中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的巢式关联分析群体(nested association mapping population,NAM)为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归(Joint stepwise regression)模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状(主要是行粒数和百粒重)与小区产量均表现出较高的正相关关系。但强优势测交组合(郑58测交群体)的产量表现与NAM群体自身的产量表现相关性较低,表明相对于弱优势测交组合(昌7-2测交群体),强优势测交组合的产量表现受RIL家系自身的产量影响较小。QTL定位结果表明,与NAM群体相比,利用其测交群体检测到的QTL数目较少,但能解释更高的表型变异。昌7-2和郑58测交群体定位到的QTL中,分别仅有27%和25%的位点与NAM群体定位结果重叠或相邻。主效位点的复等位分析结果表明,对于郑58测交群体(强优势测交组合),在单穗产量QTL中,68.69%的增产等位变异来自骨干亲本黄早四。但在昌7-2测交群体中(弱优势测交组合),仅有36.36%的增产等位变异来自黄早四。利用郑58测交群体共鉴定到13个重要的产量相关基因组区段,来自黄早四的等位变异在其中的11个区段表现为增产,这些区段对黄早四杂种优势的形成可能具有重要作用。QTL所在区域的重组率分析结果表明,利用郑58测交群体检测到的QTL所在区域具有较低的遗传重组率,符合杂种优势相关位点更容易分布于低重组区的基因组基本特征。【结论】在强优势测验种郑58遗传背景下,来自黄早四的等位变异对测交组合的产量具有重要遗传贡献,定位到的相关遗传区段与玉米杂种优势形成密切相关。     

基于SSR遗传标记的玉米骨干亲本黄早四传递到衍生系的重要基因组区段分析

研究玉米骨干亲本黄早四传递到衍生系中的重要基因组区段及其分布,对系统了解黄早四成为中国玉米育种骨干亲本的遗传机制有重要意义,并且能为进一步发掘黄早四及其衍生系中控制重要性状的基因提供理论依据和参考。以我国玉米骨干亲本黄早四及其主要衍生系共计35份自交系为试验材料,利用覆盖玉米全基因组的255个SSR标记进行遗传分析,结果表明:黄早四衍生系中存在着丰富的遗传变异,即使是不同来源的同一名称材料也存在一定遗传差异。在黄早四的遗传改良过程中,选择发挥了重要作用。在DNA水平上,检测到黄早四传递到衍生系中频率较高的48个基因组区段及一些优势等位变异,其中部分区段与前人研究报道的控制黄早四抗病性、产量和株高等性状的基因或QTL相一致。所检测到的在黄早四及其衍生系中传递频率较高的区段可能是决定骨干亲本黄早四优良特性的重要基因组区段,可作为今后进一步深入研究的重要候选区段。     

玉米抗矮花叶病毒B株系的QTL定位

为明确玉米对矮花叶病的抗病机制,以代表国内外两大玉米杂种优势类群的优良自交系黄早4和Mo 17为亲本,构建了含239个重组自交系的F9代分离群体,并利用该群体构建了包含101个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱全长1422.7 cM,标记间的平均图距为15.6 cM。通过人工接种病毒鉴定,评价了亲本及群体对玉米矮花叶病毒B株系的抗性反应。采用复合区间作图法对玉米矮花叶病抗性QTL进行了定位及其遗传效应分析,在第5、6染色体上,各定位了控制发病率的1个微效QTL和1个主效QTL,分别与标记Bnlg602和Bnlg161连锁,其遗传效应能分别解释表型方差的2.3%和33.8%。     

玉米无叶舌种质及其杂种优势利用

试验以P178/lg无叶舌自交系为供体,昌7-2、郑58自交系为轮回亲本,进行多株杂交和连续多代回交,育成3个优良无叶舌自交系综58/lg、郑58/lg、昌7-2/lg。产量配合力测验结果表明,郑58/lg无叶舌自交系一般配合力高;组合郑58/lg×昌7-2、郑58×昌7-2/lg特殊配合力高。测交种比较试验结果表明,父母本均为无叶舌自交系杂交,其杂交种叶片直立、抗倒性差、杂种优势弱;非无叶舌与无叶舌自交系杂交,其杂交种株型理想,穗上叶茎叶夹角和雄穗分枝夹角小、叶片直立、抗倒伏、杂种优势强、产量高。在杂种优势模式指导下,非无叶舌×无叶舌自交系是选育耐密玉米新品种的有效途径。     

