种子活力遗传和QTL定位研究进展

综述了种子活力的遗传和QTL定位方面的研究成果,结果表明,种子活力具有很高的遗传性,且存在母体效应;种子活力QTL定位在数量、染色体的位置、主效基因的存在性、遗传效应等方面,受材料和研究性状及方法的影响结果不尽相同。     

作物种子萌发生理与遗传研究进展

种子萌发是一个多基因控制的数量性状,受环境条件和种子处理等多种因素的影响。本文综述了外界环境和种子引发处理对作物种子发芽的影响,与作物种子萌发相关QTL定位以及与种子萌发相关基因的克隆等研究,并对今后作物种子萌发生理和遗传研究进行了展望。     

分子标记与遗传标记辅助选择

1 分子标记的发现是数量遗传学发展的转机传统的数量遗传学采用数理统计学的方法,把控制某一个数量性状的多个基因作为一个整体进行研究,这种方法无法鉴别出单个数量性状基因以及与之有关的染色体片段,更难确定影响数量性状的座位(QTL)在染色体上的位置、作用效果以及与其它基因的关系,因而也无法用现代分子遗传学所发展起来的基因分离、克隆等方法对数量性状进行遗传操纵。解决这一问题的关键在于能否将影响数量性状的多个基因剖分开来,将其定位在染色体上,最终确定与之有关的DNA序列。     

谷物胚乳性状数量基因图的构建方法

 将三倍体胚乳性状的数量遗传模型和二倍体数量性状基因（QTL）图构建方法相结合，导出双侧标记基因型下有关胚乳性状QTL的遗传组成、平均数和遗传方差分量，据之提出以某一区间双侧标记基因型胚乳性状的平均值为依变数，以该区间内任一点假定存在的QTL的加性效应d、显性效应h1和/或h2的系数为自变数，进行有重复观察值的多元线性回归分析，根据多元线性回归的显著性测验该点是否存在QTL，并估计出QTL的遗传效应。给定区间内任一点，皆可以此进行分析，从而可在整条染色体上作图，并以之确定QTL的数目和最可能位置。同时，在检测某一区间时，利用多元线性回归方法将该区间外可能存在的QTL的干扰进行统计控制，以提高QTL检测的精度。文中还讨论了如何将之推广应用于其他类型的DNA不对应资料以及具复杂遗传模型的胚乳性状资料。     

winQTLCart2.0使用程序和QTL分析新方法—关联分析

以分子标记技术为基础的作物数量性状基因(QTL)的研究成为目前作物遗传育种研究的热点。QTL定位的基本原理是分析标记基因型和数量性状值之间的连锁关系。进行QTL定位通常需要适当的分离群体,群体的表型数据,群体的基于分子标记的基因型数据,然后统计分析所有的标记基因型和表型的关系,从而在全基因组上确定所有可能的数量性状在染色体上的位置及效应。QTL分析软件winQTLCart2.0使用程序包括:数据准备、软件运行、基因(QTL)定位和分析、制图。QTL定位分析的新方法关联分析利用不同基因座等位变异(基因)间的连锁不平衡关系,进行标记与性状的相关性分析,以达到鉴定特定目标性状基因(或染色体区段)的目的,关联分析大大提高了目标性状基因或者相关QTL的挖掘和定位。     

水稻粒重遗传研究进展

水稻是全球重要的粮食作物,粒重是水稻产量的构成因子之一,增加粒重对提高水稻产量具有重要作用.文章综述了现阶段有关水稻粒重的遗传效应特点,粒重与粒型及稻米品质性状间的关系,粒重数量性状基因座(QTL)定位与基因克隆的研究进展,并对水稻粒重基因在分子育种中的应用进行了展望.同时提出加强开发易受多环境因素影响、效应较小的千粒重QTL,挖掘与水稻其他性状如抽穗期、稻米品质等相关联的粒重QTL等方法将是提高水稻育种效应的有效途径.     

