应用剩余杂合体衍生的近等基因系分解水稻产量性状QTL

以杂合区间为RM587-RM402的水稻剩余杂合体（RHL）衍生群体为材料,应用SSR标记检测,筛选到杂合区间分别为RM587-RM225、RM204-RM6119和RM6119-RM402的3个单株,进一步检测其F2群体,分别获得母本纯合型材料10株、父本纯合型材料10株和杂合型材料20株。种植这3套近等基因系材料,考查单株产量及其构成因子每株穗数、每穗实粒数和千粒重。经应用目标区间内等位基因效应分析和交迭重组染色体片段代换系分析,分解出3个控制每穗实粒数的QTL和2个控制单株产量的QTL,这些QTL分别位于物理距离为0.66 ~ 2.49 Mb的区间中,全部表现为加性作用为主,增效等位基因除qNFGP6 1来自父本密阳46外,其余均来自母本珍汕97B。提出了构建新型遗传材料,提高水稻QTL精细定位效率的策略。     

水稻第1染色体qTGW1.2区域粒重组分性状QTL的剖析

对水稻第1染色体长臂上控制粒重、粒长和粒宽的3个QTLs进行了剖析。从珍汕973/密阳46的BC2F8群体中筛选到1个在RM212-RM265区间呈杂合的单株,应用DNA标记检测其衍生的BC2F9群体,筛选出在RM212-RM11787和RM11787-RM265区间呈杂合的单株各1个,其杂合区间分别覆盖前期定位的千粒重QTL qTGW1.2a和qTGW1.2b。种植2个BC2F10群体,筛选出杂合区间相互交叠的单株各3个,自交后获得6个BC2F11群体,在RM11781-RM11800区间检测到了1个控制粒长的QTL,并将qTGW1.2a和qTGW1.2b分别缩小至580kb的RM11730-Wn33304和2.0 Mb的RM11807-RM11885区间内。同时,筛选出5个杂合区间相互交叠的单株,衍生了5个BC2F12群体。QTL分析结果表明,每个群体均检测到粒长QTL,加性效应为0.03~0.06mm,增效等位基因来自密阳46;经比较各个群体的分离区间,将控制粒长的QTL qGL1.2界定在RM11781和Wn34526之间372kb的区间内;该QTL呈加性作用,可能同时控制粒重、粒长与粒宽。     

通过生育期基因型选择避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘

利用重组自交系研究表明,在水稻第6染色体短臂上稻瘟病抗性基因Pi25(t)与控制结实率和每穗实粒数的QTL之间存在遗传累赘。为了验证这种关系,采用了更大的遗传群体进行分析,结果表明稻瘟病抗性与结实率存在遗传累赘,但未检测到稻瘟病抗性与每穗实粒数存在遗传累赘。通过对第7染色体长臂RM2-RM214区间抽穗期基因（qHD 7）型背景进行选择,可以打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘。为了进一步验证这种关系,选择Pi25(t)区间基因型不同、RM2-RM214区间基因型相同、其他染色体区间基本一致的两个株系发展新群体进行分析,除第6染色体的结实率QTL可以分解成2个效应较小的QTL（qSF 6 1和qSF 6 2）外,当第7染色体RM2-RM214区间基因型为中156背景时,Pi25(t)与结实率QTL（qSF 6 2）存在遗传累赘,且qSF 6 2来自父本谷梅2号的等位基因起减效作用;当第7染色体RM2-RM214区间基因型为谷梅2号背景时,第6染色体上没有检测到结实率QTL。上述结果说明在特定育种材料中对抽穗期基因进行选择可以成功打破或避免稻瘟病抗性与结实率的遗传累赘,为水稻以及其他作物的高产抗病育种提供了一种新途径。     

