水稻抽穗期QTL与环境互作分析

本文利用由98个家系组成的Nipponbare/Kasalath//Nipponbare回交重组自交系(backcross inbred lines, BILs)作图群体(BC1F9)和混合线性模型的QTL定位方法, 联合分析南京、合肥和海南3个不同地点的水稻抽穗期QTL及QTL与环境互作. 检测到8个抽穗期QTL, 分别位于第1、 2、 3、 4、 6、 7、 8染色体上, 其中, 第3染色体上有2个QTL     

水稻抽穗期数量性状基因的定位及遗传效应分析

本研究利用特早抽穗粳稻品种石狩白毛和籼稻品种明恢63杂交的F2分离群体共116株,构建了含88个共显性分子标记的连锁图谱,对水稻(Oryza sativA L．)抽穗期进行基因定位。利用2种分析软件MAPMAKER／QTL和QTLMapper进行分析,共检测到3个抽穗期的数量性状基因座(QTLs)。2个软件共同发现第7染色体上RM214与A5106标记区间内存在1个主效QTL Hd7a（Hd7c),来自明恢63的这个位点的等位基因可使抽穗期延迟。其余2个QTLs分别位于第7、9染色体上。同时检测到有5对位点间存在上位性作用,但相对贡献率较小,表明上位性效应也是影响抽穗期的遗传基础。     

利用双向导入系解析水稻抽穗期和株高QTL及其与环境互作表达的遗传背景效应

利用粳稻Lemont和籼稻特青相互导入构建的遗传背景基本一致的双向回交导入系群体，分别在北京和海南环境定位影响抽穗期和株高的主效QTL及其环境互作，分析QTL及其与环境互作表达的遗传背景效应。在北京和海南分别检测到影响抽穗期和株高的主效QTL 16个和17个，其中有5个主效QTL (QHd2、QHd8a、QPh3、QPh5和QPh12)在两种背景下同时被检测到，表明多数主效QTL的表达具有遗传背景特异性。两种背景下检测到影响抽穗期的3个主效QTL (QHd8a、QHd9和QHd10b)存在环境互作，其中QHd8a与海南环境的互作在两种背景下提早抽穗2~3 d，与北京环境的互作则延迟抽穗2~3 d，是影响抽穗期的一个重要主效QTL。通过与以往相同亲本来源的7个不同定位群体在不同环境下定位结果的比较，鉴定出一些在不同遗传背景和环境下稳定表达的主效QTL，如QHd3、QHd8a、QPh3和QPh4，适宜用于水稻抽穗期和株高的分子标记改良。基于QTL定位结果，本文对如何通过分子标记辅助改良品种在不同环境下的抽穗期进行了深入探讨。     

水稻品种IR24抗条纹叶枯病相关QTL的检测

为探明籼稻品种IR24是否携有新的抗条纹叶枯病基因，利用衍生于Asominori/IR24的重组自交系（RIL）群体和以Asominori为遗传背景IR24插入片段的染色体片段置换系（CSSL）群体，进行抗条纹叶枯病相关QTL的检测。利用疫区田间自然条件鉴定的方法，在RIL群体中共检测到4个控制条纹叶枯病的QTL，分别位于第3、5、7、11染色体上（qSTV3、qSTV5、qSTV7、qSTV11）, 其中qSTV3、qSTV7和qSTV11增强抗性的等位基因来自抗性亲本IR24。采用图示基因型比较法，在CSSL群体中将4个抗条纹叶枯病相关基因位点分别定位在染色体片段置换系CSSL4、L17、L39、L61、L62的IR24插入片段上。对比分析RIL群体和CSSL群体的分子连锁图谱，发现qSTV3所在的标记区间与CSSL17的IR24片段相吻合，qSTV7所在的标记区间与CSSL4的杂合片段、CSSL39的IR24片段相吻合，qSTV11所在的标记区间与 CSSL61的IR24片段以及CSSL62的杂合片段相吻合，表明确实存在这3个位点。与前人的研究结果相比较，发现位于第3染色体上的qSTV3区域存在抗刺吸性害虫的基因簇，是一个表达稳定的抗灰飞虱基因座；位于第7染色体上的qSTV7不同于已报道的抗性基因座，表明IR24携有新的抗性基因，这些基因不同于主基因Stvb-i，为防止广泛使用单一基因而造成的遗传脆弱性提供了新的抗性基因源，并且为利用分子标记辅助选择，聚合不同抗性基因培育抗性稳定的条纹叶枯病抗性品种创造了条件。     

