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。     

不同施氮条件下大豆形态与产量相关性状的QTL分析

大豆形态与产量相关性状是重要的育种目标,对于不同施氮条件有不同的生态类型。为明确不同氮肥水平下大豆形态与产量相关性状的QTL遗传基础,本研究利用由大豆杂交组合东农L13×合农60的RIL群体(156个株系)为遗传材料,在3个不同地点采用正常施氮与不施氮处理,利用株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、百粒重和单株粒重进行QTL定位。结果表明:两亲本在各个性状上存在显著差异,RIL群体符合正态分布,满足数量性状遗传特征,QTL分析共检测到71个调控相关性状的QTL,解释了3.88%～41.12%的表型变异。有6个QTL可在正常施氮肥和不施用氮肥条件下检测到,有29个QTL可在不施氮肥条件下检测到,42个QTL可在施氮肥条件下检测到。检测到调控相关性状的QTL中有45个是本研究新发现的。研究结果将为大豆氮肥适应生态类型的分子育种提供理论基础和技术支撑。     

水稻低氮胁迫下产量性状表现及相关QTL定位

以中优早8号×丰锦籼粳交组合衍生的水稻重组自交系的167个株系及其亲本为材料,在正常施氮和不施氮2种处理下对其每穗总粒数、穗长、单株有效穗、结实率、千粒重和单株产量6个产量相关性状进行比较分析和相关QTL定位,结果表明,在不施氮条件下每穗总粒数、穗长、单株有效穗和单株产量可作为水稻耐低氮材料的筛选指标;在2种氮处理下共定位到11个产量相关性状QTL,表型贡献率为3.84%~22.47%,其中2个QTL在2种氮水平下同时检测到。此外,还定位到2个氮肥农学利用效率QTL,表型贡献率分别为7.54%和6.67%。     

应用东乡野生稻回交重组自交系分析水稻耐低氮产量相关性状QTL

目的 东乡野生稻低氮耐性强,是水稻耐低氮育种的重要资源。鉴定东乡野生稻耐低氮基因对研究耐低氮遗传机制、培育耐低氮水稻品种具有重要意义。方法 利用协青早B//东乡野生稻/协BBC₁F₁₂回交重组自交系及其遗传图谱,应用Windows QTL Cartographer 2.5分析施氮肥和不施氮肥下的株高和产量相关性状QTL。结果 共检测到57个控制株高和产量性状的QTL,分布于10条染色体上的33个区域,单个QTL表型贡献率为3.17%~63.40%,其中32个QTL的增效等位基因来自东乡野生稻。19个QTL在施氮和未施氮条件下均检测到,38个QTL仅在单一环境下检测到显著效应,表明不同施氮水平下水稻性状的遗传机制不同。结论 43个QTL分别聚集于7条染色体上的14个QTL簇,表明不同性状涉及到共同遗传机制,并可通过分子标记辅助选择方法进行耐低氮有利等位基因的聚合育种。     

两种磷水平下玉米苗期根系性状的QTL定位

以耐低磷性状具有明显差异的玉米自交系X178和9782为亲本构建的重组自交系为研究材料,在正常供磷与低磷胁迫下对玉米苗期根系和地上部分干重等性状进行表型鉴定和QTL定位分析。结果表明,低磷胁迫下重组自交系地上部分干重下降最多,显示低磷胁迫下玉米苗期优先确保根系生长发育。两种磷水平下共检测到9个性状的16个QTL,主要位于第1染色体上,其中,正常磷水平下富集了5个QTL的bin1.06区域、低磷胁迫下集中了3个QTL的bin1.03区域可能是含有控制根系或磷利用相关性状基因的重要染色体区域。在定位的16个QTL中,位于第7染色体的根冠比QTLqRRS7_LP可解释表型贡献率高达14.06%,且增效等位基因来源耐低磷亲本X178,表明若对该位点进行分子标记辅助选择,可能会对耐低磷性状改良具有明显的选择效果。     

利用三倍体胚乳遗传模型定位爆裂玉米子粒蛋白含量QTL

在两种环境条件下种植以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建的259个F23∶家系群体,采用SSR标记构建了包含183个标记的爆裂玉米遗传连锁图谱,覆盖玉米基因组1762.2cM,标记间平均距离为9.6cM。利用三倍体胚乳遗传模型和区间作图方法对子粒蛋白含量进行了QTL定位和效应分析。在春、夏播条件下均检测到6个QTL,分别位于第1、3、4、6、7和第8染色体上,其中春、夏播条件下都检测到的QTL有3个,可解释的表型总变异分别为42.85%和53.19%,单个QTL可解释的表型变异为4.50%～17.70%。表现为加性、部分显性、显性和超显性的QTL数目分别为2、2、2和6。3个QTL的增效基因均来自丹232,其余QTL的增效基因均来自N04。     