玉米穗三叶叶宽QTL定位及Meta分析

为了鉴定控制玉米穗三叶叶宽的主效QTL,以玉米自交系郑58和D863F为亲本,构建了包含241个家系的重组自交系群体,对河南原阳、西平以及海南乐东3个环境下的玉米穗三叶叶宽进行表型测定,利用215对SSR标记构建遗传图谱,对3个环境下的玉米穗三叶叶宽进行QTL定位研究。结果表明,郑58与D863F的穗三叶叶宽存在极显著差异,且RIL群体中穗三叶叶宽表现出连续变异,基本符合正态分布,属于典型的数量性状。3个环境下的穗三叶叶宽共定位到17个QTL,单个QTL解释表型变异率为5.30%～12.77%。其中,有3个QTL分别在2个及以上环境同时检测到,是控制穗三叶叶宽的主效QTL。通过Meta-QTL分析共得到12个mQTL,检测到的5号染色体上的qThiLW2-5位于mQTL5-1区段内,qFirLW2-6位于mQTL6-1区段内,qFirLW1-8、qFirLW2-8、qSecLW2-8位于mQTL8-1区段内。     

大豆重组自交系群体NJRSXG百粒重超亲分离的遗传解析

【目的】解析大豆重组自交系中百粒重的QTL及其等位变异效应,探究重组自交系中百粒重存在超亲分离的原因,为进一步培育不同类型百粒重大豆提供遗传依据。【方法】利用以先进2号和赶泰2-2为亲本衍生的重组自交系群体NJRSXG为材料,在2009-2011年共5种环境下测定百粒重表型数据,建立具有400个SSR标记的遗传图谱,选用QTLNetwork V2.1软件中混合模型区间作图方法（mixed model based composite interval mapping,MCIM）对表型数据和基因型数据进行大豆百粒重QTL定位研究。在定位结果基础上,分析每个重组自交系群体中每个家系百粒重QTL等位变异类型,建立百粒重QTL-allele矩阵。【结果】5种环境试验的平均结果,亲本先进2号和赶泰2-2的百粒重分别为16.92和14.14g,重组自交系百粒重变幅为12.09-25.01 g,存在超亲分离,多环境下遗传变异系数（genotypic coefficient of variation, GCV）为16.06%,遗传率为96.17%。利用MCIM方法联合5环境原始数据,总共检测到10个加性QTL和9对上位性QTL,10个加性QTL的表型变异解释率变幅为0.69%-14.93%,其中Sw-05-2、Sw-08-1、Sw-12-1和Sw-17-1的表型变异解释率较高,分别为6.91%、14.93%、7.80%和5.01%,Sw-13-3为以往未见报道并兼具加性和上位性效应的位点。上位性QTL的表型变异解释率较小,变幅为0.31%-3.44%,其中Sw-e4的表型变异解释率最高。联合多环境方差分析和QTL定位结果,解析大豆百粒重的遗传结构,发现加性QTL累积贡献了47.91%表型变异,上位性QTL累积贡献13.06%表型变异,未检测出的微效QTL累计解释了35.20%的表型变异。在定位的同时,获得了QTL等位变异的效应,分析重组自交系及其亲本中百粒重QTL等位变异的组成,建立了NJRSXG的百粒重QTL-allele矩阵;两亲本分别具有7对和3对加性增效等位变异,属互补型组合;矩阵中没有一个重组自交家系包含所有减效等位变异或增效等位变异,表明重组自交家系具有进一步改良的潜力;大粒型家系具有较多增效等位变异,小粒型家系具有较多减效等位变异;说明百粒重位点间的重组是产生超亲家系的重要原因。【结论】利用重组自交系群体能够产生超亲分离家系;联合多环境数据检测到10个加性QTL和9对上位性QTL;百粒重QTL位点间的重组是超亲分离的原因;重组自交家系间具有进一步重组的潜力。     