不同生长环境下水稻穗抽出度三个相关性状QTL定位研究

在3个生长环境下种植水稻Nipponbare/Kasalath//Nipponbare回交重组自交系（backcross inbred lines,BILs）98个家系（BC1F12和BC1F13）及其亲本,调查剑叶叶鞘长度、最上节间长度和包颈长度,运用复合区间作图方法（CIM）,在全基因组5%显著水平上,对这3个性状进行了QTL分析。结果表明,共检测到3个剑叶叶鞘长度性状的QTL,分布于第1、3、4染色体,解释表型变异的12.83%～18.50%;qFLL-1位点在3个环境中均被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,qFLL-3和qFLL-4位点在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到3个最上节间长度性状的QTL,分别位于第1、3、6染色体,解释表型变异的5.64%～14.18%;qUIL-6位点在3个环境中都被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,其余2个QTL均在2个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到4个包颈长度性状的QTL,分布于第1、3、5、10染色体,解释表型变异的6.80%～17.76%;qPEL-10在3个环境中均被检测到,qPEL-5在两个环境中被检测到,这两个位点增效等位基因来自Nipponbare,其余2个位点分别在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。     

不同生长环境下水稻穗抽出度3个相关性状QTL定位研究

在3个生长环境下种植水稻Nipponbare/Kasalath//Nipponbare 回交重组自交系（backcross inbred lines,BILs）98个家系(BC1F12和BC1F13)及其亲本,调查剑叶叶鞘长度、最上节间长和包颈长度,运用复合区间作图方法（CIM）,在全基因组5％显著水平上,对这3个性状进行了QTL分析。结果表明,共检测到3个剑叶叶鞘长度性状的QTL,分布于第1、3、4染色体,解释表型变异的12.83%~18.50%;qFLL-1位点在3个环境中均被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,qFLL-3和qFLL-4位点在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到3个最上节间长度性状的QTL,分别位于第1、3、6染色体,解释表型变异的5.64%~14.18%;qUIL-6位点在3个环境中都被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,其余2个QTL均在2个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到4个包颈长度性状的QTL,分布于第1、3、5、10染色体,解释表型变异的6.8%~17.76%;qPEL-10在3个环境中均被检测到,qPEL-5在两个环境中被检测到,这两个位点增效等位基因来自Nipponbare,其余2个位点分别在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。     

水稻抽穗期基因定位及其环境互作研究

为构建SSR分子标记技术构建其遗传图谱，利用由小穗小粒型品种‘密阳46’和大穗大粒型品种FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交系群体，测定武夷山和莆田环境下水稻群体的抽穗期，并进行了QTL的定位及环境互作研究。结果表明，在武夷山环境下仅检测到一个与抽穗期相关的加性QTL，位于6号染色体上，解释了25.63%；1个位点存在显著的加性×环境互作效应，而GE互作效应对表型变异贡献几乎为0，表明控制水稻抽穗期基因的表达有显著的环境特异性。     

