大豆荚数性状相关QTL的加性、上位性及QE互作效应分析

本研究利用Charleston×东农594得到的147个F2:14-F2:19重组自交系群体,对11个环境条件下大豆荚数性状相关QTL的加性、上位性及其与环境互作效应进行了分析.在6年11个不同遗传背景条件下的多环境联合分析中定位了11个QTL具有加性效应,其加性(A)贡献率和AE互作贡献率都是微效的.联合分析同时定位到20对QTL具有上位效应,并发现上位QTL的2种作用模式,一种是同一连锁群上2个QTL间的上位性互作,另一种是不同连锁群上2个QTL间的上位性互作.鉴定出9个具有加性效应的QTL能在多个环境条件下被检测到,17对具有上位性效应的QTL能在多个环境条件下被检测到,部分QTL的上位性效应解释的表型变异大于5％.这些在不同环境或不同遗传背景下检测到的QTL,可作为大豆荚数相关性状改良的候选标记,用于分子标记辅助选择或图位克隆.     

大豆鲜荚籽粒上位性QTL及其互作效应分析

荚粒是大豆主要的收获器官,直接影响鲜食大豆品种审定和产品出口。然而,荚粒性状由多基因控制,目前主要集中在加性数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）发掘方面,对上位性QTL及其互作效应报道甚少。鉴于此,通过鉴定大豆重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体2年4种环境条件下鲜荚和籽粒的长度、宽度、重量等相关性状,发掘控制其上位性QTLs,并研究其互作效应,结果发现,8种测试性状共检测到321对“加性×加性”上位性QTLs,涉及所有染色体,构成复杂的上位性QTLs互作网络,其中包括144对正向效应和177对负向效应QTLs,并以13号染色体分布数量最多;进一步分析发现,存在34对“一因多效”加性×加性上位性QTLs,且加性×加性上位性QTLs间的互作贡献率为1.89%~4.85%,高于其与环境互作贡献率,说明遗传因素为主;上述34对QTLs涉及18条染色体,其中包含定位区间一致的23对“一因多效”QTLs,并有6组上位性QTLs以“一对多”方式发挥功能,16组以“一对一”方式发挥作用。上述结果不仅为实现大豆荚粒性状精准分子遗传改良提供了选择标记,并为进一步揭示大豆荚粒性状分子遗传机制提供了依据。     

杂交旱稻保持系沪旱1B柱头外露率的QTL定位

本研究利用沪旱1B/Ⅱ-32B杂交的F2群体,对水稻的柱头外露率性状进行了QTL分析,研究其遗传机制,以改良沪旱1B的柱头外露率.试验共检测到10个与柱头外露率有关的QTLs,分布在4条染色体上,加性效应起主要作用.检测到3个影响单边柱头外露率(PSES)的QTLs,分别位于3号、7号和9号染色体上,联合贡献率为21.44%;检测到2个影响双边柱头外露率(PDES)的QTLs,位于3号和9号染色体上,联合贡献率为15.98%;检测到5个影响总柱头外露率(PES)的QTLs,位于3,4,7,9号染色体上,其中3号染色体上有2个QTLs位点,总柱头外露率QTLs的单独贡献率在6.86%～9.73%之间,联合贡献率为39.42%.QTL上位性分析,检测到7对显著互作位点,解释了表型变异的67.39%,检测到的上位性效应主要以加性/加性互作效应为主,部分主效QTLs参与了互作.这些QTLs分子标记为改良沪旱1B的柱头外露率性状进行分子标记辅助选择提供参考.     

陆地棉产量、纤维品质相关性状主效QTL和上位性互作分析

 【目的】为了能够较为全面地了解陆地棉产量和纤维品质相关性状的遗传基础,利用包含471个标记、总长3 070.2 cM、覆盖棉花基因组65.88%左右的遗传图谱对其进行主效QTL定位和上位性互作分析。【方法】以DH962×冀棉5号的F2:3家系为分析群体,用WinQTLCartV2.5进行复合区间作图定位主效QTL,利用EPISTACY软件对共显性标记进行两位点的上位性互作分析。【结果】共检测到9个与产量相关性状的主效QTL,和5个与纤维品质相关性状的主效QTL,整齐度和比强度在显著LOD阈值下没有检测到相关QTL。共检测到75对互作位点,大多数互作属于非QTL位点与非QTL位点之间的互作,互作类型以加性显性互作和显性加性互作为主。所涉及的性状中,影响衣分和纤维长度的互作位点最多,单株铃数和衣指的最少。在LG1上检测到1个同时控制单株籽棉重、单株皮棉重和籽指主效QTL。在两位点的互作对中也发现了同时影响单株籽棉重、单株皮棉重和马克隆值的互作位点1对,同时影响衣分和纤维长度的互作位点4对。【结论】除了主效QTL外,上位性是陆地棉产量和纤维品质性状的重要遗传基础。主效QTL的效应小和上位性互作将会使得棉花分子标记辅助育种更加困难和复杂。表型相关的性状是由相同的QTL/互作位点所控制,这有助于多个性状的同时选择。     

