转基因抗虫棉产量相关性状QTL的分子标记及定位

 采用亚洲棉渐渗的纤维强度突出的陆地棉优质新品系0-153与陆地棉转基因抗虫新品系sGK9708为亲本,构建了F₂及F_2∶3分离群体。利用3869对SSR引物筛选亲本,得到125对多态性引物。进一步对183个F₂群体单株分析得到150个多态性标记位点,其中100个标记位点连锁,构建20个连锁群,共覆盖660 cM,占棉花总基因组的14.67%,每个连锁群平均包含5个标记位点,标记间平均相距6.6 cM,其中13个连锁群确定了对应的染色体。利用F₂和F_2:3数据,通过复合区间作图,共检测到28个产量及相关因素的QTLs。这些控制产量性状的QTLs只存在于5个连锁群上,成簇分布。与皮棉产量性状有关的2个QTLs,均与其它多个产量相关性状的QTLs在同一个连锁区段内,增效基因遗传效应方向一致,有必要研究其在标记辅助选择中的效果。本研究没有检测到在多世代表现稳定的QTL。因此,需要培育重组自交系,进一步明确产量性状有关QTL的遗传效应。     

棉属野生种克劳茨基棉第7染色体上马克隆值QTL的挖掘与定位

为了深入挖掘和利用棉属野生种克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)的优异等位基因，构建了一个(陆地棉泗棉2号×克劳茨基棉)×泗棉2号的BC₁F₂群体，对纤维品质性状初步定位，单标记相关分析表明位于第7染色体上的SSR标记NAU1362与马克隆值表现极显著相关。进一步选择在第7染色体上含有克劳茨基棉渐渗片段的BC₁F₂单株与轮回亲本泗棉2号回交，构建BC₂F₃和BC₂F₄分离群体，通过两年的田间重复试验验证该QTL的位置与效应。结果表明，该QTL (qFMIC-7-1)在BC₂F₃、BC₂F₄世代均被检测到，位于相同的标记区间，分别可以解释9.0%、8.8%的表型变异，增效基因来源于野生种克劳茨基棉，与BC₁F₂群体定位结果基本一致。同时在第7染色体上检测到另一马克隆值QTL (qFMIC-7-2)，同样在BC₂F₃、BC₂F₄两个世代均能够被检测到，分别可以解释3.7%、4.7%的表型变异，但增效基因均来源于泗棉2号。     

新疆高品质陆地棉纤维品质性状遗传分析研究

 以9-1696×CCRI 35配置单交组合及其衍生世代,利用该组合的P₁、P₂、F₁、F₂、B₁和B₂ 6世代群体的纤维品质性状,采用世代平均值法、主-多基因混合遗传模型分离分析法对该组合纤维长度、整齐度、比强度和伸长率4个纤维品质性状做遗传分析。结果表明：（1）4个纤维品质性状均以加性遗传为主,同时检测出显著的上位性效应。经模型适合性检验,纤维长度和伸长率两个纤维品质性状符合加性－显性－上位性遗传模型。比强度和整齐度性状符合加性－上位性遗传模型。（2）比强度和伸长率符合两对加性－显性－上位性主基因＋多基因混合遗传模型,其主基因遗传率分别为：比强度（47.80%）、伸长率（20.07%）。纤维长度和整齐度遗传受主基因和多基因共同控制。     

棉花叶柄分化率主基因+多基因混合遗传分析

 以2个叶柄分化率性状稳定的棉花材料W10、W12为亲本,构建了两个5个世代联合群体(P₁、P₂、F₁、F₂、F_2:3), 采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型对这2个群体(W10×TM-1, W12×CCRI12)的叶柄组织培养分化率进行多世代联合分析。结果表明,棉花叶柄组织培养分化率在2个群体中均表现为遗传受2对加性、显性、上位性主基因+加性、显性多基因(E-1模型)控制。2对主基因的加性效应均为正值,均使分化率提高。2个F₂群体显示的主基因遗传率分别为83.22%和74.68%,多基因遗传率分别为10.47%和16.78%。     