玉米无叶舌种质与杂种优势利用研究

试验以新发现的隐性X178/lg无叶舌自交系为供体,以昌7-2、郑58自交系为轮回亲本,进行多株杂交和连续多代饱和回交,在较短时间内育成综58/lg、郑58/lg、昌7-2/lg共3个优良无叶舌自交系。产量配合力测验结果表明,郑58/lg无叶舌自交系一般配合力较高,郑58/lg×昌7-2、郑58×昌7-2/lg这2个组合特殊配合力较高。测交种试验结果表明,父母本同为无叶舌自交系杂交的杂交种,叶片直立、抗倒性差,杂种优势弱;一个非无叶舌与一个无叶舌自交系杂交的杂交种,穗上叶茎叶夹角和雄穗分枝夹角小,株高、穗位高、雄穗分枝适中,叶片窄而直立,群体通风透光性好,抗倒伏,杂种优势强,产量高。因此,在杂种优势模式指导下,采用非无叶舌×无叶舌自交系杂交方法是利用无叶舌种质选育紧凑型、耐密植玉米新品种的有效途径之一。     

特异玉米种质四路糯的穗行数遗传解析

【目的】玉米穗行数与产量密切相关,剖析其遗传基础对指导玉米育种实践具有重要意义。【方法】以只有4行籽粒的中国特异地方品种四路糯选系和多穗行数的自交系农531为亲本,采取单粒传法（single seed descend method, SSD）构建正反交F2:3分离群体。在北京昌平和河南新乡采用随机区组试验设计进行分离群体家系的穗行数表型鉴定。与此同时,根据玉米基因组数据库上公布的标记信息,在全基因组范围内筛选获得173个具有多态性的SSR标记,用于群体基因型鉴定及遗传图谱构建。采用完备区间作图法（ICIM）和复合区间作图法（CIM）进行玉米穗行数QTL定位和遗传效应分析,利用SAS软件GLM程序估计主效QTL对分离群体穗行数遗传变异的贡献率。【结果】表型鉴定结果表明,亲本四路糯选系与农531的穗行数平均值分别为4.0行与19.2行,F2:3家系穗行数变化范围为4.0-17.4行。利用完备区间作图法,分别对北京昌平、河南新乡的正交F2:3群体进行穗行数QTL定位,2个环境下共检测到12个穗行数QTL,分布于除第1、7染色体外的其他8条染色体上。等位变异来源分析表明,本研究定位的QTL减效等位变异全部来自少穗行数亲本四路糯选系。共有5个主效QTL在2个环境下均被检测到,其中,位于bin2.04区间内的主效位点qKRN2-1在单环境下最大可解释群体穗行数变异的18.48%,其余4个主效位点及其单环境下解释的最大表型变异分别为qKRN4-2（11.58%）、qKRN5-1(13.55%)、qKRN8-2（16.91%）和qKRN9-1(9.66%)。利用复合区间作图法,在联合环境条件下共检测到5个穗行数QTL,分布在第2、4、5、8、9染色体上,每个QTL解释的表型变异范围为6.13%-10.05%,除位于第5染色体的QTL以外,其余4个位点与完备区间作图法定位到的主效QTL区间一致。一般线性模型分析显示,在2个环境下,5个主效QTL可分别解释正交F2:3群体51.5%（北京昌平）和54.0%（河南新乡）的表型变异。还定位到2对穗行数上位性QTL位点,分布于第2,、4、9染色体上,但表型贡献率分别仅为2.90%和1.80%。【结论】穗行数减效等位变异全部来自四路糯选系,鉴定出5个玉米穗行数主效QTL,分别位于bin2.04、bin4.09、bin5.04、bin8.05和bin9.03。表明该四路糯选系可作为重要的穗行数遗传研究材料,而定位到的主效QTL可作为玉米穗行数候选基因图位克隆和玉米遗传基础研究的重要候选区段。     

玉米自交系郑58及其改良系单株产量的遗传特性

为郑58在玉米育种中应用提供参考,以玉米自交系郑58及其改良系H-1、H-2、H-3、H-4、H-5为母本,Mo17、PH5AD、丹340、PH4CV和昌7-2为父本,采用不完全双列杂交(NCII)设计,研究郑58及其改良系单株产量的遗传特性。结果表明:30个杂交组合杂种优势平均为110.45%~173.25%,总平均为146.02%,其中,H-4×PH4CV杂种优势最强,达173.25%。H-1×Mo17杂种优势最弱,为110.45%。Wr+Vr的F+M项与Wr-Vr的F+M项均方差异显著,即玉米单株产量的遗传符合加-显-上位性遗传模型。单株产量广义遗传率与狭义遗传率较大且比较接近,该性状的加性效应大于非加性效应,很难受环境的影响,其变异有可能主要由遗传引起,可以在低世代对单株产量进行选择。     