玉米叶高点长等叶型性状QTL定位及上位性效应分析

以由综3×豫87-1衍生的一套包含223个家系的RIL群体为材料,通过3个地点的表型鉴定,借助由1 243个SNP标记构建的遗传连锁图谱对玉米叶高点长、叶长、叶宽和叶面积进行QTL定位及上位性效应分析。结果表明,4个叶型性状共检测到10个显著的QTL,这些QTL与环境的互作均未达到显著水平。在这些QTL中,调控叶高点长的q Lf5-1,q Lf8-1和调控叶长的q LL8-1,分别解释表型变异的7.20%,6.06%和6.39%,说明这3个主效QTL是调控叶型性状的重要位点。上位性效应分析共检测到6对位点间互作,互作效应为2.30%~7.39%,属于非显著QTL位点对互作,其中2对位点互作的上位性效应与环境互作效应显著,说明上位性互作效应在叶型性状的遗传中占有一定的比例,同时也受环境的影响。     

大豆粒形性状主效QTL、环境互作和上位性检测

【目的】定位大豆粒形性状的主效QTL、环境互作和QTL间上位性。【方法】以栽培大豆晋豆23为母本,半野生大豆灰布支黑豆（ZDD2315）为父本所衍生的447个RIL构建的SSR遗传图谱及混合线性模型分析方法,对3年大豆粒形性状进行主效QTL、环境互作和QTL间上位性检测。【结果】共检测到7个与粒长、粒宽、粒厚以及长宽比、长厚比和宽厚比相关的QTL,分别位于D2、C2、J_2和O连锁群上,其中粒长、长厚比和宽厚比均表现为遗传正效应,说明增加其等位基因来源于母本晋豆23。同时,检测到3对影响粒宽和宽厚比的加性×加性上位性互作效应及其与环境互作的QTL。【结论】主效QTL对粒形性状遗传产生的影响最大,上位性次之,环境互作最小,说明加性效应、加性×加性上位性互作是大豆粒形性状的重要遗传基础。     

水稻苗重的耐冷性动态QTLs定位

以籼粳交组合IR64/Azucena产生的105个DH群体为遗传材料,采用包括加性、上位性及其与环境互作效应的条件和非条件QTL定位方法,分析了3叶期低温处理下苗期5个阶段与秧苗重量有关的QTLs.结果表明,在苗重发育的不同阶段,控制苗重的QTLs数目,效应大小及作用方式不同.与苗重有关的17个非条件QTLs中,14个检测到具有显著的加性×处理互作效应,这些QTLs决定了苗重性状对环境的特异性变异.条件分析表明,第23～30 d(低温胁迫后第1周)具有各项遗传效应的基因和第16～37 d(低温胁迫开始后的3周内)具有加性×处理互作效应的基因表达较为活跃.另外,检测到25对上位性位点影响苗重,尤以第30 d检测到的上位性位点最多,同时也揭示了上位性的几个重要特征.     

大豆粒形性状与百粒重的QTL定位

文章选用东农46和L-100杂交构建的F2:10、F2:11代大豆重组自交系群体127个家系为作图群体,通过全基因组重测序技术,开发bin标记,构建高密度遗传连锁图谱,结合两年四点的大豆粒形性状和百粒重表型数据,利用IciMapping 4.0软件的完备区间作图法作加性QTLs和QTLs间上位性互作检测。结果表明,经粒形性状和百粒重主效QTLs检测,获得81个与大豆粒长、粒宽、粒厚、粒体积和百粒重相关QTLs,分布于18条染色体,贡献率1.66%～30.70%,其中贡献率最高位点分别为qSL-4-2(23.85%)、qSW-1-1(15.40%)、qST-1-2(17.66%)、qSV-15-1(30.70%)和q100-SW-19-1(15.43%);经相关性状加性×加性上位性互作检测,获得43对大豆粒形性状和百粒重加性×加性上位互作效应QTLs,贡献率1.41%～23.19%。     

