棉花陆海渐渗系双交分离群体产量和纤维品质性状的QTL定位

【目的】利用海岛棉染色体片段渐渗系对棉花产量和纤维品质相关QTL(Quantitative trait locus)进行定位。【方法】以陆地棉中棉所45和海岛棉海1高代回交自交获得的4个优质海岛棉染色体片段渐渗系MBI7115、MBI 7412、MBI 7153、MBI 7346为亲本,通过[(MBI 7115×MBI 7412)×(MBI 7153×MBI 7346)]构建双交F_1及F_(1:2)群体。利用微卫星标记(Simple sequence repeat,SSR)对亲本及双交F_1进行基因型分析,并对F_1、F_(1:2)群体的产量和纤维品质相关性状进行QTL定位。【结果】4个渐渗系遗传背景恢复到轮回亲本中棉所45的比例均在97%以上,在2个群体中共检测到41个QTL,分布在11条染色体上。其中与纤维品质相关的有30个,表型贡献率在1.11%~11.80%;与产量相关的有11个,表型贡献率在1.09%~13.57%。【结论】有5个纤维品质相关的QTL能同时在2个群体中检测到且均为新发现的QTL。这一结果为进一步精细定位和开展棉花分子标记辅助育种提供了重要依据。     

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。     

利用双向导入系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同交导入系为材料,在温室140 mmolL-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火性状的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佗基因.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.     

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。     

基于陆地棉背景的海岛棉染色体片段导入系产量性状QTL定位

棉花产量分为籽棉产量和皮棉产量,其中高皮棉产量总是育种的首要目标。皮棉产量由单株铃数、衣分、单铃重等因素组成。其中衣分在各因素中的遗传率最高,同时也是产量育种中重要的选择指标。育种中利用分离群体对单株铃数、铃重等产量性状选择受环境影响较大。利用染色体片段导入系进行铃数、铃重等产量性状的定位,定向改良产量性状,是棉花分子设计育种的有效方法。本研究利用陆地棉TM-1为轮回亲本和海岛棉海7124为非轮回亲本构建了一套陆地棉背景的染色体片段导入系,并在7个环境的田间试验下,鉴定了它们的产量表现,定位了28个与单株铃数、铃重、衣分和籽指相关的QTL。其中,在Dt亚组染色体上鉴定出的产量性状QTL多于在At亚组染色体上鉴定出的。28个QTL中,加性效应为正的16个,加性效应为负的12个,表明海岛棉不同的导入片段效应不同,有的片段可以提高陆地棉产量,有的则降低陆地棉产量。在6个环境下,导入系IL008(特征标记NAU2573和NAU3576)的衣分均显著高于轮回亲本TM-1,因此IL008可以应用于棉花分子育种,定向改良陆地棉的衣分。     

毛棉苗期抗旱性状的QTL定位

【目的】通过分析毛棉苗期抗旱相关性状的数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL),以期检测稳定的主效QTL,促进栽培品种抗旱性状遗传改良及提高抗旱育种效率。【方法】以四倍体野生种毛棉(Gossypium tomentosum)和陆地棉品种中棉所12(CCRI 12)的种间杂种F2及其F2:3家系为研究材料,用于基因型分型的F2有188个系,用于表型分型的F2:3家系有149个株系。分别在干旱胁迫和正常灌水2个环境下调查表型数据。采用复合区间作图法对F2:3家系苗期相关性状抗旱系数进行QTL定位。【结果】对苗期相关性状抗旱系数的QTL定位分析,共得到16个QTL,其中与株高、叶片数、叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量抗旱系数相关的QTL分别有5个、1个、3个、3个、4个,分布在13条染色体上。来自毛棉的5个加性QTL分别为qSHDC-19-1、qSHDC-19-2、qSLNDC-5-1、qMDADC-24-1、qMDADC-24-2,其加性效应值为0.10~0.22,解释变异9.4%~25.8%。【结论】这些与抗旱相关的QTL有助于棉花抗旱分子标记辅助选择。     

42个新疆海岛棉品种萌发期耐盐性评价

为了解新疆海岛棉品种在萌发期的耐盐性差异,用150mmol/L的NaCl对42个新疆海岛棉品种进行萌发期耐盐性评价和筛选。结果表明,在盐胁迫下,42个海岛棉品种发芽率、发芽势、发芽指数和鲜重均受到不同程度的抑制;各指标间存在极显著相关;通过主成分分析确定了2个主成分,主要反映萌发、干物质积累和含水量;主成分综合得分值和模糊隶属函数均值之间呈极显著正相关。通过二者的综合评价值,将42个海岛棉品种聚为4类,分别为高耐盐、中耐盐、弱耐盐和盐敏感类品种,为海岛棉品种的耐盐性评价和鉴定提供理论基础。     

