不同环境下水稻株高和穗长的QTL分析

【目的】水稻株高和穗长是影响水稻产量的2个重要因素,选育长穗大粒和株高适中的品种将对水稻的增产有非常重要的意义。通过对株高和穗长进行多环境QTL分析,鉴定稳定表达的株高和穗长的主效QTL,增加对株高和穗长遗传行为的了解,为水稻株型育种提供参考。【方法】首先,以辽宁省超级粳稻品种沈农265和云南省的地方粳稻品种丽江新团黑谷杂交衍生的粳-粳交重组自交系(recombinant inbredlines,RILs)群体为试验材料,采用QTL Ici Mapping v3.0软件基于完备复合区间作图法在多环境条件下(沈阳,2011;海南,2012年;沈阳,2013年)对株高和穗长进行QTL分析;其次,基于上面定位的结果,结合已发表的文献和水稻数据库中的相关数据,对在3种环境条件下检测到的主效QTL进行比较分析,确定其可靠性;最后,采用主效QTL-BSA法(Bulked Segregant Analysis of Major QTL)对3种环境条件下检测到的主效QTL进行分析,进一步缩小目标QTL的区间范围。【结果】在3种环境条件下,沈农265和丽江新团黑谷的株高和穗长均存在显著差异,在RILs群体中,株高和穗长存在较大幅度变异,呈现双向超亲分离,近似于正态分布,这表明株高和穗长均为多基因控制的数量性状。在3种环境下,共检测到9个与株高和穗长相关的QTL,包括5个株高QTL,分布于第6、7、9和12染色体上,LOD介于2.67—19.39,加性效应值在-17.68—2.90,单个QTL贡献率为4.25%—37.35%;4个穗长QTL,分布于第6、7和9染色体上,LOD介于3.57—23.18,加性效应值在-3.22—1.42,单个QTL贡献率为11.30%—61.62%。有5个QTL被单独检测到,仅有4个QTL能在2个或3个环境中被检测到。其中,位于第9染色体上相同区间的q PL9a和q PH9能在3种环境中被检测到,而位于第7染色体上相同区间的q PH7和q PL7b分别能在2种或3种环境中被检测到,增效等位基因均来自丽江新团黑谷。同时,依据已发表的相关文献和Gramene网站对所定位的主效QTL进行整合分析,在第7染色体上的RM10—RM248区域存在一个油菜素内酯的信号转导调控因子基因Os BZR1和8个控制株高或穗长相关的QTL,在第9染色体上的RM566—RM242区域存在多个赤霉素合成或油菜素内酯合成相关基因和9个控制株高或穗长相关的QTL,进一步验证了所检测到的主效QTL的可靠性。利用主效QTL-BSA分析法将第9染色体上控制株高和穗长的QTL-q PHL9(q PL9a和q PH9)定位在RM1189—RM24457,物理距离522.46 kb,而将新发现的第7染色体QTL-q PHL7(q PL7b和q PH7)定位在RM478—RM429,物理距离为856.49 kb。【结论】3种环境中,在沈农265和丽江新团黑谷的RILs群体分别检测到5个控制株高和4个控制穗长的QTL,其中位于第9染色体上的主效QTL-q PHL9同时影响株高和穗长,在3种环境中均能被检测到,位于第7染色体上的主效QTL-q PHL7同时影响株高和穗长,该位点能在2种环境中被检测到,是一个新的多效性QTL位点。     

利用大刍草渗入系群体定位玉米株高和穗位高QTL

利用玉米自交系W22与大刍草杂交衍生得到的包含866个家系的渗入系群体,结合均匀覆盖玉米全基因组的19 838个SNP分子标记,采用R/qtl的多QTL模型对玉米株高和穗位高进行高精度的QTL定位分析。结果表明:玉米株高和穗位高存在广泛的遗传变异,属于典型的数量性状,由微效多基因控制;共检测到4个控制株高的QTL,分别位于第1、5和8染色体上,单个株高QTL表型贡献率变幅为2.33%～4.85%,加性效应的变幅为2.33～6.01cm;共检测到10个控制穗位高的QTL,分别位于第1、2、3、5、6、7和8染色体上,单个穗位高QTL表型贡献率的变幅为1.77%～6.15%,加性效应的变幅为1.75～6.25 cm。     