大豆二粒荚长、宽相关QTL间上位效应和QE互作效应分析

【目的】定位大豆二粒荚长、宽QTL,并分析QTL间的上位效应和与环境（QTL-by-environment, QE）的互作效应。【方法】利用Charleston×东农594重组自交系及其F2:14—F2:18代的重组自交系的147个株系为试验材料,164个SSR引物经亲本筛选后用于群体扩增构建的SSR遗传图谱,利用混合区间作图法,对2006—2010年连续5年一个地点的大豆二粒荚长、宽进行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。【结果】检测到8对有加性效应的二粒荚长QTL,加性效应的总贡献率27.2%,与环境互作总贡献率达到10.19%;6对有加性效应的二粒荚宽QTL,加性效应的总贡献率16.27%,与环境互作总贡献率达到12.18%。9对影响二粒荚长的加性×加性上位互作效应的QTL,可解释该性状总变异的9.02%;8对影响二粒荚宽的加性×加性上位互作效应的QTL,可解释该性状总变异的8.81%。【结论】上位效应和环境效应在二粒荚长、宽性状的遗传中起了重要作用,因此,在分子标记辅助育种中应该考虑对效应起主要作用的QTL和上位性QTL,又要考虑微效多基因的聚合。     

玉米八个产量相关性状的QTL鉴定

以玉米优良自交系‘农系531’和‘SIL8’为亲本构建200个F2:3家系,利用复合区间作图法对8个产量性状进行QTL鉴定。8个性状共检测到34个QTL,单个QTL的表型贡献率为5.21%～26.62%不等,累计解释各个性状的表型变异为21.33%～74.10%。分布于第1、3、4、5、6染色体上16个QTL形成6个QTL富集区,且表型贡献率最大的QTL均位于富集区内。共检测到26对上位性互作,其中QTL间互作1对,QTL与背景间互作8对,背景间互作17对,所解释的表型变异为5.98%～15.93%不等,累计解释各性状的表型变异为15.93%～61.64%。多数产量相关性状的遗传基础非常复杂,上位性在产量相关性状形成的遗传控制中具有重要的作用。QTL富集区对于数量性状的遗传分析与作物遗传改良具有重要意义。     

水稻穗长上位性效应和QE互作效应的QTL遗传研究

利用基于混合模型的QTL定位方法研究了由籼稻品种IR64和粳稻品种Azucena杂交衍生的DH群体在四个环境中穗长的QTL上位性效应和环境互作效应。结果表明上位性可能是数量性状的重要遗传基础，并揭示了上位性的几个重要特点。在本研究中，所有的QTL中只有两个没有参与上位性效应的形成，在参与上位性效应的QTL中，64.7%的QTL还具有本身的加性效应。因此传统方法对QTL加性效应的估算会由于上位性的影响而有偏。其它35.3%的QTL没有本身的加性效应，却参与了上位性互作，这些位点可能通过诱发和修饰其它位点而起作用。上位性的特点还包括，经常发现一个QTL与多个QTL发生互作；大效应的QTL也参与上位性互作；上位性互作易受环境影响。QTL与环境的互作效应比QTL的主效应更多次地被检测到，表明数量性状基因的表达显著地受到环境的调控。     