陆地棉衣分差异群体产量及产量构成因素

 以衣分差异较大的陆地棉品种为材料,构建了包含188个F₂单株的作图群体,应用6111对SSR引物对亲本进行了分子标记筛选,结果仅获得了123个多态性位点,其中88个位点构建了总长为666.7 cM、平均距离为7.57 cM的遗传图谱,覆盖棉花基因组的14.9%。通过复合区间作图法对F₂单株和F_2∶3家系进行QTL检测,共鉴定出了18个控制产量及产量构成因素变异的QTLs,包括2个衣分QTLs、4个子棉产量QTLs、4个皮棉产量QTLs、2个衣指QTLs、3个单株铃数QTLs、2个铃重QTLs和1个子指QTL。 解释的表型变异分别为\{6.9%\}～16.9%、5.6%～16.2%、4.8%～15.6%、7.7%～13.3%、8.2%～11.6%、6.1%～7%和6.6%。不同QTLs在相同染色体区段上的成簇分布表明与产量性状相关的基因可能紧密连锁或一因多效。产量及产量构成因素QTLs的遗传方式主要以显性和超显性效应为主。检测到的主效QTLs可以用于棉花产量及产量构成因素的分子标记辅助选择。     

大豆对大豆花叶病毒株系SC6和SC17抗病基因的精细定位

针对我国北方和长江流域大豆产区广泛分布的SMV株系SC6和SC17,利用2个抗病大豆品种Q0926和中豆35分别与感病品种南农1138-2和南农菜豆5号配制2个抗感杂交组合Q0926×南农1138-2和中豆35×南农菜豆5号以及一个抗抗组合Q0926×中豆35,研究3个组合的F₁、F₂、F_2:3抗性遗传规律,探讨Q0926对SC6和中豆35对SC17及2个抗病品种对同一SMV株系抗性基因的等位关系,并对大豆对2个株系的抗病基因进行了标记定位。结果显示,Q0926×南农1138-2和中豆35×南农菜豆5号2个抗感杂交组合在分别接种SC6和SC17后,F₁表现抗病,F₂呈3抗∶1感分离比例,F_2:3家系呈1抗∶2分离∶1感病的分离比率,表明Q0926对SC6和中豆35对SC17的抗病性分别由1对显性基因控制;抗抗组合Q0926×中豆35的F₁和F₂在接种2个株系后均未发现感病单株,表明Q0926与中豆35对SC6和SC17株系的抗病基因分别是等位或紧密连锁的。分别利用2个抗感组合的F₂和F_2:3群体对2个抗病基因的定位结果显示,第2染色体上的25个SSR标记与抗SC6的基因R_SC6连锁,最近的2个标记与抗性基因R_SC6的排列次序和遗传距离为BARCSOYSSR_02_0617(0.775 cM)-R_SC6-BARCSOYSSR_02_0621(0.519 cM);第2染色体上的38个SSR标记与抗SC17的基因R_SC17连锁。最近的2个标记与抗性基因R_SC17的排列次序和遗传距离为BARCSOYSSR_02_0622(0.264 cM)-R_SC17-BARCSOYSSR_02_0627(0.262 cM),其对应的物理区间分别为52 kb和60 kb。抗性遗传研究为抗大豆花叶病毒育种的亲本选配、后代选择提供了理论指导,抗性基因的标记定位研究为抗性基因的分子标记辅助选择和抗病基因的图位克隆奠定了基础。     

与棉花纤维强度连锁的主效QTL应用于棉花分子标记辅助育种

本文以黄河流域广泛种植的转基因抗虫棉品种sGK321和sGK9708(中41)为轮回亲本,分别与优质丰产品种太121和高纤维品质渐渗种质系7235杂交的F1代材料杂交并回交,配置了杂交回交组合两套,运用与一个已定位的高强纤维QTL紧密连锁的2个SSR标记,通过对这两套杂交组合的不同世代群体的数据进行分析研究,在sGK321x[(Tai121x7235)xsGK321]组合的F2群体、F2:3群体和sGK9708x[(Tai121×7235)×sGK9708]组合的F2群体、F2:3群体中,有/无标记个体的平均纤维强度分别为29.78 cN/tex//28.19cN/tex、29.35 cN/tex//27.97 cN/tex和29.74 cN/tex//27.65 cN/tex、29.12 cN/tex//27.33cN/tex,差异都达到了极显著水平.本研究表明了此高强纤维主效QTL在不同的遗传背景,经过多代杂交、回交和自交后,能够稳定遗传而且QTL的效应稳定;利用此高强纤维主效QTL的分子标记进行辅助选择提高棉花纤维强度效果是显著的.可以在棉花的苗期或早期世代进行分子标记辅助选择,这为快速有效地改良棉花纤维品质、培育棉花新品种新品系提供了理论依据.并运用此项技术结合其它手段进行优质、抗虫等基因的聚合育种研究,快速有效地改良现有的陆地棉推广品种,创造高产、优质、抗虫棉花新材料或新品系.     