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。     

大豆硬实性状研究进展

大豆是全球范围内重要的油料农作物之一,同时还为人们提供了大量的植物蛋白。野生大豆具有丰富的遗传背景,在大豆育种中具有重要的利用价值。然而,野生大豆种子广泛存在硬实生物性状,该性状在杂交育种中经常以遗传累赘的形式出现在子代中,从而严重制约了其在大豆育种中的利用。大豆种子硬实度主要与种子的种皮、种脐、气孔等结构有关,同时还受种皮化学组分、籽粒大小等多种因素影响。大豆种子的成熟度及收获后期温度、湿度等环境条件也会影响种子硬实度。大豆种子硬实性状大多为显性遗传,且由多个基因调控,目前已经发现许多与该性状有关的数量形状位点(QTL)或关键调控基因。对硬实性状产生的生理和分子机制的研究对大豆育种和生产具有重要意义。对大豆硬实性状相关的种皮结构、环境因素、遗传学特性、关键基因等4个方面进行综述,以期为该性状的进一步研究提供参考。     

基于QTL定位分析策略的一般配合力遗传基础研究

【目的】一般配合力（GCA）是评价亲本利用价值的重要指标。研究GCA的遗传基础及GCA相关QTL（QTLGCA）定位的可行性,为杂交育种提供技术参考。【方法】以双亲杂交衍生的重组自交系（RIL）为被测系、若干个随机选择的纯系为测验系的NCII交配设计以及QTL定位策略,系统研究GCA的遗传组成、影响QTLGCA定位的因素以及QTLGCA与性状本身QTL之间的关系。【结果】若性状受1对等位基因控制,RIL的GCA以及QTLGCA定位均与控制性状本身基因位点的加性效应、显性效应以及测验系等位基因的频率有关;若性状受2对加/显性的等位基因控制,则GCA估计及QTLGCA定位均与基因间是否连锁无关,其影响因素与性状受一个基因控制时相同;若性状受2对互作基因控制,GCA及QTLGCA定位均与测验系等位基因频率和性状本身QTL的主效应以及基因间互作效应有关,此外,GCA效应估计还与基因间是否连锁有关。【结论】无论是GCA效应估计还是QTLGCA定位,测验系等位基因频率和性状本身QTL效应大小都是重要的影响因素。此外,QTLGCA与性状本身QTL的差异还取决于性状的遗传结构以及QTL定位方法的选择。     

利用三倍体胚乳遗传模型定位爆裂玉米膨爆特性QTL

 【目的】探讨爆裂玉米膨爆特性的分子遗传基础，为遗传改良和分子标记辅助选择提供有益信息。【方法】以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建259个F2﹕3家系群体，利用SSR标记构建分子标记遗传图谱，利用三倍体胚乳遗传模型和区间作图法对F2﹕3群体在两种环境条件下的膨爆特性进行了QTL定位和效应分析。【结果】构建的爆裂玉米SSR遗传连锁图谱包含183个标记，覆盖玉米基因组1762.2 cM，标记间平均距离为9.63 cM。爆裂玉米的膨爆特性是由效应不等的多基因控制的数量性状，同时受环境条件的影响。两种环境条件下共检测到18个爆花率QTL，17个膨化体积QTL和21个膨化倍数QTL。单个QTL可解释的表型变异介于4.4%～28.0%，可解释的表型总变异为65.8%～96.6%，基因的作用方式为加性、部分显性、显性和超显性的QTL数目分别为2、1、4、20和1、5、1、22，超显性在膨爆特性的遗传中起着最重要的作用。【结论】与以往膨爆特性以加性效应遗传为主的研究结果不一致的主要原因在于三倍体胚乳模型对显性效应的细分和对显性效应较小QTL的显性效应的高估。     

Advances on Seed Vigor Physiological and Genetic Mechanisms

Seed vigor is a more promising seed quality character reflecting potential seed germination, field emergence and seed storage ability under different conditions than standard germination. Standard germination is influenced by genetic background and environmental effects during seed development and storage conditions. The latest research on physiological mechanism in seed vigor showed that at the late stage of seed development, the development of seed vigor involves some stress-resistant substances including late embryogenesis abundant （LEA） protein, oligosaccharides and abscisic acid （ABA）. Whereas the loss of seed vigor, or seed aging and deterioration, could be attributed to lipid peroxidation, chromosome deformation and genes aberrance, and embryo protein degradation, etc. Seed vigor is a quantitative character controlled by multi-genes. Genetic and quantitative trait locus （QTL） analyses on seed-vigor trait in model plants, such as Arabidopsis and rice, are mostly concentrated on related morphology traits, whereas few physiological traits have been researched. It was concluded that, all of the QTL genetic characteristics of seed vigorincluding QTL quantities, its locus on chromosome, genetic effects, and interaction effects between genetic and environment, differed with plant species and used seed-vigor traits.     

