换片段在杂交粳稻中的配合力分析

利用10个以粳稻为遗传背景、籼稻为供体的染色体片段置换系(CSSL)及6个粳稻测验种, 按NCII设计, 分析了籼粳亚种间杂种在10个染色体区段上的配合力效应及遗传力等参数。结果表明, 除千粒重外, 各置换系主要产量构成性状的GCA值均高于背景亲本Asominori, 其中带有第12、第4、第1和第11染色体片段的AIS84、AIS27、AIS3、AIS80和AIS76置换系产量相关性状的GCA综合表现最好。说明在染色体片段水平上, 水稻籼粳亚种主要产量构成性状的杂种优势都大于粳亚种内的杂种优势, 对粳稻基因组导入籼稻X24-2~R367 (Chr.12)、R1854~R288 (Chr.4)、C970~C955 (Chr.1)、C1350~R257 (Chr.11)和X52~R2913 (Chr.11)染色体片段, 可显著提高杂交粳稻的产量水平。同一亲本所配的不同组合及同一组合在不同性状间的特殊配合力差异较大, 最高或最低SCA的组合可来自不同GCA的亲本组合类型, 表明在一般配合力与特殊配合力间不存在必然的联系。在双亲一般配合力均高的前提下结合较高的特殊配合力是超高产杂交稻育种中亲本选择的基本原则。     

优良水稻染色体片段代换系Z746的鉴定及重要农艺性状QTL定位及其验证

粒型、株高及穗部组成性状与产量形成密切相关,是水稻重要农艺性状,但遗传基础复杂。染色体片段代换系是用于复杂性状遗传研究的良好材料。本研究鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的水稻优良染色体片段代换系Z746。Z746携带来自西恢18的7个代换片段,平均代换长度为3.99 Mb,其株高、粒长和穗部性状均与受体存在显著差异。进一步通过日本晴与Z746杂交构建的次级F2群体共检测到36个相关QTL,分布于2号、3号、4号、6号和11号染色体。其中5个可能与已克隆基因等位,如qPH3-1等,8个可被多次检出,表明这些是遗传稳定的主效QTL。Z746的粒长主要由4个QTL(qGL3、qGL4、qGL2、qGL6)控制,其中qGL3和qGL4对粒长变异的贡献率分别为60.28%和27.47%。株高由5个QTL控制,穗长由4个QTL控制,每穗粒数由2个QTL控制,千粒重由2个QTL控制。然后以MAS在F3共选出8个单片段代换系,并以此在F4进行了相关QTL验证,共有24个QTL可被8个单片段代换系(SSSL)检出,重复检出率为66.7%,表明这些QTL遗传稳定。本研究为目的QTL的进一步遗传机制研究及分子设计育种奠定了良好基础。     

陆地棉背景下海岛棉第18染色体片段置换系的培育及相关农艺性状QTL定位

Sub18是以陆地棉遗传标准系TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体的置换系材料。本研究以TM-1为受体亲本, 置换系Sub18为供体亲本, 借助分子标记辅助选择技术培育了一套以TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体不同长度片段的置换系。这套置换系由45个株系构成, 共78个置换片段。其中27个株系导入单片段, 占总株系的60%; 9个株系导入2个片段, 占20%; 9个株系导入3个及以上片段, 占20%。导入片段总长度为467.6 cM, 约为该染色体遗传长度的4倍, 每个株系内被替换的染色体片段长度不完全相同, 平均遗传长度为5.99 cM, 最短的为0.9 cM, 最长的20.35 cM。其中13个株系表现开放花蕾性状, 涉及的最短导入片段长5.05 cM。对TM-1、Sub18以及培育的45个导入系进行农艺性状调查和QTL联合定位分析, 鉴定出纤维强度(qFS-C18-1)、整齐度(qFU-C18-1)、马克隆值(qFMi-C18-1)、成熟度(qFMa-C18-1)、皮棉重(qLW-C18-1)、籽指 (qSI-C18-1)和衣分 (qLP-C18-1) 7个加性QTL和5个上位性效应QTL。研究结果为进一步精细定位目标QTL、克隆QTL以及重要性状分子设计育种奠定了基础。     

Construction of high‐throughput genotyped chromosome segment substitution lines in rice (Oryza sativa L.) and QTL mapping for heading date

Chromosome segment substitution lines (CSSLs) provide ideal materials for quantitative trait loci (QTLs) mapping and genetic dissection of complex traits. In this study, we developed a set of CSSL population consisting of 175 lines, which were derived between the recipient ‘Guangluai 4’ and the donor ‘Nipponbare’. Based on 260 molecular markers, we firstly constructed a physical map of core 97 lines. Then, these 97 lines were further genotyped based on resequencing data, and a resequencing‐based physical map was constructed. Compared with the molecular marker‐based physical map, the resequencing‐based physical map of 97 lines contained 367 substituted segments with 252 newly discovered segments. The total size of the 367 substituted segments was 1,074 Mb, which was 2.81 times the size of rice genome. Using the 97 CSSLs as materials, we identified nine QTLs for heading date and three of them were firstly reported. All the QTLs had positive additive effects, ranging from 9.50 to 16.50 days. These CSSLs may greatly help forge a new resource for functional genomics studies and molecular breeding in rice.     

水稻第2染色体上抗旱相关性状QTL的精细定位

水资源危机使得水稻抗旱性的遗传与育种研究成为当今的研究热点之一。鉴定与水稻抗旱性直接相关的性状和产量的QTL,可为通过标记辅助选择培育抗旱水稻品种提供标记信息。以从供体IRAT109渗入到珍汕97B背景的269个高代回交渗入系中筛选出覆盖第2染色体目标区段的87个近等基因系为材料,在抗旱鉴定大棚中采用控制式供水,精细定位了水处理(对照)与干旱胁迫条件下影响水稻水分生理及产量相关性状的QTL。共检测到20个影响叶水势(LWP)、冠层温度(CT)、茎基粗(BCT)等性状相关QTL和百粒重(HGW)、每穗颖花数(SN)、着粒密度(SPD)等产量相关QTL。根据在不同环境下的表达情况,将其分为3类,第1类7个QTL,在两种环境下均被检测到;第2类4个,只在对照条件下检测到;第3类2个,分别控制叶水势和颈基粗,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到,其中,叶水势定位在RIO02037-RIO02038约8.2 kb的区段上, 其加性效应和贡献率分别为-1.0361和13.03%,增效等位基因来自IRAT109;茎基粗定位在RIO02017-RIO02022约37.7 kb的区段内,加性效应和贡献率分别为0.2682和49.20%,增效等位基因来自珍汕97B。在水、旱2种条件下均检测到的相对稳定的7个QTL及干旱胁迫条件下的2个QTL可能对抗旱性有直接贡献。     

籼粳稻区重组近交系孕穗期耐冷性研究

以昆明小白谷和大理早籼杂交培育的孕穗期耐冷性重组近交系（RIL）为材料进行籼粳稻区水稻耐冷性研究。结果表明：(1)籼粳稻区株高、穗下节长、穗长和总粒数均呈数量性状的分布特征.(2)籼粳稻区一些性状间的相关性存在一定的差异,冷凉粳稻区株高与结实率等性状密切关性;相反高温粳稻区穗颈长与穗部4个性状达极显著或显著相关。（3）遗传研究表明对低温和高温均敏感的穗颈长和结实率受主效基因控制,多数弱耐冷单株的耐热性相对较强。