鲁棉研15号纤维品质性状QTL定位研究

 以陆地棉（Gossypium hirsutum L.）杂交种鲁棉研15号的F₂群体为作图群体,利用SSR标记和JoinMap3.0软件构建遗传连锁图谱;利用复合区间作图法分别对随机组成的3个鲁棉研15号的F_2:3家系亚群体进行纤维品质性状QTL定位。构建的遗传连锁图谱包含116个多态位点,25个连锁群,全长892.25 cM,覆盖棉花总基因组的20.05%,平均每个连锁群4.64个标记,标记间平均距离7.76 cM;根据已有图谱的定位结果,19个连锁群与染色体建立了联系。在3个F_2:3家系亚群体中共检测到46个QTL,其中16个为纤维长度（FL）QTL、7个为纤维强度（FS）、12个为麦克隆值（FM）、6个为伸长率（FE）,5个为整齐度指数（FU）。发现在A_h05、A_h08、A_h09、D_h02染色体上QTL有成簇分布的现象,并在3个亚群体中检测到一些受环境影响较小、稳定遗传的QTL。这些QTL可以在今后应用于分子标记辅助选择。     

棉花RGAP、DGAP和DDRT标记的定位研究

 根据本实验室已克隆的RGAs和DGAs,设计48条RGAs和4条DGAs特异引物,以“海7124×TM-1”组合的BC₁群体为材料把5个RGAP和2个DGAP标记定位到棉花的染色体上;以一个高抗黄萎病陆地棉品系5026为材料,在接种黄萎病菌后不同时期提取根部RNA,用mRNA差异显示（DDRT-PCR）技术,获得164个差异片段,根据这些片段设计34对DDRT引物。用已构建好的“海7124×军棉1号”组合的F₂群体,将3个RGAP和5个DDRT定位到了相应的染色体上。用Joinmap3.0软件把两张连锁图谱整合为一张图谱,并将这些标记与抗黄萎病QTLs进行连锁分析。     

棉花纤维强度主效QTLs分子标记辅助选择及聚合效应研究

利用2个纤维品质优异材料0-153和新陆早24与2个大面积推广品种鲁棉研28和冀棉516为亲本,配制了(冀棉516×0-153)×(冀棉516×新陆早24)(Pop1)、(鲁棉研28×0-153)×(鲁棉研28×新陆早24)(Pop2)组合的双交F1群体,对3个纤维强度主效QTLs连锁的4个SSR标记进行辅助选择,并对不同QTLs的聚合效应进行了研究。结果表明,4个标记的选择都表现出显著的遗传效应,在2个群体中纯合显性基因/显性基因单株平均纤维比强度在31.21~32.62 cN·tex-1,杂合基因型单株平均纤维比强度在30.77~32.50 cN·tex-1,单个标记的选择效应在0.80~1.51 cN·tex-1;QTL-1×QTL-3和QTL-2×QTL-3组合在2个群体中同时聚合该2个QTLs时单株平均纤维比强度达到33.40~34.08 cN·tex-1,与2个QTLs均无单株相比选择效应在2.73~3.56cN·tex-1,与只含有其中1个QTL单株相比选择效应在1.12~3.02 cN·tex-1。此外,聚合效应分析表明,QTL-1与QTL-2可能是同一个QTL,QTL-2与QTL-3之间存在明显的上位效应。本研究进一步明确了开展纤维强度的分子标记辅助聚合育种是可行的。     

Genetic mapping of quantitative trait loci for fiber quality and yield trait by RIL approach in Upland cotton