玉米穗下节间长的杂种优势位点解析

【目的】穗下节间长决定着玉米的株高和穗位高2个重要的农艺性状,并与产量、抗倒性等性状密切相关。前期研究发现玉米穗下第7、8、9节间长对穗位高具有决定作用,并表现出较强的杂种优势。文章拟解析玉米穗下节间长,尤其是穗下第7、8、9节间长杂种优势的决定因子,为全面了解和应用杂种优势奠定基础。【方法】利用以lx9801为遗传背景的昌7-2染色体单片段代换系(single segment substitution lines,SSSL)为基础材料,分别与优良自交系郑58和浚9058构建了两套测交群体,通过两年两点试验对玉米第7、8、9节间长进行杂种优势位点分析。【结果】利用SSSL×郑58测交群体和SSSL×浚9058测交群体通过两年两点试验发现,2012年在浚县的第7、8、9节间长的中亲优势值分别为57.25%和78.16%、68.30%和75.04%、59.48%和62.85%;2012年在长葛的第7、8、9节间长的中亲优势值分别为48.27%和63.02%、43.36%和54.80%、37.26%和42.62%;2013年在浚县的第7、8、9节间长的中亲优势值分别为23.01%和37.00%、22.69%和35.65%、22.20%和34.74%;2013年在长葛的第7、8、9节间长的中亲优势值分别为21.86%和33.19%、20.99%和35.57%、27.55%和42.19%;共定位了18个和18个第7节间长杂种优势位点,20个和23个第8节间长杂种优势位点,17个和19个第9节间长杂种优势位点。2个测交群体第7、8、9节间长相同的HL分别有3个、3个和1个,共有7个HL相同,分别占2个总测交群体中HL数的12.7%和11.6%。【结论】在SSSL×郑58群体定位的第7、8、9节间长HL与SSSL×浚9058群体的定位结果相比仅有7个(6%)相同位点,说明不同群体之间的杂种优势位点差别较大,几乎没有相同的杂种优势位点,推测在不同遗传背景下控制同一性状的杂种优势位点并不相同,据此推论,在单基因水平上,杂种优势位点表现出杂交组合(遗传背景)特异的特征。     

基于掖478导入系的玉米产量性状QTL鉴定

 目的】鉴定玉米产量相关性状基因位点及包含有利等位基因的导入系,为了解产量性状形成的遗传基础及针对玉米自交系产量性状的分子设计提供参考和依据。【方法】以QB80和Qi319为供体亲本,掖478为轮回亲本,采用回交结合定向选择,分别构建含有61和72个家系的基础导入系群体。通过2年4点田间试验,利用完备复合区间作图进行产量及其相关性状的QTL（quantitative trait locus,QTL）分析。【结果】4个环境下,在QB80为供体的导入系群体中,共检测到9个性状的49个QTL;在Qi319为供体的导入系群体中,检测到9个性状的42个QTL。在2个及以上环境中均检测到的QTL有16个。同一性状在不同环境下所检测的QTL定位在相同的染色体区域,不同性状的QTL也定位在相同或临近的染色体区域,形成多个QTL富集区。2个群体所检测的QTL位点具有较少的一致性,说明2个供体材料中含有不同的有利基因位点。同时,导入片段中含有利基因的导入系,其相关性状明显得以改良,这些导入系可用于QTL聚合以改良掖478的产量相关性状。【结论】QB80较Qi319与掖478间的遗传差异更大,能检测更多的产量性状QTL;2个导入系群体中含有优良等位基因的导入系可用于QTL聚合改良掖478;QTL富集区是为产量性状基因的克隆提供可供参考的重要染色体区域。     

