2种环境下水稻灌浆期穗长的动态遗传研究

为了探知水稻穗长的动态遗传机制,利用由穗型差异大的水稻品种Milyang 46和FJCD建立的包含130个株系的F10重组自交系,测定福建武夷山和莆田环境下穗长灌浆期的动态变化值,并进行了QTL定位及其互作研究。结果检测到35个加性QTL,16个加性×环境互作QTL,1对加加上位性效应。QTL定位分析检测到的35个加性QTL,位于1、2、4、5、7、8、9、10、11号染色体上,对表型变异贡献率0.5%~16.52%。环境互作分析检测到的16个GE互作位点,分布在水稻1、2、3、4、5、7、8、9、11号染色体上,大部分为微效QTL。武夷山环境中,还检出1对加加上位性QTL,对表型变异贡献率达到33.14%。此研究一定程度上揭示了穗长遗传机制,为水稻育种提供了依据。     

水稻粒长主效QTL的分子遗传效应分析

为了探索水稻粒长遗传机制,利用小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD构建的含130个家系的重组自交群体及其包含119个分子标记的连锁图谱,分别在福建武夷山和莆田对水稻粒长进行数量性状基因位点(Quantitative trait loci,QTL)定位及其环境互作分析。结果共检测到16个控制粒长的加性QTL,包括在武夷山被检测到的7个QTL和在莆田检测到的9个QTL。它们分布在第1、2、4、5、6、7、10、11、12号染色体上,其中有2个QTL在2个环境下被重复检出。qGL-4-6在武夷山和莆田的表型变异贡献率分别为5.69%、3.58%,qGL-10-1在武夷山和莆田的表型变异贡献率分别为15.82%、8.06%。16个加性QTL中,qGL-5-3、qGL-10-1与环境存在显著互作,而互作效应对表型变异的贡献率为0。     

不同环境下水稻灌浆期净光合速率的动态遗传研究

利用小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交群体及其分子标记连锁图,测定福建省武夷山和莆田环境下灌浆期五个阶段的净光合速率,并进行了QTL动态定位及环境互作研究。QTL定位分析共检测到22个加性QTL,位于1、2、4、7、9、10、11号染色体上,对表型变异贡献率0.34%~22.71%。环境互作分析,共检测到灌浆期第一、二、四阶段的7个GE互作位点,分布在水稻2、4、9、11号染色体上。其中,灌浆期第一阶段的qNPR-2-10,第四阶段的qNPR-2-2、qNPR-4-1等3个QTL与环境的互作对表型变异贡献率达到10%以上,表明净光合速率受到较大的环境影响。此研究从一定程度上揭示了净光合速率的遗传机制,为水稻高光效育种提供了依据。     

控制水稻株高的QTL定位及环境互作分析

为水稻的基因水平研究提供了重要的平台,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,分别在武夷山和莆田环境下测定其株高,进行QTL定位及环境互作分析。武夷山环境下检测到2个加性QTL,位于1、2号染色体上,其中主效qPH-2-5解释了26.2%的表型变异;莆田环境下检测到4个加性QTL,分别位于2、2、2、6号染色体上,共解释了20.61%的表型变异。经过GE互作分析,2个背景QTL存在显著的加性×环境互作效应,共解释了17.36%的表型变异。此研究从一定程度上揭示了株高的数量遗传规律,同时为株高分子育种提供理论依据。     

夏大豆重组自交系群体籽粒蛋白质含量QTL定位

大豆籽粒蛋白质含量是复杂数量性状,目前对中国夏播大豆籽粒蛋白质含量等品质性状遗传基础的了解相对较少。本研究对以江淮地区夏大豆蒙8108与骨干亲本南农1138-2杂交育成的NJMN重组自交系群体进行了5个环境田间试验获得表型数据,利用含2 062个SLAF标记的遗传图谱对大豆籽粒蛋白质含量进行加性、上位性QTL定位。结果发现NJMN群体籽粒蛋白质含量存在超亲分离,不同种植环境、家系与环境间互作均存在显著差异。在6号、7号、11号、17号染色体上定位到4个控制籽粒蛋白质含量的加性QTL,其中qProt-17-1未见前人报道,其与环境间存在显著互作效应。还发现3对加性×加性上位QTL,其总的效应值和表型贡献率均高于加性QTL,表明非加性效应在NJMN群体蛋白质含量遗传体系中起了重要作用。     