4个环境下稳定表达的控制粳稻穗角性状的新位点

 在4个环境下种植直立穗粳稻品种秀水79与弯曲穗品种C堡及两者杂交后衍生得到的RIL群体254个株系并调查其穗角,运用主基因+多基因混合遗传模型对穗角性状进行遗传分离分析;运用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件和基于多元回归模型的WinQTLcart 2.5软件的复合区间作图法,对穗角性状进行QTL定位。结果发现,1）穗角性状受两对主基因+多基因共同控制,以主基因遗传为主;2）QTLNetwork 2.0检测到8个控制穗角性状的加性QTL,解释表型变异的0.01%~39.89%;WinQTLcart 2.5检测到12个控制穗角性状的加性QTL,可解释表型变异的2.83%~30.60%。检测到的所有QTL分布于第4、5、6、7、9、11染色体上,其中分布于RM3700-RM3600和RM5652-RM410区间的两个主效位点qPA9.2和qPA9.5,以及分布于RM257-OSR28区间的qPA9.7 在两种方法和4个环境下均检测到,减效等位基因来自秀水79;3）检测到8对加性×加性上位性互作位点,解释表型变异的0.36%~1.71%。检测到的各个加性和上位性位点均不存在显著的基因型与环境的互作。      

水稻第6染色体短臂株高及产量性状QTL的分解

针对第6染色体短臂上一个对产量性状遗传具有重要作用的区间RM587-RM19715,从珍汕97B/密阳46重组自交系群体中筛选到1个剩余杂合体,自交衍生获得一个由195个个体组成的F2群体,检测控制株高和产量性状的QTL。经分析,在目标区间的上部和下部分别检测到1个QTL簇,分别对除单株穗数以外的产量性状因子具显著作用,单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为5.0%~55.5%。将第6染色体上的产量性状QTL分解到更小的区间中,为产量性状QTL的精细定位和克隆打下了基础。     

不同年份水稻产量性状的QTL分析

分别于2005年和2006年利用热研2号（粳稻）和密阳23（籼稻）为亲本构建的含111个家系的F6和F7重组自交系群体,对单株穗数、每穗颖花数、每穗实粒数、结实率、千粒重和单株产量6个性状进行了QTL分析。两年共检测到分布于7条染色体上的19个QTL,其中2005年检测到10个,2006年检测到14个,两年相同的QTL 5个。大多数性状之间具有显著的表型相关性,相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTL。检测到3个控制产量性状的QTL区域存在一因多效或紧密连锁,其中第8染色体上RM5556-RM331区域两年同时检测到控制每穗颖花数、每穗实粒数以及单株产量的QTL。这些QTL为通过分子标记辅助选择提高水稻产量提供了有用信息。     

不同生态环境下水稻穗部性状QTL鉴定

【目的】发掘与产量相关的穗粒性状QTL对进一步克隆和利用高产基因具有重要意义。【方法】以超级粳稻龙稻5号和典型高产籼稻中优早8号杂交衍生的重组自交系群体为试材,在4种环境下对穗部性状进行比较和QTL分析。【结果】共检测到63个穗部性状QTL,分布于除第9染色体外的11条染色体上。在4个环境下分别检测到27、27、18和35个QTL。其中,16个QTL能在2个环境下被检测到,12个在3个以上环境下稳定表达,分别占QTL总数的25.40%和19.05%;第1、3、4和5染色体的多效QTL簇能在不同环境下稳定表达,对穗部性状具有明显的调控作用。【结论】第3染色体STS3.3-STS3.6区间的qSNP3、第4染色体RM5688-RM1359区间的qSNP4.1是2个新的稳定表达的多效性QTL簇。此外,上位性效应是调控穗部性状的重要组分。     

水稻第1染色体短臂粒长和粒宽QTL的精细定位

以第1染色体短臂RM1-RM3746和RM151-RM243区间内呈杂合、背景基本纯合的2个水稻剩余杂合体（RHL）衍生两个F6群体,将控制水稻粒长和粒宽的2个粒形QTL（qGL 1和qGW 1）定位于RM3746-RM243区间内。在此基础上,应用SSR标记检测,从其中1个群体中筛选到杂合区间分别为RM151-RM10404、RM10398-RM5359、RM10435-RM259和RM10381-RM243的4个单株,应用SSR标记进一步检测4套F2群体,从每套F2群体中分别筛选到母本珍汕97B和父本密阳46纯合型材料各10株,自交获得4套近等基因系材料并考查其粒长和粒宽。利用交迭重组染色体片段代换系分析法,将控制粒长和粒宽的QTL （qGL 1和qGW 1）界定于437.5 kb的RM10390-RM1344区间和392.9 kb的RM10376-RM10398区间,增效等位基因均来自母本珍汕97B,表明qGL 1和qGW 1是紧密连锁的不同座位。     