水稻产量性状杂种优势的QTL定位

 【目的】利用QTL定位方法检测水稻产量性状杂种优势QTL,并解释杂种优势产生的可能分子机理。【方法】利用重组自交系与亲本协青早B构建BC1杂种群体,通过两地重复试验,以中亲优势考察6个产量性状的杂种优势表型,利用Windows QTL Cartographer 2.5的复合区间作图法检测其QTL。【结果】多数产量性状均表现出较强的杂种优势。在两地试验中,共检测到20个产量性状杂种优势QTL,分布在水稻第2、3、6、7、8、10等6条染色体上,包括3个控制单株产量杂种优势的QTL、2个控制单株穗数杂种优势的QTL、6个控制每穗总粒数杂种优势的QTL、4个控制每穗实粒数杂种优势的QTL、4个控制结实率杂种优势的QTL和1个控制千粒重杂种优势的QTL。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为4.90%—12.85%。【结论】检测到控制6个产量性状杂种优势的20个QTL,其中qHNP-3、qHTNSP-7、qHNFGP-7、qHSF-7、qHTGWT-3 5个QTL在两地试验中稳定表达;检测到的20个杂种优势QTL中,有13个与在RIL群体中检测到的QTL重叠,重叠率达65%,因此,认为来自纯系的产量性状加性效应对杂种优势产生具有重要贡献。     

基于高密度遗传图谱的玉米籽粒灌浆特性遗传解析

【目的】灌浆是玉米籽粒形成的重要生理过程,直接决定了籽粒的最终产量。了解玉米籽粒灌浆特性相关性状对粒重形成的作用,解析灌浆特性的遗传基础,为玉米高产育种实践提供指导。【方法】以中国玉米骨干自交系黄早四(HZS)、旅28(Lv28)为亲本构建的包含172个家系的重组自交系(recombination inbred line,RIL)群体为试验材料。首先,利用Logistic模型与Richards模型,进行玉米籽粒灌浆过程拟合度的比较分析。其次,利用方差分析、相关性分析及回归分析分别比较亲本籽粒灌浆特性的差异,研究群体中不同灌浆特性相关性状的关系及其对百粒重的贡献。然后,利用GBS方法,对群体进行基因型分型,选择亲本间多态性标记,构建遗传图谱。最后,利用完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行灌浆特性与生育期相关性状的QTL分析。【结果】籽粒灌浆一般呈现慢-快-慢的变化趋势,可分为缓增期、快增期以及减缓期3个阶段。通过比较不同灌浆模型的拟合度发现,基于Richards模型的预测值与表型值间的决定系数显著高于Logistic模型。比较亲本间灌浆特性的差异发现,黄早四的平均灌浆速率为旅28的1.28倍,但旅28的灌浆持续时间为黄早四的1.07倍,亲本之间在灌浆特性方面差异明显。群体表型相关性分析发现,除缓增期灌浆持续时间(T1)外,其他灌浆特性相关性状均与百粒重(HKW)存在显著的正相关关系。回归分析发现,快增期灌浆持续时间(T2)与灌浆速率(G2)可分别解释百粒重表型变异的57.50%和30.00%。利用多态性SNP标记构建了全长为1 471 c M,标记间平均遗传图距为1 c M的遗传图谱。多个环境下共检测到26个灌浆特性相关QTL、3个百粒重相关QTL及14个生育期相关的QTL,分布在玉米除第7染色体外的其他染色体上,LOD值介于3.27—9.05,单个QTL贡献率为5.97%—21.16%。同时,利用联合环境分析发现,控制不同性状的QTL定位在染色体相同或相近的位置,形成了多个分布于玉米基因组bin 1.05、bin 2.03、bin 4.05、bin 4.06、bin 7.04、bin 9.04的QTL富集区域。其中,在位于bin 4.05(48.24 Mb—135.73 Mb)和bin 9.04(110.40 Mb—114.73 Mb)的区间之内,共定位到多个仅与灌浆速率相关的主效QTL。【结论】Richards模型能够更好地模拟玉米籽粒的灌浆过程。在灌浆特性相关性状中,快增期灌浆速率与灌浆持续时间对于玉米粒重的增加具有重要作用。单环境检测发现,灌浆持续时间相关位点仅能在单环境中得以检测,表现为环境敏感类型。联合环境分析发现,在bin 4.05和bin 9.04区间内分别检测到仅与灌浆速率相关的主效QTL,可作为玉米籽粒灌浆研究的重点区域。     