7个大豆品种种子活力持续力比较

【目的】种子活力持续力是比较种子耐贮藏的一个关键因素。【方法】以7个大豆品种为研究材料,比较在2个贮藏时间条件下不同品种间种子活力的差异,利用种子活力、种子发芽率等指标的变异度推断品种的种子活力持续力的高低。【结果】结果表明,在相同的贮藏条件下,随着贮藏时间的延长,种子活力、种子发芽率等幼苗质量指标均呈降低趋势;齐茶1号、齐黑1号、草头红和延庆黑豆品种的种子活力持续力较高,而齐茶2号、观8和7014-7相对较低。【结论】贮藏时间之间种子活力指数的比较可以作为测定大豆品种种子活力持续力的方法之一。     

临界胁迫贮藏条件下不同基因型玉米种子活力及生理变化

【目的】了解不同基因型玉米种子在临界胁迫贮藏条件下的生活力及生理变化规律,对不同基因型玉米种子的耐贮性做出客观评价,为玉米种子耐贮性生理生化机制提供理论依据。【方法】选用目前主栽玉米杂交种郑单958、农大108、先玉335、正大619、京科968种子为试验材料,分别测定供试材料的初始含水量、活力水平及相关生理指标。将供试材料的种子含水量回湿至14%,在种子含水量14%和贮藏温度35℃（14% & 35℃）的临界胁迫贮藏条件下,贮藏一年时间,每月测定种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、电导率、MDA浓度、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及脱氢酶活性。采用砂培法进行发芽试验,用DDS-ⅡA型电导率仪测定种子电导率,利用硫代巴比妥酸（TBA）溶液法测定丙二醛含量,可溶性蛋白含量的测定利用考马斯亮蓝G-250法,可溶性糖含量的测定利用蒽酮比色法,脱氢酶活性的测定采用氮蓝四唑（TTC）染色法。比较不同基因型玉米种子在临界胁迫贮藏条件下的活力及生理指标变化。【结果】在同一贮藏条件下,基因型是影响种子活力及生理特性的决定性因素。参试玉米种子的初始含水量均处于较低水平,为7.39%-8.71%。在初始状态下,各基因型玉米种子的发芽势及发芽率均在90%以上,具有较强的萌发能力。贮藏一年后,京科968发芽率、发芽势为50%-60%,发芽指数为25%,种子活力指数为0.3;农大108、先玉335、正大619发芽率、发芽势为15%-25%,发芽指数8%-25%,活力指数0-0.08;郑单958发芽率、发芽势、发芽指数活力指数在贮藏1年后均下降为0。临界胁迫贮藏条件下不同基因型玉米种子随着贮藏时间的延长,发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、脱氢酶活性均出现不同程度的下降,种子可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的变化与种子活力的变化关系密切。发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数的变化趋势及规律基本一致,但变幅差异较大,不同基因型玉米种子因发芽速率不同发芽指数差异较大,而种子活力指数的降低总是先于种子发芽率的下降,可以真实体现种子的老化及劣变程度。不同基因型玉米种子随着贮藏时间的延长,膜透性变差,种子电导率及丙二醛含量均出现了不同程度的升高,其变化趋势及种子生活力变化呈负相关关系（R²=0.752）,各基因型间细胞膜系统功能存在差异。在本试验中,不同基因型玉米种子活力与丙二醛含量无显著相关性（R²=-0.171--0.094）,与可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及脱氢酶活性呈显著正相关（R²=0.284-0.517）,但各基因型间玉米种子生理变化机制复杂,差距较大。【结论】不同基因型玉米种子对临界胁迫贮藏条件表现均较敏感,但基因型间存在较大差异,在临界胁迫贮藏条件下,郑单958的活力下降最快,京科968活力及各项生理指标变化相对稳定,表现出较强的耐贮性。     