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。     

从回交导入群体中筛选耐盐和抗旱水稻植株

盐害和干旱已经成为水稻产量的限制因子。培育耐盐和抗旱水稻品种的前提是高效筛选携带耐盐和抗旱基因的单株。本研究以黄华占为轮回亲本,来源于不同国家的46个品种为供体培育的BC2F2群体为材料,进行苗期耐盐和生殖生长期抗旱筛选。尽管供体和受体本身不具备耐盐性和抗旱性,但导入后代普遍出现耐盐和抗旱的超亲分离,表明供体品种普遍存在提高导入后代耐盐和抗旱的有利"隐蔽基因"。与耐盐性表现相比,导入后代出现抗旱株的组合数和每个群体中筛选出的抗旱株数均显著多于耐盐性,表明抗旱"隐蔽基因"更广泛分布在不同籼粳水稻品种中,而且抗旱性可能比耐盐性具有更广泛的适应机制。研究表明,培育回交导入系加以适当的选择压是发掘耐盐和抗旱"隐蔽基因"的有效方法。     

海岛棉和陆地棉花铃期光合特性及氮素累积特性的差异

【目的】在相同栽培条件下,探讨海岛棉与陆地棉在花铃期光合特性的差异以及干物质、氮素积累与分配的规律,以期为海岛棉田间管理提供依据。【方法】以新陆中75号、新陆中54号、新海35号和新海48号为材料,研究陆地棉与海岛棉在相同管理条件下净光合速率、叶片温度、光照度以及干物质和氮素积累与分配的特点。【结果】在花铃期,陆地棉的P_n较海岛棉高,叶片温度、光照度低,G_s对P_n的影响,在海岛棉和陆地棉之间差异极小;陆地棉单株干物质积累总量、日积累量和生殖器官的日增长量在全生育期内高于海岛棉,生殖器官干物质所占比例在生育前期小于海岛棉,后期大于海岛棉;其中氮素快速积累开始期新陆中54号较新海48号晚,氮素快速积累期短,但氮素积累速率最大时刻的积累速率高,生殖器官氮素快速积累开始期晚,快速积累持续期长。【结论】海岛棉较陆地棉光合物质生产输出效率低,在生育后期生殖器官干物质以及氮素所占比例低。因此,在实际生产中应根据不同地区适当增加盛花-盛铃阶段对海岛棉水肥分配比例。     

基于黄褐棉导入系群体定位抗黄萎病QTL

【目的】黄萎病(Verticillium wilt)是棉花生产中的最主要病害，且棉花黄萎病的致病机理尚不清楚。通过构建黄褐棉导入系群体定位棉花黄萎病抗性相关的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL)，为抗黄萎病分子标记开发和辅助育种提供参考。【方法】以陆地棉(Gossypium hirsutum)B0011为轮回亲本、黄褐棉(G.mustelinum)为供体亲本，构建有71个株系的BC₅S₅群体。利用2 839个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记结合表型值进行黄萎病抗性相关QTL定位。【结果】共检测到15个与黄萎病抗性相关的QTL，可解释4.21%～26.77%的表型变异。加性效应分析表明：其中6个QTL的有利等位基因来源于黄褐棉，9个QTL有利等位基因来自B0011。同时，qVW-A01-1、q VW-A02-2和qVW-A07-2在2个及以上环境中被检测到，表型变异解释率分别为15.56%～16.56%、11.95%～24.62%和13.22%～16.7...     