玉米骨干自交系京2416杂种优势及遗传重组解析

【目的】 玉米骨干自交系京2416是以（京24×5237）×京24构建基础选系群体,利用高大严及同群优系聚合等选系技术选育的优良黄改群自交系。以其为父本育成的审定品种已有20多个,其中代表性品种京农科728,突破了黄淮海夏玉米籽粒机收技术瓶颈,成为中国首批通过国家审定的机收籽粒品种。通过分析京2416与X群种质的杂种优势,及其形成过程中的重组事件和黄早四基因组片段传递规律,解析京2416形成的遗传机制,以期为黄改系的进一步遗传改良提供参考。【方法】 选用黄早四、京2416及其2个选系亲本（京24和5237）为材料,与5份X群代表性自交系根据NCII遗传设计组配杂交组合,利用F₁产量相关性状单穗粒重的中亲优势、超高亲优势值和配合力效应值评估4份黄改系的杂种优势。对4份黄改系及5份X群自交系进行测序深度约为18×的全基因组重测序,用BWA、GATK等软件进行序列比对和变异检测,基于获得的SNP和InDel标记信息,利用GCTA和Treebest软件进行主成分分析和系统发生树构建,同源传递片段（identity-by-descent,IBD）使用IBDseq软件识别。【结果】 通过比较分析黄早四、京2416、京24、5237与5份X群代表系所配杂交组合的F₁产量相关性状发现,与其他3份材料（黄改系京24、5237和黄早四）相比,京2416具有更高的超高亲优势和一般配合力。基于全基因组重测序数据,分析重现了京2416形成过程中的重组事件,明确京2416的基因组组成,选系亲本京24和5237在京2416基因组中保留的比例分别为80.96%和19.04%。利用基因组测序数据解析从黄早四到京2416的IBD片段,结果表明,京2416从京24和5237 2个选系亲本中聚合了全部的9个重要黄改系特征性选择区域。【结论】 骨干自交系京2416在遗传改良过程中,通过染色体重组聚合选系亲本京24和5237所有的9个重要黄改系特征性选择区域,从分子水平解释了京2416与X群代表系表现出更高配合力的遗传基础。     

基于两个相关群体的玉米花期相关性状QTL定位

【目的】利用具有共同亲本黄早四的2个F2﹕3群体,定位控制玉米的抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)的QTL,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】以自交系齐319和掖478分别与黄早四杂交构建的230个和235个F2﹕3家系为定位群体(分别写作Q/H和Y/H),利用完备区间作图方法,对在不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)玉米花期相关性状进行QTL定位。同时利用基于混合线性模型的QTL Network-2.0软件进行基因×环境互作及上位性的分析。【结果】尽管4个花期相关性状的表现在2个群体中存在明显差异,但它们之间均呈现高度的相关性。在6个环境下对2个群体的4个性状进行了QTL检测,Q/H群体共定位到了85个QTLs,分布在玉米的10条连锁群上;Y/H群体共检测到了30个QTLs,呈现成簇分布。在Q/H群体中检测到2个重要的与多个性状相关且在不同环境条件下同时表达的QTL区域,分别位于第8染色体的umc1562—bnlg1651和第10染色体的phi062—umc1115区段;在Y/H群体中也检测到了1个与多性状相关且在多环境表达的QTL区域,位于第3染色体的nc030—umc2166区域。进一步分析发现,贡献率较大的QTL同时控制着多个性状。对比2个群体的定位结果,共检测到4个在不同遗传背景下的"一致性"QTLs。【结论】玉米花期相关性状的遗传机制较为复杂,而在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为这类性状的生产应用以及精细定位与图位克隆提供有价值的参考。     

不同氮水平下玉米苗期生长性状及成熟期产量的QTL定位

 【目的】研究玉米苗期氮素利用效率相关性状与成熟期产量之间的遗传关系。【方法】以优良杂交种豫玉22两亲本Z3和87-1为基础构建的一套F8家系的RIL群体为研究材料,在高、低氮两种条件下,通过苗期水培试验和成熟期田间试验,利用复合区间作图法对玉米苗期地上部干重、根干重、总根长、根冠比以及成熟期产量性状进行了QTL定位。【结果】利用Windows QTL Cartographer 2.5 软件,在LOD＞2.5条件下共定位到22个QTL位点,其中高氮下定位到10个QTL,低氮下定位到12个QTL,两种氮水平下共位或紧密连锁的QTL位点很少,表明不同氮水平下的遗传机制不同。在第5和第7染色体上发现了苗期根系相关性状与成熟期产量之间存在连锁关系。【结论】苗期根系性状对成熟期的产量形成具有重要的作用,在氮高效遗传育种中可以把苗期根系性状作为一个重要的选择指标。     