两种供氮水平下玉米穗部性状的QTL定位

以优良杂交种豫玉22两亲本Z3和87-1为基础构建一套F8家系的重组自交系群体为研究材料,在正常供氮和低氮两种氮水平下进行田间试验,利用复合区间作图法对玉米穗长、穗行数、行粒数、百粒重和单穗粒数进行QTL定位分析。两种氮水平下共定位到24个玉米穗部性状的QTL位点,其中正常供氮条件下定位到13个QTL,低氮水平下定位到11个QTL,集中分布在第1(8个QTL)、第5(6个QTL)和第8(5个QTL)染色体上。两种氮水平下共位或紧密连锁的QTL位点较少,表明玉米穗部性状在低氮水平下的遗传机制发生很大改变。研究发现,第1染色体umc1122/bnlg1556位点是一个控制低氮水平下玉米单穗粒数的主效QTL,单个QTL可解释19.7%的表型变异,该位点还同时影响低氮水平下玉米穗长、穗行数和百粒重的表型。与前人定位结果比较发现,该位点所在的染色体区域是一个产量及氮效率相关性状的QTL富集区,对此位点附近进行相关分子标记辅助选择,可能会在玉米氮高效分子育种上有所突破。     

基于小麦产量三要素的产量条件QTL分析

为了从单个QTL水平上解析产量与产量三要素的遗传基础,利用花培3号和豫麦57杂交获得的168个家系的DH群体及其遗传图谱,在5个环境下对产量进行了非条件QTL分析和基于产量三要素(穗粒数、千粒重和单位面积穗数)的条件QTL分析,共检测到9个非条件QTL和28个条件QTL。其中,检测到2个主效QTL(QY.sdau-4D和QY.sdau-6D.2),它们可分别解释15.77%和10.16%的表型变异。分别检测到6个"一因多效"QTL和11个微效QTL;其中,QYsdau-4D.2通过影响单位面积穗数、穗粒数和千粒重而影响产量,QYsdau-2D.1和QYsdau-3A.1能提高单位面积产量但不影响穗粒数,即单位面积产量和穗粒数在该位点上几乎没有关联。本研究结果为通过分子设计聚合高产有利基因提供了理论基础,对培育单位面积产量大幅度提高的小麦新品种具有重要意义。     

利用条件QTL定位发掘粳稻生育期和株高及单株有效穗数适用有利等位变异

 利用粳稻品种秀水79/C堡重组自交系群体的254个株系,在南京和泗洪两个环境条件下,对水稻生育期、株高和单株有效穗数进行非条件和条件QTL定位。结果表明,2种方法检测到的3个性状的QTL均以加性效应为主,上位性位点对表型解释率较小,加性位点和上位性位点均不存在基因型与环境互作。将生育期矫正到同一水平,检测到1个单株有效穗数适用有利等位变异RM80 160bp,加性效应为0.71。将单株有效穗数矫正到同一水平,检测到1个生育期性状适用有利等位变异 RM448 240bp,加性效应为4.64。将株高矫正到同一水平,检测到1个单株有效穗数适用有利等位变异RM80 160bp,加性效应为0.62;1个生育期适用有利等位变异RM448 240bp,加性效应为3.89。利用这些适用有利等位变异改良目标性状不会对另外2个性状产生影响。     

Identification of QTLs for Rice Cold Tolerance at Plumule and 3-Leaf-Seedling Stages by Using QTLNetwork Software

A doubled haploid(DH)population consisted of 120 lines,derived from a cross between an indica variety,TN1, and a japonica variety,Chunjiang 06,was used to identify QTLs controlling rice cold tolerance at the plumule and 3-leaf-seedling stages by using the QTLNetwork software.The percentages of normal plumules after 4°C treatments for 7 d, 9 d,11 d,and 14 d,as well as the cold stress tolerance index(CSTI)and the withering index(WI)of rice seedling were investigated.A total of five single-effect QTLs,each for percentages of normal plumules after 4°C treatments for 9 d,11 d and 14 d,and CSTI and WI,respectively were identified.The QTLs for the percentages of normal plumules after low temperature treatments for 9 d,11 d and 14 d were on chromosomes 4,2 and 11,accounting for 14.1%,17.3%and 21.5%of the phenotypic variation,respectively.QTLs for CSTI and WI were on chromosomes 10 and 1,respectively.Two pairs of epistatic loci were identified,but none of the epistatic loci involved the single-effect QTLs.The RM528-RM340 interval on chromosome 6 interacted with the RM278-RM3919B interval on chromosome 9 for CSTI,and the epistatic interaction accounted for 17.7%of the phenotypic variation.A pair of epistatic loci was identified for WI,the RM246-RM5461 interval on chromosome 1 interacted with the ISA-RM447 interval on chromosome 8,which accounted for 22.6%of the phenotypic variation.     