陆地棉苗期耐盐性的高效鉴定方法

利用2个耐盐和2个盐敏感的陆地棉品种,分别设置对照和4% (40 g L^–1)浓度NaCl溶液处理三叶期幼苗,处理72 h后调查盐害指数,测定地上部分鲜重、根鲜重、叶片相对含水量、叶绿素荧光参数、相对电导率、丙二醛含量、抗氧化酶类活性等13个与耐盐性相关的重要指标。利用灰色关联聚类、主成分分析和逐步回归等方法综合评价陆地棉苗期耐盐性,认为最大光化学效率(F_v/F_m)可以作为鉴定陆地棉苗期耐盐性的关键指标,构建耐盐指数(y)方程y = 1.943x – 0.882,(x = 最大光化学效率),同时结合另外2个耐盐和2个盐敏感品种所得方程y值对耐盐等级进行划分。进一步利用23个已知耐盐性的品种检验方程,计算结果与田间鉴定结果完全一致。因此选用最大光化学效率作为唯一指标鉴定陆地棉苗期耐盐性,高效准确,同时通过构建方程和划分耐盐等级,为未来大规模陆地棉品种资源耐盐性鉴定提供技术标准和研究基础。     

水稻耐盐性的遗传和分子育种的研究进展

盐胁迫是造成水稻减产的重要环境因素之一。本文从维护膜系统的完整性、离子的区隔化以及渗透调节等三个方面介绍了水稻耐盐性的机理;简要描述了水稻生物耐盐能力、农艺耐盐能力和离体细胞对盐害反应等三种耐盐鉴定方法。总结了近年来对水稻耐盐种质资源的发掘、耐盐性QTL定位和重要基因的克隆以及耐盐水稻选育所取得的进展。通过长期水稻耐盐性评价、已发掘了一些耐盐的水稻种质;定位了七十多个控制Na+/K+含量、存活天数等耐盐性相关性状的QTL;两个水稻耐盐基因SKC1和DST已被克隆;我们已获得系列不同程度耐盐的转基因植株和SKC1/BADH两类耐盐基因聚合系。本文进一步讨论了水稻耐盐性机制的研究以及在生产实践中应用的前景,试图为深入开展水稻耐盐性研究提供参考。     

基于CSSL的水稻芽期耐盐性QTL定位

水稻耐盐遗传位点的发掘可为其耐盐遗传机制的研究提供理论基础,为耐盐品种培育提供基因资源。利用一套以9311为背景亲本导入了日本晴染色体片段的染色体片段置换系(CSSL)为试验材料,对芽期耐盐性进行快速鉴定,并分析了耐盐QTLs。结果表明,9个CSSLs表现出显著耐盐性,经过遗传背景的高密度分子标记检测,利用代换作图方法定位到4个芽期耐盐相关QTLs,分别位于水稻第1,2,4和11号染色体上,命名为q SAT1、q SAT2、q SAT4和q SAT11,其中q SAT1在含4个重叠片段的CSSLs中被检测到,其余3个QTLs均在含2个重叠置换片段的CSSLs中被检测到,经比较发现4个QTLs与已克隆水稻耐盐基因均不在同一染色体区间,说明为新的耐盐基因候选位点。结果对进一步发掘和利用新的水稻耐盐QTL具有重要意义。     

转GHABF4转录因子棉花植株的耐盐性研究

AREB/ABFs转录因子家族基因主要参与干旱、高盐、低温等胁迫应答反应。为了获得具有较高耐盐水平的棉花新种质材料,通过农杆菌介导法将耐盐转录因子基因(GHABF4)导入陆地棉中棉35中,通过对转化植株的卡那霉素初步筛选及T1、T2、T3目的基因PCR的分子检测,获得T3转基因棉花纯合系。通过盐胁迫试验对5个T3转基因棉花株系和非转基因棉花对照进行耐盐性分析。结果表明,在200 mmol/L Na Cl胁迫下,与非转基因对照相比,5个转基因棉花株系株高提高2.5~4.4 cm,地上部分的鲜质量增加3.6%~11.8%;且抗氧化物酶SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量提高。在盐胁迫条件下,转GHABF4基因棉花表现出优良的生长和生理优势,转GHABF4基因能够提高棉花的抗盐能力。     

四倍体棉花GAE基因家族的鉴定及其在棉纤维发育中的表达分析

【目的】通过对陆地棉及海岛棉GAE基因家族进行全基因组分析,为深入研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供理论依据。【方法】利用生物信息学分析软件,对GAE基因家族进行全基因组鉴定,根据转录组数据分析在纤维发育过程中的表达规律。【结果】陆地棉GhGAE家族包含21个成员,海岛棉GbGAE家族有22个成员,分为3个亚组,多数Gh GAEs和Gb GAEs基因没有内含子,共分布在12条染色体上。GAE氨基酸序列保守基序有4个,保守性较强,且GAE蛋白均定位于高尔基体膜。根据GAEs在陆地棉、海岛棉纤维发育不同时期的表达变化,将其分为纤维起始期高表达、纤维伸长期高表达、次生壁增厚期高表达、全时期低表达4类模式。其中GhGAE01、GhGAE02、Gh GAE11、Gh GAE12在陆地棉中高水平表达,GbGAE01、Gb GAE02、GbGAE11、Gb GAE12在海岛棉中高水平表达,推测这些基因可能在纤维发育过程中发挥着重要作用。【结论】上述结果为研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。     