玉米株高和穗位高的QTL定位

为了鉴定株高、穗位高QTL的主效位点,利用高密度的SNP(单核苷酸多态性)连锁图谱和包含共同亲本的2个BC_2F_5群体,采用完备区间作图法对2个环境下的玉米株高和穗位高QTL进行分析。结果表明,BC_2F_5群体株高和穗位高存在广泛的变异;株高和穗位高性状受基因控制,同时受环境、基因型×环境互作的影响。在2个BC_2F_5群体中共检测到6个株高QTL和7个穗位高QTL,表型贡献率为8.36%～33.28%。影响株高、穗位高的主效QTLqPH2-2、qEH2-5均位于第2染色体Bin2.03～2.04区,表型贡献率分别为29.55%、31.86%。     

玉米抗穗粒腐病QTL定位研究

【目的】在连作程度高且更利于发病的广西等一年两熟玉米种植地区开展玉米穗粒腐病抗性数量性 状位点（QTL）定位研究，揭示玉米穗粒腐病抗性遗传变异的基本规律，为这些地区玉米穗粒腐病抗性育种提供一 定的理论依据。【方法】用 Mapmaker 3.0 软件对 148 个多态性 SSR 标记在 215 个 F2 单株间的基因型数据构建遗传 图谱。在广西南宁用针刺法对由 215 个 F2 单株发展而来的 F2:3 家系抗病性进行田间接种鉴定，记录家系内各单株 的病级，将家系内各单株的病级换算成家系的抗病指数。利用 winQTLCart2.5 软件中的复合区间作图法对各家系的 抗病指数进行抗病 QTL 分析。【结果】148 个 SSR 标记构建了覆盖玉米 10 条染色体组总长度 1 396.3 cM 的连锁图谱， 标记间的平均遗传图距 9.43 cM。抗病指数在 α= 0.05 显著水平下进行 500 次排列检验计算得到 LOD 阈值为 2.2。 以 2.2 这个阈值为依据共检测到 3 个抗病指数 QTL 位点。这 3 个 QTL 的基因作用方式分别为超显性、超显性和 部分显性。各 QTL 的加性效应值有正有负，说明抗感亲本中均含有微效抗病基因。【结论】检测到的 3 个穗粒 腐病抗病 QTL 分别位于第 2、3、10 染色体上，可解释表型变异的 4.6%~6.6%，它们均为微效 QTL。未检测到较 大效应值的主效 QTL。     

小麦ITMI重组自交系群体的穗长及株高QTL定位研究

【目的】通过对小麦重组自交系群体及其亲本为材料,利用已构建的高密度遗传图谱对该群体株高及穗长进行QTL定位。【方法】利用包含有110个株系的重组自交系群体,利用已构建的高密度遗传连锁图谱对小麦株高和穗长进行了QTL定位。【结果】两个环境下共检测到12个穗长相关QTL位点和8个株高相关的QTL位点。其中,穗长的1个位点(Qsl-1A),株高的3个位点(Qph-1A,Qph-5A-1和Qph-6A-2)在两个环境中都被检测到。【结论】研究为小麦的分子改良育种提供了重要的分子标记信息。     

玉米株高和穗位高的QTL定位

利用以玉米自交系T319与9406为亲本构建的242个重组自交系(F8),对玉米株高和穗位高进行QTL(数量性状基因座位)分析,在第1、2、3、5、7、10染色体定位到6个株高QTL,位于umc2228与bnlg2295、bnlg1609与bnlg1350、bnlg210与umc1045,可解释表型变异率12.13%、13.00%、11.58%,为株高主效QTL;在第1、10染色体上检测到2个穗位高主效QTL,位于umc2228-bnlg2295、bnlg210与umc1045,可解释表型变异率10.73%、16.92%。位于umc2228-bnlg2295、bnlg210-umc1045的区域为株高和穗位高的一致主效QTL区间,这些位点的标记可进行株高和穗位高的株型改良分子标记辅助选择。     