Dissection of QTLs for Yield Traits Using Near Isogenic Lines Derived from Residual Heterozygous Lines in Rice

Three residual heterozygous lines (RHLs) carrying heterozygous segments in the intervals RM587-RM225, RM204-RM6119 and RM6119-RM402 on the short arm of rice chromosome 6, respectively, were selected from a rice population derived from an RHL for the interval RM587-RM402. Ten maternal homozygotes, 10 paternal homozygotes and 20 heterozygotes were selected from each of the F2 populations derived from the three RHLs. The three sets of near isogenic lines (NILs) were grown to detect the grain yield per plant, n...     

多环境下粳稻株高动态QTL分析

 为阐明粳稻株高动态发育遗传基础,在南京和泗洪3个环境下种植粳稻品种秀水79和C堡及其杂交衍生的254个重组自交家系,利用混合线性模型和最佳线性无偏预测方法对3个环境下不同时期株高变异的各效应值进行估计,进而利用非条件和条件QTL定位的方法对控制株高性状的静态位点和动态位点进行了检测。结果表明,3个环境中RIL群体各期株高均呈正态分布并出现双向超亲分离。株高受环境的影响随发育进程而不断减小。成熟期检测到5个QTL,其中qPH8.3仅在该时期检测到。采用非条件定位的方法共检测到15个非条件加性QTL。不同时期检测到的同一加性位点,增效等位基因来自于同一亲本,加性效应的大小随着发育进程而增大。条件定位的方法共检测到16个条件加性QTL和16个互作位点对,6个加性QTL在不同的两个时间段检测到,其余位点（位点对）均在单个时期检测到。从播种至移栽后42 d、移栽后56 d至70 d以及移栽后98 d至112 d这3个时间段,株高性状以加性遗传效应为主;移栽后42 d至56 d以及移栽后70 d至84 d这两个时间段受加性效应和上位性效应共同控制;而移栽后84 d至98 d则以上位性遗传效应为主。G×E互作遗传效应在整个调查时期均很小。多环境条件下两种定位方法的结合有助于更全面地了解株高在不同发育时期的遗传基础。     

Identification of QTLs for Cooking and Eating Quality of Rice Grain

Rice is one of the major crops served as the staple food of more than 50% of the world’s population. Recently, more attention has been paid to rice quality, especially the cooking and eating quality than achieving the higher yield. The amylose content (AC), gelatinization temperature (GT) and gel consistency (GC) are the three major rice characteristics directly related to cooking and eating quality, responsible for the physical and chemical characteristics of the starch in the endosperm [1…     

New Stably Expressed Loci Responsible for Panicle Angle Trait in Japonica Rice in Four Environments

Panicle angle (PA) of 254 recombinant inbred lines derived from a cross between two japonica varieties Xiushui 79 and C Bao was investigated under four environments,and a genetic linkage map including 111 SSR markers was constructed.Genetic analysis was conducted by mixed major gene plus polygene inheritance models,and quantitative trait loci (QTLs) identification by the QTLNetwork 2.0 and the composite interval mapping approach of WinQTLCart 2.5 software.Results showed that the PA trait was controlled by two major genes plus polygenes,mainly by major genes.Eight QTLs for PA were detected by the QTLNetwork 2.0 software,and each locus explained 0.01% to 39.89% of the phenotypic variation.Twelve QTLs for PA were detected by the WinQTLCart 2.5 software,with each locus explaining 2.83% to 30.60% of the phenotypic variation.Two major QTLs (qPA9.2 and qPA9.5) distributed between RM3700 and RM3600 and between RM5652 and RM410,respectively,and a moderate QTL (qPA9.7) distributed between RM257 and OSR28,were both detected by the two methods in all of the four environments.The negative effect alleles of the three QTLs were from Xiushui 79.In addition,eight pairs of epistatic QTLs with minor effects were also detected.QTL × environment interactions were not significant for additive QTLs and epistatic QTL pairs.