福建省野生大豆耐盐种质的筛选

盐害是一种重要的非生物胁迫之一,限制植物的生长并降低作物的产量和品质,野生大豆是栽培大豆的近缘野生种,含有诸多优异的基因。为评价野生大豆的耐盐性,试验采用漂浮育苗方法,以NaCl致死浓度为评价指标,对244 份野生大豆苗期的耐盐性进行鉴定。结果表明野生大豆种质致死浓度最低为200 mmol/L,最高为300 mmol/L,并从中筛选出致死浓度为290 mmol/L 耐盐种质14 份,占供试材料的6%,致死浓度为300 mmol/L 的耐盐种质2 份,占供试材料的1%;致死浓度为200 mmol/L 的盐敏感种质15 份,占供试材料的6%;致死浓度为270 mmol/L的材料最多,共计36 份,占供试材料的15%,其次是致死浓度为220 mmol/L 的材料32 份,致死浓度为280 mmol/L 的材料29 份。综上表明野生大豆种质资源耐盐性差异较大,含有丰富的遗传变异,有望筛选出优异的耐盐种质,用于耐盐QTL的定位和耐盐机理的研究。     

利用黄褐棉染色体片段导入系定位产量和纤维品质性状QTL

陆地棉的遗传基础狭窄,阻碍了棉花的遗传改良进程。为有效拓宽陆地棉的遗传基础,本试验利用野生种黄褐棉(AD4)为供体亲本,以综合性状优良的B0011品系为受体亲本(国审棉华杂棉H318的亲本之一),构建了含71个株系的导入系BC5S5群体。基于SLAF-seq的基因分型和多年多点田间试验的综合分析表明,该导入系在产量和纤维性状方面具有很大的变异,共检测到48个QTL,其中包含19个产量和29个纤维构成因素相关的QTL。在At亚组检测到9个性状的32个QTL,在Dt亚组为16个。进一步对QTL加性效应方向分析显示,其中有30个QTL的加性效应为正,18个QTL的加性效应为负。本研究结果为利用黄褐棉重要农艺性状有利等位基因改良陆地棉产量和品质奠定了基础。     

利用回交导入系群体发掘水稻种质资源中的有利耐盐QTL

以中等感盐籼稻IR64与粳稻Tarom molaii培育的85个BC₂F₈回交导入系为材料，定位苗期在140 mmol L^-1 NaCl胁迫下影响叶片盐害级别、幼苗存活天数、地上部和根部的K⁺、Na⁺浓度等6个耐盐相关性状的QTL。幼苗存活天数与地上部Na⁺浓度呈极显著负相关，与地上部K⁺浓度呈显著正相关，与根部K⁺、Na⁺浓度无关，表明叶片盐害是由于地上部Na⁺积累过多造成的。根部K⁺浓度与Na⁺浓度高度正相关，但与地上部的K⁺、Na⁺浓度均无关，表明根对K⁺、Na⁺的离子吸收与向地上部运输存在不同的机制。检测到影响6个耐盐相关性状的23个QTL，包括影响叶片盐害级别的5个、幼苗存活天数的6个、地上部K⁺浓度的4个、地上部Na+浓度的4个、根部K+浓度的1个和根部Na+浓度的3个。影响地上部K⁺、Na⁺浓度与影响根部K⁺、Na⁺浓度的QTL分布在不同基因组区域，进一步表明根和茎对K⁺、Na⁺的吸收存在不同的遗传机制。通过比较图谱，发现影响耐盐相关性状的23个QTL中有12个（占52.2%）与以往不同群体中影响耐盐相关性状的QTL定位在同一或相邻的染色体区域。其中在第2染色体RM240~RM112区间检测到1个影响地上部所有4个耐盐相关性状的主效QTL，其增加耐盐性的有利基因来自供体Tarom molaii，适宜用作标记辅助选择耐盐性的遗传改良。对从种质资源中发掘“隐蔽”耐盐QTL进行了讨论。