玉米太空诱变核不育突变体矮化性状的QTL定位及分析

【目的】玉米太空诱变核不育突变体ms39,选自川单9号种子太空诱变后代。该突变体为细胞核遗传,受隐性单基因控制。育性分离群体的不育株往往伴随着植株的矮化,旨在探讨该突变体不育性与矮化之间的遗传关系。【方法】利用太空诱变核不育株(ms39)与自交系B73杂交组配(ms39ms39×B73)F2群体,构建分子标记遗传图谱,对株高、穗位高、雄穗分支数、雄穗长度进行QTL定位。【结果】共定位到9个QTL,4个株高QTL分别位于1、3、4、10号染色体;2个穗位高QTL分别位于3、4号染色体;1个雄穗长度QTL位于3号染色体;2个雄穗分支数QTL分别位于2、4号染色体。【结论】在3号染色体检测到1个主效株高位点qph3-1,该位点恰好位于不育基因定位区段附近,这对解释该核不育材料常常伴随株高降低这一现象具有重要的参考价值。     

小麦单株产量与株高的QTL分析

 【目的】在QTL水平上揭示株高与产量的遗传关系及株高对产量的影响，为小麦高产育种株高的选择提供参考依据。【方法】利用分别包含229和485个家系的2个关联重组自交系群体（recombinant inbred lines，RIL）潍麦8号/烟农19（WY）和潍麦8号/济麦20（WJ），绘制2个较高密度遗传连锁图谱。在3个环境下对单株产量和株高性状进行测量评价及非条件和条件QTL分析，研究株高与产量QTL的相互关系及排除株高影响后单株产量QTL效应的变化，探讨群体大小对QTL定位精度和准确性的影响。【结果】在WY群体中检测到5个单株产量QTL和15个株高QTL，其中，8个QTL解释大于10%的表型变异，3个为一因多效QTL；条件QTL分析表明，3个单株产量QTL与株高QTL无关，2个单株产量QTL的效应完全或部分由株高QTL所贡献，1个单株产量QTL的效应被株高QTL抑制。在WJ群体中检测到7个单株产量QTL和11个株高QTL，其中1个主效株高QTL加性效应值为8.82 cm，可解释20.68%的表型变异；条件QTL分析表明，5个单株产量QTL与株高QTL无关，2个单株产量QTL的效应完全由株高QTL所贡献。大群体WJ检测到的QTL效应值比小群体WY小，但LOD值高。【结论】株高与产量的关系是多重因素共同作用的结果，包括一因多效或紧密连锁、株高QTL对产量QTL表达的贡献与抑制、环境效应以及与其它性状的互作等。不同遗传背景、不同生态环境下株高对产量的贡献是各个因素相协调的结果，高产育种中对株高的选择在不同背景下应该有所区别；与小群体相比，大群体检测QTL的精度和准确性更高。     

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。     

大穗型水稻穗部性状的QTL定位

【目的】对大穗型水稻穗部性状的数量性状基因座(QTL)进行定位,为水稻超高产育种提供优质的种质材料。【方法】利用95个在双亲具有明显多态性的分子标记和213个由大穗型水稻材料1p1与9311构建的F_2群体单株,采用完备区间加性模型作图法(ICIM-ADD)对穗长、每穗粒数和着粒密度3个穗部性状的QTL进行检测。【结果】共检测到5个穗部性状QTL,其中穗长QTL 1个,每穗粒数QTL 2个,着粒密度QTL 2个,分布于第3、4、6、10和11号染色体上。检测到的QTL LOD介于2.63~2.91,表型贡献率为7.42%~17.72%,贡献率大于10.00%的主效QTL有2个(qSSD-3-1和qPL-11-1),分别有2个和3个QTL的增效等位基因来源于大穗1p1和9311。【结论】定位得到的主效QTL qSDD-3-1和qPL-11-1可用于分子标记辅助选择育种,新的穗长QTL qPL-11-1可用于精细定位和克隆。     