Genetic analysis seedling vigour under osmotic stress in rice by QTL mapping

Seed vigour is one of the most important parameters for establishing rice seed that affects high yielding production, especially under stress condition in rice (Oryza sativa L.). Improvement of rice yields under abiotic stress through breeding requires a good understanding of genetic factors controlling important traits such as seedling vigour and related traits. To understand the genetic background of the relationships among these traits in indicia rice, we genetically analyzed F2:3 population derived from a cross between Tarommahalli × Khazar, under osmotic stress caused by sorbitol. In this investigation, a simple sequence repeat (SSR) linkage map of 1231.50 cM of rice was constructed by using 74 markers and quantitative trait loci (QTL) analysis was accomplished for eight traits including germination percent, seed germination rate, radicle length, plumule length, coleoptile length, radicle dry matter, plumule dry matter, and coleoptile dry matter. A total of 32 QTLs were identified for the eight traits. Among them, one QTL for percent of germination (qGP-8) was located in RM6208-8264 on chromosome 8 showed large effect (28.99%) on the trait. These results suggest the potential for increase productivity by transferring osmotic stress tolerance gene from Tarommahalli to other rice lines and identification of QTLs with large effects could be considered for use in marker assisted selection (MAS).     

种子活力分子调控机理研究进展

种子活力是种子播种质量的重要指标,也是种用价值的主要组成部分,它是一个复杂的综合性状,表现为种子快速发芽、耐逆萌发、幼苗快速建成等性状。种子活力与种子发育、成熟、劣变、萌发和处理等环节都密切相关,且受到各种外界环境的影响。本文重点总结了调控种子活力形成、种子快速萌发、种子耐逆萌发、种子幼苗建成等方面的分子机理研究进展,并对今后研究方向进行了展望。     

种子活力与萌发的生理与分子机制研究进展

种子活力形成于种子发育的脱水阶段,与以往理解不同,近来研究表明种子脱水不仅仅是一个简单的失水过程,脱水与萌发存在一些相同的基因表达和代谢特征。萌发始于吸水膨胀,种子代谢恢复,胚根突破胚乳和种皮等外围包被组织完成萌发。种子萌发的质量关键在于储藏的mRNA的质量,另外,蛋白质稳定性和DNA完整性影响萌发的表型。激素作为一种信号小分子物质,浓度极小甚至是趋于零时对种子萌发仍具有非常重要的作用,近年来研究表明ABA/GAs的阈值范围调控种子休眠与萌发,其中,ABA几乎作用于种子萌发的全部过程,GA的作用并不像ABA那样广泛,主要在胚根突出时发生作用,且ABA和GA彼此抑制对方的合成与分解代谢基因,它们均可调控α-淀粉酶基因的转录。除ABA和GA外,近来发现AUX参与调控种子的休眠与萌发,其对胚根突出的调控比对子叶开展更加精细,AUX信号与ABA信号存在交叉,AUX通过其响应蛋白ARF10/16间接调控ABA信号通路中ABI3的稳定性来调控拟南芥种子休眠与萌发。与光照条件下相比,在土壤中萌发的幼苗将形成一个特异性的组织“顶钩”,它的主要作用是在幼苗“顶土”时保护顶端分生组织,“顶钩”形成与生长素的不均匀分布有关。为了提高种子活力,引发技术被运用于生产,引发的关键在于控制种子“萌而未发”,在“回干窗口”内及时脱水,引发过程中种子储藏的mRNAs和蛋白已经执行功能,回干后这种分子机制被“牢记”,再吸胀的种子可以迅速整齐的萌发。除毒害分子外,ROS还作为信号分子参与调控种子休眠释放、胚乳松弛和贮藏物动员,且其与激素分子ABA和GA等存在交互作用,ROS还参与蛋白的翻译和翻译后修饰调控种子萌发吸水和贮藏物动员。在种子萌发过程中,甲硫氨酸代谢是代谢核心,其代谢产物广泛参与调控种子萌发的一些生理生化反应,如：DNA的合成,蛋白质的稳定性,染色体结构的形成和重塑,生物素的合成等,另外还与激素分子ABA、GA、ETH和CTK及活性氧活性（氮）存在交互作用。近来还发现甲硫氨酸亚砜还原酶决定种子的寿命,它可能是种子活力的一个新的分子标记。本文将围绕上述内容对国内外研究现状进行综述,并对今后的研究热点,种子“提早”收获的感官依据,高活力种子田间出苗差异的分子机制,生长素在胚根突出时的重要作用,甲硫氨酸代谢,种子活力检测方法的选择等内容进行了展望。     