水稻不育系抽穗包颈性状的遗传研究

为了探讨水稻不育系抽穗包颈性状的遗传基础,且为选育不包颈或包颈轻的不育系提供依据,本研究利用W9593S(抽穗包颈轻)与培矮64S(抽穗包颈重)2个光温敏核不育系杂交、回交构建遗传群体,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传体系的6世代联合分离分析方法,剖析了水稻不育系抽穗包颈性状的遗传模型,并与F2群体QTL定位结果进行比较分析。结果表明:经分离分析,穗粒外露度、包颈长均表现为B-1模型(2对加性-显性-上位性主基因模型);包颈度、顶1节间长和剑叶鞘长的最适模型分别为D-4(1对负向完全显性主基因+加性-显性多基因遗传模型)、D-1(1对加性-显性主基因+加性-显性多基因遗传模型)和C-0模型(加性-显性-上位性多基因遗传模型)。对F2分离群体进行QTL定位,共检测到分别与穗粒外露度、包颈长、包颈度、顶1节间长和剑叶鞘长有关的25个QTL,分布于第1、第2、第4、第5、第6、第7和第12染色体上,表型贡献率变幅为2.85%~16.73%。其中位于第12染色体与SSR标记RM3331连锁的QTL以及位于第6染色体分别与SSR标记RM439和RM3765连锁的QTL均同时影响穗粒外露度、包颈长和包颈度3个性状,位于第4染色体分别与SSR标记RM255和RM3687连锁的QTL同时影响顶1节间长和剑叶鞘长2个性状,这5个QTL位点可能是调控不育系抽穗包颈性状的重要位点。QTL定位结果与6世代分离分析结果在某种程度上具有相似性,又不完全一致,可能与这两种方法依据的遗传群体不同以及数量性状受环境影响较大有关。     

利用高密度Bin遗传图谱定位水稻抽穗期QTL

挖掘新的控制水稻抽穗期相关位点和候选基因,对抽穗期的遗传机制研究和品种改良具有重要的意义。利用抽穗期存在明显差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath杂交衍生的包含186个家系的重组自交系群体,构建了基于深度重测序的高密度Bin遗传图谱,图谱共包含12,328个Bin标记。RIL群体及亲本2018年和2021年正季种植于江苏省南京市江苏省农业科学院。以家系从播种到抽穗所经历的天数作为抽穗期表型值,使用IciMapping软件3.4版的完备区间作图法,对控制水稻抽穗期的QTL进行鉴定。2年共检测到15个抽穗期的QTL,分布在3号、6号、7号、8号、10号和12号染色体上,LOD值为2.58～10.68,其中7个QTL和已知抽穗期QTL的位置存在重叠或者部分重叠。共有4个QTL在2年均检测到,表现出较强的稳定性。对2年重复鉴定到的4个QTL区间进行基因功能注释和亲本间序列分析,共发现7个注释有功能,且在2个亲本间编码区存在非同义突变的基因。根据候选基因SNP的类型对RIL群体家系进行基因等位型分类和效应分析,发现4个基因其不同等位型的RIL家系在抽穗期上存在显著或者极显著差异,推测可能为候选...     

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。     

Identification of quantitative trait loci for resistance to bending-type lodging in rice (Oryza sativa L.)

Bending-type lodging is one of the most important factors affecting the yield and grain quality of rice. This study identified quantitative trait loci (QTLs) for physical strength of the upper culms, and evaluated QTL effects on lodging resistance. In 2010 and 2011, QTLs for breaking strength, length, and diameter of the top three internodes were identified by analyzing chromosomal segment substitution lines (CSSLs) developed from ‘Koshihikari’ and ‘Kasalath’. The QTL analysis indicated that ‘Kasalath’ had two types of QTLs: one to strengthen specific internodes and one to simultaneously improve the physical strengths of plural internodes or the top three internodes. A QTL for breaking strengths of the top three internodes (bsuc11) was detected on chromosome 11 in both years. This QTL did not overlap with that for internode length. To evaluate the effects of bsuc11 on lodging resistance, this study selected three CSSLs with bsuc11 and analyzed the breaking strengths of the top three internodes after heading and the pushing resistance of the lower part. Internodes of ‘Koshihikari’ showed decreased breaking strengths after grain filling, while those of CSSLs with bsuc11 did not show this decrease in breaking strength. The pushing resistance of the lower part at the fully ripe stage was the same in ‘Koshihikari’ and CSSLs with bsuc11. These results suggested that bsuc11 could be a target to improve the physical strength of the upper culms to resist bending-type lodging, and that the physical strengths of upper and lower parts are controlled by different genetic factors in rice.     