水稻耐盐性和耐碱性相关性状的QTL定位及环境互作分析

【目的】探索水稻在盐和碱胁迫下产量相关性状的变化规律,寻找耐盐碱主效QTL,并分析QTL加性、上位性与环境互作效应。揭示单株有效穗数、结实率、千粒重和单株穗重在盐、碱胁迫下的遗传机制,为水稻耐盐碱性分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以东农425和长白10号杂交得到的重组自交系为材料,构建包含120个SSR标记的遗传连锁图。以浓度6 ds·m-1的Na Cl水溶液,pH9.0的Na2CO3水溶液进行全生育期处理,正常水灌溉为对照。对2014年和2015年盐、碱胁迫和自然条件下水稻的单株有效穗数、结实率、千粒重和单株穗重分别采用2种作图方法同时定位研究,即完备区间作图法进行加性QTL定位和混合线性模型的复合区间作图法进行加性、上位性QTL与环境互作联合分析。【结果】2014年和2015年碱胁迫条件下与盐胁迫条件下各性状表型值相比,耐碱相关性状降低较明显,表明水稻对碱胁迫更为敏感,碱胁迫更大程度地限制了高产和稳产。并且2年的碱胁迫条件下各性状与盐胁迫条件下各性状均未表现出显著相关性。水稻在耐盐性和耐碱性上可能存在遗传机制上的差异。运用ICIM共检测到61个水稻耐盐碱相关性状加性效应QTL,分布在第1、2、3、4、5、6、7、8、10、11和12染色体上。运用MCIM在6个环境下进行加性及环境互作效应的联合定位分析,共检测到17个加性QTL存在环境互作效应,分布在第1、3、5、7、8、9、11和12染色体上。其中,运用ICIM同时在自然条件和盐胁迫条件下2年重复检测到q PN1-1,仅在碱胁迫下2年重复检测到q PN11-2,同时在盐胁迫和碱胁迫条件下2年重复检测到q PN3-3,在盐胁迫与自然条件比值下2年重复检测到q RPN1-1,仅在自然条件下2年重复检测到q GW7和同时在盐、碱胁迫和自然条件下2年重复检测到q PW11均被MCIM检测到。q PW11是1个新的耐盐碱QTL,其贡献率为7.94%—20.13%。运用MCIM对水稻耐盐碱相关性状在6个环境下进行上位性与环境互作效应分析,共检测到13对上位性QTL与环境发生互作效应。检测到2对有关单株有效穗数的上位性QTL与环境互作,检测到2对胁迫与自然条件比值下单株有效穗数的上位性QTL与环境互作;检测到2对有关结实率的上位性QTL与环境互作,检测到2对胁迫与自然条件比值下结实率的上位性QTL与环境互作;检测到1对有关千粒重的上位性QTL与环境互作,检测到1对胁迫与自然条件比值下千粒重的上位性QTL与环境互作;检测到3对有关单株穗重的上位性QTL与环境互作。【结论】盐胁迫和碱胁迫都能影响水稻的产量相关性状,但二者是性质有所差别的2种胁迫,碱胁迫破坏更强,降低产量更明显。     

利用CSSL和BIL群体分析稻米垩白率QTL及互作效应

 【目的】分析稻米垩白率加性效应、上位性效应及其环境互作效应，探讨稻米垩白率的遗传特点和不同群体检测QTL的效率。【方法】利用由粳稻品种越光和籼稻品种Kasalath杂交衍生的BIL群体和以越光为背景、Kasalath为供体的CSSL群体，对2005年和2006年南京的稻米垩白率QTL及其互作效应进行了分析。【结果】 CSSL群体检测到5个垩白率QTL和2对具有上位性效应的QTL;BIL群体检测到3个QTL和4对具有上位性效应的QTL。其中，qPGWC-6a在2个群体中重复出现，1对具有上位性效应的QTL在CSSL群体中2年均被检测到，在BIL群体中，所有QTL与环境存在显著互作（P＜0.01）。在第3和4染色体上检测到2个新的垩白率QTL。【结论】上位性效应和加性效应在垩白率遗传中同样重要。垩白率QTL和具有上位性效应的QTL与环境的互作普遍存在，但效应小于相应的加性效应和上位性效应。利用不同群体分析垩白率QTL，有利于全面揭示稻米垩白率的遗传互作网络。     

小麦重组自交系成株抗条锈性QTL分析

 【目的】对小麦成株期条锈病抗性进行数量性状位点（QTL）分析。【方法】以小麦重组自交系内乡188/偃展1号为材料,在连续两年田间充分发病的情况下,分别用病程曲线下面积（Area Under Disease Progress Curve,AUDPC）和反应型（Infection Type,IT）2种病情指标,通过复合区间作图,分析成株抗条锈性的加性QTL、上位性互作及其分别与环境的互作效应（QTL×environment interaction,QE）。【结果】两年共检测到9个加性抗性QTL,其中使用AUDPC和IT共检测到2个相同的QTL;9个QTL中,5个具有环境互作效应。还检测到7对上位性互作的QTL,其中2对具有环境互作效应。采用AUDPC数据,检测到的QTL能够解释表型的62.05%,其中主要为加性效应（44.32%）和上位性互作效应（17.73%）,环境互作很小（0.42%）。采用IT数据,总共检测到的QTL解释了表型变异的37.53%,其中加性效应和上位性互作效应分别解释了23.94%和10.51%,与环境互作解释了3.08%。【结论】内乡188的抗条锈性是由多个位点控制的,在感病亲本偃展1号中也存在抗性QTL;位于3B和6D染色体上的QTL为2个新的成株期抗性条锈位点;非抗性位点间存在上位性互作效应。     