磷脂酶及其调控种子活力研究进展

磷脂酶可水解膜双分子层的主要成分磷脂,在植物生长发育及逆境胁迫响应方面发挥着重要作用。磷脂酶在种子生长发育、贮藏和萌发阶段调控种子活力,影响植物遗传资源保存和农作物产量。文章归纳总结了磷脂酶在种子各阶段对其活力的影响,包括在种子生长发育期间调控淀粉合成影响种子活力的形成,在种子成熟阶段调控膜完整性影响种子的耐脱水能力,在贮藏期间可能调控细胞中的氧化损伤程度影响种子活力,在萌发阶段参与脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)信号传导,调控种子的萌发及幼苗建成。然而由于磷脂酶多样且复杂的生物学功能,其调控种子活力的机制仍不明确。利用基因编辑及多组学技术手段,深入研究磷脂酶调控种子活力的生物学功能及调控机制,不仅有助于阐明种子老化的分子机制,还可为种质创新提供有价值的基因资源,具有重要的理论和实践意义。     

不同贮藏时间加拿大披碱草种子活力研究初报

采用室内常规发芽法,对常温贮藏5个不同年份的加拿大披碱草种子的萌发特性和活力变化进行了测试,以检验其种子的劣变过程及种用价值。结果表明：随贮藏时间延长,不同贮藏时间的加拿大披碱草种子有不同程度的休眠和生活力下降的现象。其种子生活力、发芽率、发芽势、发芽指数均呈＂抛物线＂形状变化;其生活力、发芽率、发芽势、发芽指数、电导率与贮藏时间呈显著相关关系。当年收获的种子存在休眠现象,贮藏1~2年的种子利用价值较佳,常温贮藏4年的种子活力较低,种用价值较差。     

油料作物种子形成及老化过程中的生理生化变化

油料作物种子形成过程首先是积累糖、淀粉,接着大量形成脂肪、蛋白质等,从糖类的积累转入脂肪积累伴随着EMP和HMP两条途径;主要物质的合成和积累速率与各自相关调控酶活性变化基本一致。种子老化能导致种子活力下降,影响发芽出苗、植株生长发育和产量、品质。抗氧化相关酶活力下降,质膜过氧化作用及其产物增加,导致膜结构和功能受损,内溶物质外渗,有害物质积累,代谢作用紊乱,是种子老化、活力丧失的生理因素。本文提出了油料作物种子形成及老化过程生理生化研究中存在的不足及今后的重点。     

利用重组自交系群体定位不同温度条件下玉米种子发芽性状的QTL

以基于豫82×沈137和豫537A×沈137构建的2个重组自交系群体的420个家系为材料,借助SNP分子标记遗传连锁图谱,利用复合区间作图法定位了发芽率(GP)、发芽势(GE)、发芽指数(GI)、活力指数(VI)、苗长(SL)、幼苗干质量(SDW)、根干质量(RDW)7个种子发芽相关性状的QTL。结果表明,基于豫82×沈137的重组自交系群体检测到24个QTLs,分布在1、2、3、5、6、7、10染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.61%~11.01%;基于豫537A×沈137的重组自交系群体检测到40个QTLs,分布在除第2染色体外的其余9条染色体上,单个QTL解释性状遗传变异的5.39%~11.92%。通过元分析方法将64个原初QTLs中的25个(39.1%)整合进6个mQTLs,分别分布于第3、5、7、10染色体上,每个mQTL平均包含4.17个QTLs,分别参与2~4个性状的调控,其中,mQTL3-2包含了7个QTLs,参与对VI、SDW、RDW、GE等4个性状的调控。确定了位于6个mQTLs对应标记区间的35个候选基因,主要参与种子萌发、氧化还原代谢途径、信号传导、逆境抵御等生物学过程。