调控玉米株高和穗位高候选基因Zmdle1的定位

【目的】株高是玉米株型育种的重要目标性状之一，不仅与玉米籽粒的机械化收获及抗倒伏相关，也与玉米产量密切相关。因此，挖掘玉米株高 QTL/基因并解析其功能具有重要的理论和育种价值，定位一个新的玉米矮秆基因 ZmDLE1，阐明其生物学功能，为加速改良玉米的株型提供重要的理论依据和基因资源。【方法】利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变甘肃省农业科学院作物研究所自育玉米骨干自交系 LY8405,M₂后代分离获得一个单基因调控隐性遗传的玉米矮秆低穗位突变体，M₃、M₄后代能稳定遗传，命名为 dwarf and low ear mutant1(Zmdle1)，通过与 Mo17 杂交构建 F₂分离群体，借助极端性状混池测序分析法(BSA-seq)及目标区段重组交换鉴定的方法，基于 Mo17 参考基因组对目标区段内的基因进行挖掘和功能注释，定位候选基因。【结果】开展了 Zmdle1 表型鉴定，突变体 Zmdle1 苗期表型与对照 LY8405 无显著性差异，成熟期植株株高和穗位高较 LY8405 分别降低 87...     

利用永久群体在不同环境下定位黄瓜株高QTL

 【目的】黄瓜（Cucumis sativus L.）株高相关性状与其产量及植株生长发育有密切关系,对其进行QTL定位及比较分析,不仅为基因的精细定位及克隆奠定基础,也可实现该性状已有研究结果的信息整合,为黄瓜株型改良及分子标记辅助选择提供理论依据。【方法】利用以黄瓜材料9930和9110Gt为亲本构建的F9代RILs群体遗传图谱,结合4次黄瓜株高相关性状的表型数据,采用MapQTL4.0软件进行多座位QTL模型(Multiple-QTL model,MQM)检测。基于基因组序列信息,对本研究和前人已有研究结果进行比较作图并对株高QTL位点区域序列进行BLAST分析。【结果】共检测到11个与株高、节间长度、节数相关的QTLs,分布在Chr.1、Chr.2、Chr.5、Chr.6这4条染色体上,各QTLs的LOD值在3.03—12.73,可解释6.2%—32.1%的表型变异。其中主效QTLs 5个,可在春秋两季重复检出的QTLs 3个,占QTL总数的27.3%。在Chr.1上有QTL成簇聚集的现象。【结论】控制黄瓜株高的基因至少有4个,分别位于第1、3、5、6这4条染色体上。在Chr.6长臂上定位的应是有限生长基因de。     

不同株高杂交种玉米抗倒伏特性及杂种优势

【目的】研究不同株高玉米杂交种的抗倒性状的变化规律及杂种优势。【方法】以9个不同株高的玉米杂交种及其亲本为材料,测定与倒伏有关的植株形态、三节形态、茎秆穿刺强度、倒伏率指标。【结果】随着杂交种玉米株高增加,玉米杂交种穗位高及穗位系数升高。基部节间长度变长,茎粗系数变小。茎秆穿刺强度变弱,田间倒伏率增加。玉米杂交种茎秆穿刺强度与株高、穗位高、基部节间长度呈显著负相关关系。玉米杂交种株高具有较高的杂种优势,且高秆类型明显高于矮秆类型。穗位高的超母优势和杂种优势指数均表现为随植株高度的升高而增大。玉米基部节间长度杂种优势均表现比较高,且超母优势大于超父优势,高秆类型也高于矮秆类型。茎秆穿刺强度的杂种优势指数较强,且超父优势大于超母优势。【结论】玉米株高的母本优势大于父本优势,穿刺强度的父本优势大于母本优势,着重选择母本的株高较低、父本的穿刺强度较高的组合,有利于培育高产抗倒的玉米杂交种。     

小麦株高发育动态QTL定位

【目的】检测小麦生长发育过程中控制株高的条件QTL和非条件QTL,揭示株高发育的分子遗传机理,获得更多调控株高的遗传信息。【方法】以两个主栽小麦品种花培3号和豫麦57的F1获得的含有168个株系的DH(双单倍体)群体为材料,自拔节至开花期,每隔7d取样测定株高(分蘖节至穗顶端)。根据3个环境下株高的表型数据和含有323个位点的分子遗传图谱,采用条件复合区间作图法进行小麦株高的发育动态QTL分析。【结果】共检测到18个非条件QTL和10个条件QTL。在18个非条件QTL中,Qph5D-1在前4个取样期(3月9日—4月23日)均能检测到,Qph4D-1在后3个取样期均能检测到,分别是挑旗前、后阶段影响株高的主效QTL,其它非条件QTL在少数几个取样期发现或效应很小。10个条件QTL中,Qph5D-1在两个阶段均能检测到,总贡献率为30.1%。Qph4B在5月1日—5月8日检测到,贡献率为20.3%,对后期株高的净增长量起主要作用。其它条件QTL只在一个阶段出现或效应较小。【结论】影响株高的QTL数目及其QTL表达效应在株高形成的过程中有很大的变化,说明控制株高生长的数量性状基因以一定的时空方式表达。在小麦育种中,本研究结果可为株高的分子标记辅助选择提供理论依据。     