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。     

小麦籽粒灌浆速率及粒重QTL初步研究

为了对小麦不同发育时期灌浆速率及千粒重进行动态QTL初步定位,并进行遗传分析,通过01-35×6044杂交得F1代,后经连续多年“一粒传法”获得F9代重组自交系,利用Mapmaker/version 3.0计算标记间距离并绘制遗传图谱,结合田间表型数据采用Win QTL Cart 2.5软件的方法研究小麦不同发育时期灌浆速率及千粒重QTL定位情况及其效应。结果共检测到13个小麦灌浆速率及千粒重QTL,这些QTL大部分是位于2A染色体上,部分位于6A、5A、4A染色体上。其中千粒重QTL 2个,可解释表型变异的9%和33%;平均灌浆速率QTL 3个,可解释表型变异的6%~18%;最高灌浆速率QTL 1个,可解释表型变异的11%;最高灌浆速率出现的时间QTL 1个,解释7%的表型变异;第一、四时期各1个,分别解释表型变异的12%和16%;三、五时期各2个,分别解释表型变异的8%~9%和9%~10%。通过对不同时期小麦灌浆速率和粒重QTL定位,探索了控制灌浆速率的基因表达的时空特性,为灌浆速率及千粒重的QTL精细定位和分子标记辅助选择奠定基础。     

大豆籽粒硬实加性和上位性QTL定位

硬实是植物种子的普遍特性, 是影响大豆种子发芽率、生存能力及储存期的重要数量性状, 同时影响着大豆的加工品质。本实验通过对大豆籽粒硬实性状的加性和上位性互作QTL (quantitative trait locus)分析, 明确控制大豆籽粒硬实的重要位点及效应, 旨在为进一步解析硬实性状复杂的遗传机制提供理论依据。以冀豆12和地方品种黑豆(ZDD03651)杂交构建的包含186个家系的F_6:8和F_6:9重组自交系群体为材料, 采用WinQTL Cartographer V. 2.5的复合区间作图法(composite interval mapping, CIM)定位不同年份的籽粒硬实性状相关的加性QTL, 同时采用IciMapping 4.1软件中的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping, ICIM)检测籽粒硬实性状的加性及上位性QTL。共检测到3个籽粒硬实性状相关的加性QTL, 分别位于第2、第6和第14染色体, 遗传贡献率范围为5.54%~12.94%。同时检测到4对上位性互作QTL, 分别位于第2、第6、第9、第12和第14染色体, 可解释的表型变异率为2.53%~3.47%。同时检测到籽粒硬实性状加性及上位性互作QTL, 且上位性互作多发生在主效QTL间或主效QTL与非主效QTL间, 表明上位性互作效应在大豆籽粒硬实性状的遗传基础中具有重要的作用。     

大豆蛋白质含量相关QTL间的上位效应和QE互作效应

利用Charleston×东农594重组自交系构建的SSR遗传图谱及混合线性模型方法对2002—2006连续5年的大豆蛋白质含量进行QTL定位,并作加性效应,加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。共检测到10个控制蛋白质含量的QTL,分别位于第B2、C2、D1a、E和N连锁群,其中1个表现为遗传正效应,9个表现为遗传负效应,另检测到15对影响蛋白质含量的加性×加性上位互作效应的QTL,解释该性状总变异的13.75%。环境互作检测中,发现9个QTL与环境存在互作,贡献率达到4.47%。     