The improvement of cotton fiber quality has become more important because of changes in spinning technology. Stable quantitative trait loci (QTLs) for fiber quality will enable molecular marker-assisted selection to improve fiber quality of future cotton cultivars. A simple sequence repeat (SSR) genetic linkage map consisting of 156 loci covering 1,024.4 cM was constructed using a series of recombinant inbred lines (RIL) developed from an F₂ population of an Upland cotton (Gossypium hirsutum L.) cross 7235 × TM-1. Phenotypic data were collected at Nanjing and Guanyun County in 2002 and 2003 for 5 fiber quality and 6 yield traits. We found 25 major QTLs (LOD ≥ 3.0) and 28 putative QTLs (2.0 < LOD < 3.0) for fiber quality and yield components in two or four environments independently. Among the 25 QTLs with LOD ≥ 3, we found 4 QTLs with large effects on fiber quality and 7 QTLs with large effects on yield components. The most important chromosome D8 in the present study was densely populated with markers and QTLs, in which 36 SSR loci within a chromosomal region of 72.7 cM and 9 QTLs for 8 traits were detected.     

用单片段代换系（SSSLs）研究水稻株高及其构成因素QTL加性及上位性效应

株高是典型的数量性状,易受遗传背景和环境等因素的影响。单片段代换系和双片段聚合系减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定QTL和研究QTL上位性的新型遗传材料。本研究采用随机区组试验设计方法以初级单片段代换系间杂交衍生的16个次级单片段代换系和15个双片段聚合系分析了株高及其构成因素QTL的加性效应及加性×加性上位性效应。共鉴定出11个QTL,其中3个株高QTL,1个倒1节间长QTL,2个倒2节间长QTL,2个倒3节间长QTL和3个倒4节间长QTL,分布于第4、6和10染色体上。鉴定出23对双基因互作,其中7对为没有显著效应的座位间互作,16对为有显著效应的QTL与没有显著效应的座位间互作。结果表明,QTL加性效应和QTL间的上位性效应都是株高及构成因素的重要遗传组成。通过单片段代换系杂交衍生的次级单片段代换系和双片段聚合系可提高QTL鉴定和上位性分析的灵敏度。     

陆地棉优质纤维QTL的分子标记筛选及优质来源分析

利用陆地棉优质品系7235、渝棉1号做亲本, 以7235 × 渝棉1号的F2与F2:3分离群体为材料, 开展不同来源棉花高强纤维QTL微卫星标记筛选, 为进一步进行优质纤维QTL聚合育种提供基础。通过5 514对SSR引物对亲本进行多态性筛选, 获得117个多态性标记, 用其中80个标记构建了总长为1 147.8 cM的遗传图谱; 应用复合区间作图法分析了该组合的F2单株和F2:3家系纤维品质性状, 共检测到36个纤维品质数量性状基因座(QTL), 其中与纤维长度、比强度、细度、伸长率及整齐度相关的QTL各6、8、7、8和7个, 分别解释各性状表型变异的3.4%~14.4%、5.0%~42.4%、6.5%~11.7%、5.1%~19.4%和6.9%~14.0%。通过分析来源于7235和渝棉1号高强QTL的染色体分布, 表明两亲本在D7、D8、D9染色体上都存在控制纤维比强度的QTL, 其中存在于D7和D8染色体上来自双亲的QTL紧密连锁, 成簇分布在染色体上的一定区间内。而在D7和D9染色体上也发现双亲完全相同的优质QTL, 其优质供体可能来自陆地棉优质品系PD4381。进一步分析了获得的QTL在聚合育种中的应用潜力。     

High-density genetic map construction and QTL mapping for fiber strength on Chr24 across multiple environments in a CCRI70 recombinant inbred lines population

Upland cotton is an important economic crop that produces high-quality fiber for the textile industry. With the development of next-generation sequencing technology and improvements in human living standards, it has become possible to improve the fiber quality and yield of cotton with high-throughput molecular markers. Upland cotton 901-001 is an excellent, high-quality, non-transgenic cultivar, while the sGK156 strain shows high resistance to verticillium wilt. The phenotype of F₁ plants, certified in 2008 as national variety CCRI70, shows positive transgressive characteristics such as high quality, high yield, and resistance to verticillium wilt. We developed a population of 250 recombination inbred lines from a cross between 901-001 and sGK156. The fiber strength trait of plants from nine environments was collected, and a genetic linkage map of Chr24 comprising 168 SNP marker loci covering a genetic distance of 107.46 cM and with an average distance of 0.64 cM was generated. QTLs were identified across the nine environments using the composite interval mapping method. A total of eight QTLs for FS were identified on Chr24, three of which were stably expressed in at least five environments. Some candidate genes located in qFS-c24-2 and qFS-c24-4 were functionally annotated as potentially playing important roles in fiber development, with homologous genes reported in Arabidopsis thaliana. These results suggest that QTLs identified in the present study could contribute to improving FS and may be applicable for marker-assisted selection.     