玉米籽粒构型与产量性状的关系及QTL作图

 【目的】探讨玉米籽粒构型性状（粒长、粒宽、粒厚、粒形等）与产量性状间的相互关系,进行籽粒构型性状相关QTL的检测与定位。【方法】以自交系齐319和黄早四构建的226个F2:3家系为试验材料,利用相关分析、主成分分析、出籽率模拟运算及QTL定位等方法,对在不同生态环境下（北京春播和河南夏播）玉米籽粒构型与产量性状间相关性进行探讨,并初步分析籽粒构型性状遗传基础。【结果】单穗产量与绝大多数籽粒构型性状显著相关,特别是与粒长的相关系数最高。主成分分析结果表明,对单穗产量影响较大的性状有粒长、粒厚、穗长、出籽率和粒长/穗半径。出籽率是影响果穗同化产物分配状况的衡量指标,受到粒长、粒长/穗半径、穗长和粒宽的显著影响。模拟运算亦表明粒长/穗半径与出籽率具有十分紧密的关系。对在两个生态环境下籽粒构型性状和产量性状的相关QTL进行了检测,共检测到了36个QTL。进一步分析发现,在不同生态环境下的部分QTL定位在相同的染色体区域;同时,还有不同性状的QTL定位在相同或临近的染色体区域。【结论】玉米籽粒构型性状与产量性状具有较高的相关关系,籽粒构型QTL与产量相关QTL的重叠区域对剖析玉米产量形成遗传机制可能具有重要的研究价值。     

不同环境下多个玉米穗部性状的QTL分析

 【目的】探讨穗部性状之间的相互关系及其遗传机制。【方法】以优良玉米自交系黄早四为共同亲本,分别与掖478和齐319杂交,构建两套F2:3群体为研究材料(分别缩写为Y/H和Q/H),在2007年和2008年分别在北京、河南、新疆等3个地点共6个环境下进行了穗长、穗粗、穗行数和穗粒重4个性状的表型鉴定,采用单环境分析和多年多点的联合分析方法对其进行了数量性状位点(QTL)分析。【结果】在单环境分析中,2个群体分别检测到33个QTL和 46个QTL,主要分布在第4、5、6、7、10染色体上。进一步分析发现,在Y/H群体中共定位到4个环境钝感的QTL(即在2或2以上环境下均能被检测到的QTL,且在联合分析中与环境无互作效应),其中以位于第4、5染色体上的qGW1-4-1、qKRE1-5-1对表型的贡献率最大,在不同的环境中对表型的贡献率均大于10%;在Q/H群体中共定位到6个环境钝感的QTL,其中以qKRE2-3-2、qED2-2-1对表型的贡献率最大,分别解释7.23%—18.3%和7.1%—15.6%表型变异。通过多个环境的联合分析,Y/H和Q/H群体分别检测到2个和6个QTL与环境存在显著互作,且以穗粒重与环境互作的QTL最多,而其它性状的大部分QTL与环境的互作效应不显著。上位性分析结果表明,只有少数几个显著QTL位点参与上位性互作,而大部分上位性QTL为非显著位点间的互作,对表型的贡献率较小。比较分析2个群体的QTL定位结果,在2个群体间共检测到4对共有QTL,分别与穗粒重和穗行数相关,位于bin1.10、bin5.05、bin6.05和bin7.02。【结论】这些在不同环境或不同遗传背景下检测到的QTL,可作为穗部性状改良的候选染色体区段,用于分子标记辅助选择或图位克隆,但是同时也要注意上位性和环境对它们的影响。     