利用高密度SNP 遗传图谱定位小麦穗部性状基因

小麦穗部性状之间相关性密切, 其中穗粒数和千粒重是重要的产量构成要素, 挖掘与穗部性状相关联的基因位点对分子标记辅助育种及解释基因效应具有重要意义。本研究以RIL群体(山农01-35×藁城9411) 173个F_8:9株系为材料, 利用90 k小麦SNP基因芯片、DArT芯片技术及传统的分子标记技术构建的高密度遗传图谱, 在5个环境下进行穗部相关性状QTL定位。检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上7个控制千粒重的加性QTL, 解释表型变异率6.00%~36.30%, 加性效应均来自大粒母本山农01-35; 检测到8个控制穗长的加性QTL, 解释表型变异率14.34%~25.44%; 3个控制穗粒数的加性QTL; 5个控制可育小穗数的加性QTL; 3个控制不育小穗数的加性QTL, 贡献率为8.70%~37.70%; 4个控制总小穗数的加性QTL; 6个控制小穗密度的加性QTL。通过基因型与环境互作分析, 检测到32个加性QTL, 解释表型变异率0.05%~1.05%。在4B染色体区段EX_C101685–RAC875_C27536检测到控制粒重、穗长、穗粒数、可育小穗数、不育小穗数、总小穗数的一因多效QTL,其贡献率为5.40%~37.70%, 该位点在多个环境中被检测到, 是稳定主效QTL。在6A染色体wPt-0959-TaGw2-CAPS区间上检测到控制粒重、总小穗数的QTL。研究结果为穗部性状的分子标记开发、基因精细定位和功能基因克隆奠定了基础。     

小麦GMP含量发育动态的QTL定位

利用小麦京771和Pm97034杂交后代重组自交系（RIL）群体,对小麦谷蛋白大聚合体（GMP）含量发育动态进行了QTL定位研究。结果表明,在籽粒灌浆的5个不同时期,共检测到8个条件QTL和10个非条件QTL,但没有一个QTL能在测定的5个时期都有效应。花后12 d,控制GMP形成的基因就已经有了一定的表达量,条件QTL能解释6.21%的表型变异,该基因位于1A染色体上。花后17 d,在1D染色体上测到了1个新表达的条件QTL位点,单独能解释14.14%的表型变异。花后22 d,控制GMP形成的基因的表达比较活跃,非条件分析检测到3个QTL位点,条件分析检测到2个QTL位点,这5个QTL位点分别位于1B、5B、6B和7B染色体上,其效应值都比较低,2个条件QTL共同能解释12.67%的净表型变异。花后27 d,在2D和3B染色体上各检测到2个条件和非条件QTL位点,加性效应值比较大。条件QTL能解释16.37%的表型变异,非条件QTL能解释23.94%的变异。花后32 d,仍有2个新的基因位点在表达,但此时QTL的净表达量已经开始下降,条件QTL仅能解释11.43%的表型变异。     

QTL analysis for wheat falling number in a recombinant inbred line population segregated with 1BL/1RS translocation in a rainfed agricultural area of China

Falling number (FN) is an inner quality trait in wheat (Triticum aestivum L.) ultimately determining the end use of wheat kernels. In this 3-year study, 171 recombinant inbred lines derived from Chuannong17 (a 1BL/1RS tranlocation parent) × Mianyang11 were planted in the Sichuan Basin, a rainfed agricultural area in southwestern China. In this climate, we found that FN had significant differences between 1BL/1RS translocation lines and non-1BL/1RS translocation lines in two of the 3 years and the heavy fluctuation of rainfall and temperature resulted in decreasing FN in grain filling period. We used 191 simple sequence repeats markers to construct a genetic linkage map and then detected 11 additive effect FN quantitative trait loci (QTL) on chromosomes 2B, 3D, 4A, 4D, 6B and 7D, explaining 5.48–31.91% of the phenotypic variance. The FN QTL on chromosomes 4A, 4D and 6B were major or stable and detected at least in 2 years, whereas the Qfn.sicau-3D.1 in 2015 year explained the maximum phenotypic variation (about 31.91%). Furthermore, FN QTLs additive and epistatic effects as well as their interactions with environment were estimated by a mixed linear model approach. We found that the additive effect QTLs had no significant additive × environment interaction, while the paired QTLs had significant additive × additive epistatic effects however none had a significant additive × additive epistasis × environment interaction effect, excluding the paired QTLs Qfn.sicau-3B/Qfn.sicau-5B.     