Identification of a locus for asynchronous heading in rice, <Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.

We have identified a locus for asynchronous heading in rice. The length of heading period in a plant was measured as the indicator of asynchronous heading in 98 backcross inbred lines (BILs). These lines were derived using a single-seed descent method from a backcross of (japonica Nipponbare/indica Kasalath)/Nipponbare, and we used this mapping population in quantitative trait locus (QTL) analysis. We located a single QTL related to asynchronous heading (qah7) in the region of R2401–C39 on chromosome 7, and its contribution to the total variation was 0.14 (r²), with the positive effect due to the Kasalath allele. A near isogenic line (NILah7) that carries a Kasalath chromosomal segment corresponding to qah7 in the Nipponbare genetic background was selected and analyzed to identify a locus for asynchronous heading. The length of heading period in NILah7 was significantly longer (P < 0.001) than that in Nipponbare.     

Mapping and validation of QTLs for rice sheath blight resistance

Sheath blight, caused by Rhizoctonia solani, is one of the most serious diseases of rice. Among 33 rice accessions, mainly from National Institute of Agrobiological Sciences (NIAS) Core Collection, we found three landraces from the Himalayas—Jarjan, Nepal 555 and Nepal 8—with resistance to sheath blight in 3 years’ field testing. Backcrossed inbred lines (BILs) derived from a cross between Jarjan and the leading Japanese cultivar Koshihikari were used in QTL analyses. Since later-heading lines show fewer lesions, we used only earlier-heading BILs to avoid association with heading date. We detected eight QTLs; the Jarjan allele of three of these increased resistance. Only one QTL, on chromosome 9 (between markers Nag08KK18184 and Nag08KK18871), was detected in all 3 years. Chromosome segment substitution lines (CSSLs) carrying it showed resistance in field tests. Thirty F₂ lines derived from a cross between Koshihikari and one CSSL supported the QTL.     

Detection of QTLs to reduce cadmium content in rice grains using LAC23/Koshihikari chromosome segment substitution lines

To advance the identification of quantitative trait loci (QTLs) to reduce Cd content in rice (Oryza sativa L.) grains and breed low-Cd cultivars, we developed a novel population consisting of 46 chromosome segment substitution lines (CSSLs) in which donor segments of LAC23, a cultivar reported to have a low grain Cd content, were substituted into the Koshihikari genetic background. The parental cultivars and 32 CSSLs (the minimum set required for whole-genome coverage) were grown in two fields with different natural levels of soil Cd. QTL mapping by single-marker analysis using ANOVA indicated that eight chromosomal regions were associated with grain Cd content and detected a major QTL (qlGCd3) with a high F-test value in both fields (F = 9.19 and 5.60) on the long arm of chromosome 3. The LAC23 allele at qlGCd3 was associated with reduced grain Cd levels and appeared to reduce Cd transport from the shoots to the grains. Fine substitution mapping delimited qlGCd3 to a 3.5-Mbp region. Our results suggest that the low-Cd trait of LAC23 is controlled by multiple QTLs, and qlGCd3 is a promising candidate QTL to reduce the Cd level of rice grain.     

一个水稻苗期耐冷性的主效QTL精细定位研究

苗期耐冷性是影响水稻生长发育的重要因素之一。此实验以低温导致叶片卷曲的卷曲度作为水稻苗期耐冷性指标,采用182个越光（粳型）/kasalath（籼型）//越光回交重组自交系（backcross recombinant inbred lines,BILs）和162个RFLP分子标记,对苗期耐冷性进行QTL（quantitative trait loci,QTL）定位分析。结果表明,BIL群体中苗期耐冷性均呈连续分布,属于数量性状遗传,并检测到4个控制苗期耐冷性的QTL,分布在第1、3、11、12染色体上,其贡献率为7.4%～21.9%,所有能增强耐冷性等位基因均来自越光;并在其目标区域内进一步设计分子引物把位于第12染色体上的主效qCTS-12定位在约77kb区域内。此研究结果及其检测到的QTLs两侧的连锁分子标记可为水稻苗期耐冷性分子育种以及相关基因克隆提供理论依据。     

Fine mapping of qSS‐9, a major and stable quantitative trait locus,for seed storability in rice (Oryza sativa L.)