利用重组自交系定位棉花第22染色体短臂的纤维品质性状的QTL

 以TM-1的染色体片段代换系CSB22sh和TM-1杂交,构建了包含104个家系的重组自交系（RILs）群体。利用74对具有多态性位点的引物进行检测,构建了包含61个多态性位点,长度为76.93 cM的遗传图谱,平均标记间距离1.26 cM。利用此遗传图谱结合重组自交系群体4个环境下的5个纤维品质性状进行QTL定位,共定位出12个QTLs,解释性状表型变异的2.45%～21.11%;在1,2,3,4个环境中同时检测到的QTLs分别有9,1,1,1个。而利用4个环境平均值进行联合分析定位出个4个QTLs,纤维长度和纤维整齐度的QTLs均为2个,解释性状表型变异的14.37%～19.97%,并且纤维长度和整齐度的QTL在相同的位置。多环境下检测到的QTL可能对标记辅助选择有实际应用价值。     

基于单片段代换系的水稻粒型QTL加性及上位性效应分析

以分子标记辅助选择的手段有目的地进行基因聚合育种,对于加快育种进程具有重要的意义。而基因的加性和上位性效应是决定基因聚合能否成功的关键。本文以16个单片段代换系(SSSL)及15个双片段代换系分析了水稻粒型性状QTL的加性及上位性效应。共检测到9个水稻粒型性状QTL,包括4个粒长QTL、1个粒宽QTL和4个籽粒长宽比QTL,分别位于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,还检测出7对双基因互作,其中3对为有显著效应的两座位间互作,1对为两座位均没有显著效应的座位间互作,3对为1个有显著效应的座位与1个没有显著效应的座位间互作。本文结果进一步揭示了同一粒长QTL与不同单片段代换系聚合时会产生不同的互作效应,只有当上位性效应与目标基因的加性效应同向时,才可以达到明显改良粒长的效果。而且,2个长粒或2个短粒QTL聚合很难再产生更长或更短的籽粒。以上结果对于通过分子标记辅助育种手段改良水稻粒型具有重要意义。     

利用棉花纤维品质相关QTL评价海陆渐渗品种品质初探

 选用第7、13、25号染色体上纤维品质相关QTL(Quantitative trait locus)密集分布区间的48对SSR（Simple sequence repeat）引物,对48份棉花种质进行多态性检测,研究结果显示在实验材料中3对SSR引物具有陆海差异多态性,相关分析表明3个优质基因SSR位点与纤维长度和纤维强度达到极显著相关。通过与海岛棉带型比对、追踪,从分子水平上明确了这些品种中来源于海岛棉渐渗于陆地棉的优异基因区段,为下一步分子标记辅助聚合育种提供了理论参考。     

利用水稻MAGIC群体关联定位白叶枯病抗性QTL和创制抗病新种质

以8个不同亲本构建的遗传上相互关联的多亲本高代互交系(multi-parents advanced generation inter-cross, MAGIC)群体,包括2个4亲本群体(DC1和DC2)和1个8亲本群体(DC3)为材料,接种我国白叶枯病强致病力V型菌系(GD-V)和弱致病力II型菌系(C2),关联分析定位MAGIC群体对白叶枯病的抗性QTL,筛选抗病种质。结果表明,大多数亲本对C2菌系表现抗病,而对GD-V表现感病,3个MAGIC群体的病斑长度均出现超亲分离。共检测到7个白叶枯病抗性QTL,大多表现数量抗性,而且抗性QTL表达存在明显的遗传背景效应。QBbr11-1和QBbr11-2受遗传背景影响较小,具有一定的育种应用价值。从3个群体筛选出8份不同抗病QTL聚合的抗病材料,表明质量抗性基因和水平抗性数量性状位点的结合可以显著提高抗性水平。8份不同抗病QTL的聚合系可以用作抗病育种的中间抗源。研究结果表明,MAGIC群体可以将遗传研究和育种应用有机结合,是遗传研究和开展标记辅助育种的理想群体。