玉米主要植株性状的杂种优势位点分析

【目的】鉴定玉米株高等植株性状的杂种优势位点为优良玉米新品种选育提供重要的理论依据。【方法】利用一套以综3为供体,许178为受体的单片段代换系群体及其与轮回亲本许178的测交群体,于2014年在河南浚县、新乡、长葛3个试点进行田间鉴定,完全随机区组设计,3次重复,散粉后对株高、穗位高、叶片数进行测定。利用Duncan’s多重比较和t测验分别对玉米株高、穗位高和叶片数进行QTL分析和杂种优势位点分析。【结果】单片段代换系的测交群体在主要植株性状上均表现出一定的杂种优势,其中,株高在浚县、新乡和许昌点的中亲优势值分别为4.74%、3.61%和1.09%,穗位高的中亲优势值分别为6.06%、7.77%和7.51%,叶片数的中亲优势相对较小。利用SSSL群体在3个环境中定位了9个株高的QTL、10个穗位高的QTL、5个叶片数的QTL。利用测交群体定位了6个株高的杂种优势位点,其中3个HL同时被检测到;穗位高检测到8个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到;叶片数定位了5个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到。利用SSSL及其测交群体分别检测到3个植株性状的24个QTL和19个HL,在5个单片段代换系同时检测到同一性状的QTL和HL。【结论】株高、穗位高和叶片数的杂种优势在单片段代换系测交群体中呈:株高穗位高叶片数。定位到的QTL和HL中的一些在不同环境间存在保守性,且具有较大贡献率,这些主效QTL/HL所在的染色体区域可能存在调控所对应性状的主要基因,可作为进一步研究的依据。而且,少数染色体片段同时调控多个性状的杂种优势,表明所测性状间存在相关性。此外,定位到的株高、穗位高多数HL表现出超显性效应,而多数总叶片数相关的HL显示出显性效应,表明所测性状杂种优势主要来源于位点间的超显性效应。所测的3个性状间存在相关性,3个性状间平衡是遗传改良的重要目标。在育种实践中,上述主效QTL和HL可通过分子标记辅助选择,应用于理想株型育种,加快3个性状间协同改良进程。     

超级杂交稻两优培九产量杂种优势标记与QTL分析

【目的】对超级杂交稻两优培九影响产量及其构成因素性状的杂种优势位点进行定位,在此基础上探讨亲本培矮64S和9311的遗传差异与水稻产量性状的杂种优势间的关系,以探明水稻产量杂种优势的分子预测途径。【方法】应用经单粒传法获得后续世代的219个培矮64S×9311 F8重组自交系（RILs）株系材料与亲本培矮64S回交,并选用151个分布于水稻基因组12条染色体上的SSR多态性标记,构建回交群体RILs BCF1;构建基因组总长为1 617.7 cM、标记间平均距离10.93 cM和含151个分子标记的遗传图谱;采用分子标记技术和自由度不等的单向分组方差两组法、三组法分析,用SAS软件ANOVA分析、混合线性模型复合区间作图等方法,对回交RILs BCF1群体的产量性状及其构成因素的F1表型值进行相关分析、优势预测与QTL定位。【结果】本回交杂种群体RILs BCF1具备多种基因型,遗传变异丰富,性状平均值均显著高于亲本群体重组自交系RILs F8,共筛选到影响RILs BCF1群体产量及其构成因素性状杂种优势的阳性、增效位点74个;其中,三组法所筛选的阳性、增效位点数高于两组法,用这些阳性、增效位点所预测的遗传距离与产量F1性状值的相关性也显著提高;三组法所筛选产量性状的增效位点与两组法所筛选的增效位点完全一致;连锁紧密的位点有成簇分布的现象,每穗空粒数、每穗实粒数、结实率有6个杂种优势位点相同,并与3个产量杂种优势位点重叠,且均处在第7染色体上;通过逐步回归建立了对4个产量性状进行预测的回归方程模型;筛选到28个杂合型的特异性标记,它们与产量性状的表型值显著相关,使用特异性标记可使遗传距离与产量F1性状值的相关系数由全部标记的0.335提高到0.617;定位到3个与产量杂种优势相关的QTL和3个影响每穗实粒数杂种优势的QTL。其中,在第7染色体上影响每穗实粒数和产量杂种优势的QTL QGpp7和QHy7与影响每穗实粒数和产量杂种优势的增效位点的结果相符。【结论】通过增加筛选产量杂种优势阳性位点或增效位点数量、筛选影响杂种优势特异性分子标记的方法,可显著提高分子标记遗传距离与产量F1性状值的相关性,有效提高用分子标记遗传距离对杂种优势预测效率。定位了3个影响产量杂种优势的QTL及3个影响每穗总粒数杂种优势的QTL,分别在第2、3、7、11和12染色体上,其中,影响产量杂种优势的数量性状位点QHy7,贡献率为7.48%,可用于杂种优势的预测和杂交组合的选配。定位于第3染色体RM293-RM468的表型贡献率为14.9%的抽穗期QTL可用于早熟高产水稻的选育。