利用水、旱稻DH系定位产量性状的QTL及其环境互作分析

 为研究水、旱栽培条件对水稻产量及其构成因素QTL表达的影响，以粳型陆稻IRAT109和粳型水稻越富杂交的116个株系的DH群体为材料，利用已构建的水稻分子连锁图（其中94个RFLP标记和71个SSR标记），在水田、旱田栽培条件下，定位了千粒重、结实率、有效穗数、穗粒数及单株产量等性状的QTL。结果表明，水田条件共检测到11个加性QTL和13对上位性QTL，旱田条件下检测到18个加性QTL和17对上位性QTL，其中控制千粒重的2个加性QTL和1对上位性QTL及控制有效穗数的1个加性QTL在水田、旱田条件下都检测到。 检测到11个控制产量性状QTL区域存在一因多效或紧密连锁,其中3个区域也是控制根系性状QTL的热点区。 发现8个加性QTL和8对上位性QTL对表型变异贡献率（以下简称贡献率）大于10％（其中4个加性QTL和5对上位性QTL为旱田条件下检测到），这些高贡献率QTL特别是旱田条件下的高贡献率QTL对旱稻产量性状分子育种具有一定的指导作用。     

QTL Mapping for Wheat Flour Color with Additive, Epistatic, and QTL×Environmental Interaction Effects

To investigate genetic factors affecting wheat flour color traits, a linkage map was constructed using a recombinant inbred line (RIL) population derived from Jing 771×Pm 97034. Main, epistatic and QTL×environment (QE) interaction effects of quantitative trait loci (QTLs) controlling wheat flour color were studied by the mixed linear modeling of data collected from wheat RIL plants under three different environmental conditions. 13 QTLs with additive effects and 55 pairs of QTLs with epistatic effects were detected for wheat flour color traits. The additive-additive interactions (AA) involved all of the wheat chromosomes except 3D. Epistasis aocounted for more of the observed phenotypie variation than did the main effect QTLs (M-QTLs). Our results suggested that dual-locus interactions are widespread in the wheat genome and play a critical role in determining wheat flour color characteristics. In this study, 3 QTLs were identified to have QE interaction effects, one of them showing significant QE interaction in E2 environment.     

利用DH和IF_2两个群体进行小麦粒重、粒型和硬度的QTL分析

【目的】检测控制小麦粒重、粒型和硬度加性和显性QTL,解释控制这些性状的分子遗传基础。【方法】以小麦品种花培3号、豫麦57构建的包含168个株系的DH群体和由其构建的包含168个株系的IF2群体为材料,结合含有368个位点的分子遗传图谱,对5个环境的DH群体以及2个环境的IF2群体的千粒重、粒型和硬度数据进行QTL分析。【结果】共检测到控制千粒重、粒长、粒径和硬度的35个加性效应和18对上位效应QTL,包括控制千粒重的8个加性效应位点以及5对上位性位点,控制粒长的10个加性效应位点以及6对上位性位点,控制粒径的10个加性效应位点以及6对上位性位点,控制硬度的7个加性效应位点以及1对上位性位点。其中,控制粒重的Qtkw6A在DH和IF2群体中都能检测到,而且既有加性效应又有显性效应,加性效应的贡献率在2个群体内分别为9.39%和11.75%,显性效应的贡献率为1.37%。控制粒径的Qgd6A也在DH和IF2群体中检测到,加性效应贡献率分别为15.02%和15.03%,而且与控制粒长的Qgl6A为同一基因位点,在DH和IF2群体中对粒长的加性效应贡献率分别为14.96%和15.10%。【结论】小麦的千粒重和粒型的遗传主要受加性效应控制,同时也受上位效应影响。硬度主要受位于5D染色体短臂上一个主效基因控制,同时受其它微效基因以及上位性影响。本研究检测到的一些重要QTL可用于相关性状的分子标记辅助选择育种,用IF2群体检测到的显性效应QTL及具有显性×加性、加性×显性及显性×显性效应的QTL可为有关性状杂种优势的研究提供参考。