水稻苗期耐Cd胁迫的QTL定位分析

[目的]进行水稻苗期耐Cd胁迫的QTL初步定位。[方法]（1）以Lemont（美国）和Dular（印度）杂交建立的重组自交系（RILs）群体,包括123个家系和亲本在内,用含有0.2mg/L镉的水培液进行处理,以不加镉培养的水培液作为对照,考察了叶绿素含量、根长、株高、叶长等4个性状,并转换成抗性指数,用于评价水稻对Cd污染的抗性指标。（2）在已构建的以109个引物为基础的遗传图谱上进行复合区间定位。[结果]（1）共检测到9个加性QTLs,涉及1,2,3,11等4条染色体,其中,以叶绿素抗性指数为指标,检测到3个与耐Cd有关的QTLs 分别位于第2,3,11染色体上,解释了14%,9%,9%的表型变异;（2）以根长抗性指数为评价指标,只定到1个位于第1染色体上控制耐Cd的QTLs,解释了9%的表型变异; （3）用株高抗性指数进行定位,共有3个与耐Cd相关的QTLs,位于1,1,11染色体上,分别解释了10%,27%,10%的表型变异;（4）而以叶长抗性指数进行水稻秧苗耐Cd性表现的QTL定位,结果发现也有2个QTLs与其耐Cd 反应有关,它们分别位于1,11染色体上,解释了21%,12%的表型变异。分析表明,在采用不同评价指标所检测到的9个与耐Cd相关的QTLs中,有7个集中于第1和第11染色体上,其中第1染色体上有4个,第11染色体上有3个。（结论）以株高和叶绿素抗性指数为评价指标,检测到的QTLs最多,根长抗性指数为评价指标的最少。研究还发现在第1和第11染色体上的相同区间内同时检测到以不同抗性指数为评价指标的多个与耐Cd相关的QTLs,推测它们可能是功能相同的几个紧密连锁的非等位基因,也可能就是同一等位基因的不同表现形式,从而也说明了该评价指标用于基因定位的准确性和可行性。     

大豆叶面茸毛密度和长度的QTL定位

大豆叶茸毛形态对抗虫性、耐旱性等均有重要作用。本研究利用2个重组自交系群体NJRIKY (KY)和NJRIXG (XG)进行叶面茸毛密度和长度的遗传与QTL定位分析。结果表明,2个性状在2个群体中均有大幅度变异,存在不同程度的超亲分离,两者有极显著负相关(r= –0.49和–0.62),叶面茸毛密度的遗传率(75.7%~76.8%)高于叶面茸毛长度的遗传率(45.2%~62.9%);检测到2个叶面茸毛密度主效QTL (XG群体的PD1-1和KY群体的PD12-1,表型贡献率分别达20.7%和21.7%);两群体叶面茸毛密度遗传构成中加性QTL贡献率占20.7%~36.2%,互作QTL只占0%~1.4%,而未定位到的微效QTL所占份额很大,为38.1%~56.1%,是以往只用定位程序而未注意遗传构成解析所没有发现的特点;未在KY中检测到叶面茸毛长度加性QTL,互作QTL贡献率也仅4.2%,而微效QTL贡献率达58.7%;但在XG中叶面茸毛长度加性QTL Pl1-1和Pl12-1贡献率分别达18.3%和22.5%,占主要成分,互作QTL和微效QTL贡献均较小,说明该性状两群体的遗传构成有很大差异。大豆叶面茸毛密度和长度的遗传涉及多个效应不同的基因/QTL。     

Analysis of QTL responsible for grain iron and zinc content in doubled haploid lines of rice (Oryza sativa) derived from an intra-japonica cross

Quantitative trait loci (QTL) related to the grain iron and zinc contents of brown rice were mapped by using a doubled haploid population derived from an intra-japonica cross between 'Hwaseonchal' and 'Goami 2'. QTL–QTL, background–QTL, and background–background interactions and candidate genes that affect grain iron and zinc contents were preliminarily identified. Twenty-one iron- and zinc-related QTL were found. The major-effect QTL qFe7 and qZn7 provided the highest contribution to phenotypic variance for grain iron and zinc contents. The colocation of zinc- and iron-related QTL on chromosomes 1, 4, 7 and 11 may account for the strong correlation between iron and zinc contents. A region on chromosome 7 and epistatic interaction between loci on chromosomes 2 and 10 affected iron content. qZn7 and qZn11.3 exerted additive effects on zinc content. Eleven iron- and zinc-related candidate genes colocated with qFe7, qZn7 and the region on chromosome 7 with an additive effect on iron content. The major-effect QTL identified here may be useful for breeding biofortified rice.