Seed storability in rice (Oryza sativa L.) is an important agronomic trait. We previously showed a quantitative trait locus of seed storability, qSS‐9, on chromosome 9 in a backcross population of ‘Koshihikari’ (japonica) / ‘Kasalath’ (indica) // ‘Koshihikari’. In this study, fine mapping of the chromosomal location of qSS‐9 was performed. Effect of ‘Kasalath’ allele of qSS‐9 was validated using a chromosome segment substitution line, SL36, which harboured the target quantitative trait loci (QTL) from ‘Kasalath’ in the genetic background of ‘Nipponbare’ under different ageing treatments in different environments. Subsequently, an F₂ population from a cross between ‘Nipponbare’ and SL36 was used for fine mapping of qSS‐9. Simultaneously, four subnear isogenic lines (sub‐NILs) that represented different recombination breakpoints across the qSS‐9 region were developed from F₃ progeny. Finally, the qSS‐9 locus was located between the Indel markers Y10 and Y13, which delimit a region of 147 kb in the ‘Nipponbare’ genome. These results provide a springboard for map‐based cloning of qSS‐9 and possibilities for breeding rice varieties with strong seed storability.     

水稻芽性状耐冷性的QTL分析

低温发芽和芽期耐冷性是影响水稻芽生长发育的两个重要因素.本试验利用182个越光(粳型)/Kasalath(籼型)//越光回交重组自交株系(backcross recombinant inbred lines,BILs),对2个芽性状耐冷性(低温发芽和芽期耐冷性)进行QTL(quantitative trait loci)定位和相关性分析.结果表明,BIL群体中这2个芽性状耐冷性均呈连续分布,属于数量性状遗传,两性状间的相关性不显著;控制低温发芽的4个QTL分布于第1、7、9、11染色体上,其贡献率为6.72～12.78%;芽期耐冷性相关的4个QTL分布在第4、6(2个QTL)和11染色体上,贡献率为6.61%～14.93%;其中第11染色体上的2个QTL位于相同区域内,并且其增强耐冷性等位基因均来自耐冷性较差亲本Kasalath.本研究结果及其中检测到的QTLs两侧的连锁分子标记可为水稻芽性状耐冷性分子育种提供理论依据.     

利用回交重组自交系群体检测3个水稻光合功能相关性状QTL

利用98个家系组成的日本晴(粳稻)/Kasalath（籼稻）//日本晴回交重组自交系(backcross inbred lines, BILs) 群体(BC₁F₁₀),研究水稻光合功能相关的数量性状基因座（QTL）。基于水稻抽穗后7 d叶片全氮含量（TLN）、叶绿素a/b比值（Chl.a/b）和叶绿素含量（Chl），共检测到8个QTL，其LOD值为2.61 ~ 6.42     

水稻光合作用及相关生理性状的QTL分析

为了探讨光合作用及相关生理性状的遗传规律，利用由籼稻品种IR24 和粳稻品种Asominori杂交衍生的65个染色体片段置换系（Chromosome Segment Substitution Lines, CSSL）为材料，研究了水稻光合作用及相关生理性状的QTL。在水稻抽穗后7 d测定叶片光合速率（Pn）、蒸腾速率（G_s）、气孔导度（T_r）、细胞间隙CO₂浓度（C_i）、叶绿素含量（CHL）、全氮含量（TLN）。共检测到10个QTLs，分布于第1、3、4、5、7、8和10染色体上，LOD值在2.77~8.42之间，贡献率为9.5%~46.5%。其中仅有控制气孔导度的qGs-8 与控制叶绿素含量的qCHL-8以及第10染色体上控制气孔导度的qGs-10与控制细胞间隙CO₂浓度的qCi-10位置相同，分别位于第8染色体上标记R727和第10染色体上标记C1166附近。其他QTL在染色体上的位置不同，暗示了水稻光合功能遗传规律的复杂性。