油菜株高QTL定位、整合和候选基因鉴定

【目的】通过对油菜株高进行多环境QTL定位并与已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,揭示油菜株高的遗传结构和候选基因并为其分子改良提供依据。【方法】以油菜优良品种中双11(测序)和No.73290(重测序)衍生的含184个单株的Bna ZNF2群体为试验材料。首先,对Bna ZNF2群体进行基因型分析,利用Joinmap 4.0软件构建了一张含803个分子标记的高密度遗传图谱。其次,对F2:3和F2:4家系进行连续两年(2010—2011)两点(武汉和西宁)田间试验和表型鉴定。然后,利用Bna ZNF2群体的基因型数据和F2:3以及F2:4家系的株高表型数据,采用Win QTLCart 2.5软件的复合区间作图法进行QTL检测。最后,利用元分析的方法采用Bio Mercator软件对不同环境中检测到的株高QTL进行整合。【结果】对两年两点环境下分别检测到的株高QTL进行整合总共得到5个株高QTL的位点:q PH.A2-1、q PH.A2-2、q PH.C2-1、q PH.C3-1和q PH.C3-2,分布于A2、C2和C3染色体上,解释2.6%—55.6%的表型方差。其中,q PH.A2-1和q PH.A2-2只在武汉检测到,而q PH.C2-1、q PH.C3-1和q PH.C3-2只在西宁检测到。位于C2连锁群的主效QTL-q PH.C2-1只在西宁被重复检测到,而且LOD值、加性效应和贡献率(分别为23.4、-16.0和55.6%)均高于前人报道,是目前发现的效应最大的一个油菜株高QTL。基于油菜基因组物理图谱对本研究和已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,获得了一个由183个QTL和287个候选基因组成的相对完整的油菜株高遗传结构图。其中,有18个株高QTL簇能在不同研究中被共同检测到,分布在A1、A2、A3、A6、A7、A9、C6和C7染色体上。另外,本研究定位到的5个油菜株高QTL的物理位置和已报道的油菜株高QTL均不重叠,因而是新的株高QTL位点。其中,q PH.A2-2、q PH.C3-1和q PH.C3-2物理区间内总共找到了15个株高同源基因,而11个在2个亲本中存在序列变异,被选作候选基因进行进一步研究。【结论】QTL定位和整合获得5个油菜株高QTL,均为首次报道而且都只在武汉或西宁被检测到。其中位于C2连锁群的主效QTL效应值超过以往报道,表现出极强的QTL与环境的互作。通过与已报道的油菜株高QTL和植物株高基因分别进行整合和比对分析,较为全面地揭示了油菜株高的遗传结构和候选基因,生物信息学分析还鉴定到11个位于本研究定位到的3个株高QTL区间内的候选基因。     

不同环境下水稻籽粒长宽比的QTL定位分析

【目的】在两种环境条件下对水稻籽粒长宽比进行QTL定位分析,为水稻分子标记育种提供依据。【方法】利用由穗型差异较大的水稻Milyang 46和FJCD建立的一个包含130个株系的F10重组自交系,测定其在福建省武夷山和莆田大田环境条件下水稻籽粒长宽比,并进行QTL定位。【结果】在福建省武夷山和莆田环境下分别获得1和5个与水稻籽粒长宽比相关的加性QTL,即qLWR-7-2和qLWR-4-10、qLWR-5-1、qLWR-5-9、qLWR-7-2、qLWR-10-1,位于第4、5、7、10号染色体上, 加性效应分别为-0.1850和-0.1578、-0.2041、-0.0797、-0.1464、-0.1400,对表型变异贡献率分别为27.78%和14.28%、23.89%、3.64%、12.29%、11.24%。【结论】该水稻群体籽粒长宽比的遗传效应以加性为主,获得的5个主效QTL尤其是qLWR-7-2在育种应用上具有一定潜力。