水旱两种条件下向日葵产量相关QTL定位

为获得向日葵抗旱基因位点,培育向日葵抗旱新品种,在已有的高密度连锁图谱基础上,利用Map QTL4.0软件,在水、旱两种条件下对187个RIL群体的产量相关性状进行QTL定位分析。结果表明,两种水分条件下共检测到40个产量相关性状QTL位点,干旱条件下检测到6个性状22个QTL,可解释6%~21.6%的表型变异;浇水条件下检测到4个性状18个QTL,可解释6.1%~18.2%的表型变异;其中10个QTL在两种水分条件下被重复检测到,这些QTL作用方向一致,在不同环境中稳定表达;此外,还检测到16个可能对耐旱性有直接贡献的差值QTL。56个QTL中遗传贡献率超过10%的主效位点11个。对这些QTL位点进一步验证,可为今后向日葵抗旱性分子辅助选择育种奠定基础。     

我国玉米育种与生产中189份自交系氮利用效率评价

以子粒产量的氮敏感指数和耐低氮系数为评价指标并结合株高和吐丝期等二级性状,对我国玉米育种与生产上重要的189份玉米自交系进行氮利用效率评价。分析结果表明,低氮与正常供氮条件下,子粒产量均存在极显著的基因型与环境差异,基因型差异是氮利用效率差异的重要原因之一。将正常供氮条件与低氮胁迫下的产量进行分析并结合株高和吐丝期等二级性状,鉴定出郑58、郑28、中106、7595-2和昌7-2等20份玉米自交系较耐低氮且二级性状更符合当前玉米育种需要。     

我国玉米自交系保绿性鉴定及其与氮效率的关系

选用我国常用的82个不同基因型自交系为研究材料, 在两种氮肥处理下对其子粒产量、耐低氮指数、保绿性相关性状进行测定, 探究不同玉米自交系保绿性及其与氮效率的关系。结果表明, 以高氮下保绿度为指标筛选出了23个保绿型自交系, 27个早衰型自交系, 其余32个为中间型自交系。两种氮水平间保绿度及其相关性状差异均达极显著水平(P<0.01), 子粒产量与保绿度及其相关性状间的相关性均达极显著水平。研究表明, 保绿性不仅与子粒产量密切相关, 同时还显著影响氮效率。因此, 保绿性可作为筛选氮高效玉米自交系的一个重要农艺性状。     

氮肥类型与施用量对夏玉米产量与品质性状的影响

以郑单958和农大108为材料,研究了3种类型氮肥(普通尿素、包膜尿素与复合肥)不同施用量对夏玉米产量及子粒品质性状的影响。结果表明:①3种类型氮肥均能使两品种产量显著提高,增产效应以复合肥最好;②施氮对子粒品质性状与不施氮相比,施氮后郑单958粗蛋白与淀粉含量增加,农大108粗蛋白含量极显著提高,游离氨基酸含量显著降低,碳水化合物无明显变化;施N90～180kg/hm2条件下,除游离氨基酸含量外两品种子粒品质性状间无明显差异;③氮肥类型对子粒品质性状的影响:粗蛋白含量受氮肥类型的影响因品种及施氮水平不同表现有差异,郑单958对氮肥类型较为敏感;淀粉含量以郑单958施复合肥增幅最大,而农大108施复合肥时大幅降低,施其他两种氮肥变化不明显;游离氨基酸含量以农大108施普通尿素降幅最大,郑单958施普通尿素与包膜尿素时有所提高,施复合肥时下降。可见氮肥类型与施氮量对夏玉米品质性状的影响具有明显的基因型差异。     

QTL identification of kernel composition traits with popcorn using both F2:3 and BC2F2 populations developed from the same cross

Quantitative trait loci (QTL) influencing three main kernel composition traits, starch, protein and oil concentrations, in unselected F_2:3 and selected BC₂F₂ maize populations derived from the same cross of a dent corn inbred Dan232 × an elite popcorn inbred N04 under the same conditions were detected. Four and two QTL for starch, four and three QTL for protein, and four and one QTL for oil were detected in the two populations, respectively, with three QTL jointly detected. The proportion of phenotypic variation explained by a single QTL was 5.2–10.6%, 5.0–14.3%, and 6.2–8.5% for the three traits. Ten QTL had favorable alleles contributed by Dan232. Several QTL detected in this study had identical or similar chromosome regions to those previously identified with other maize germplasms. No QTL with opposite effects for kernel composition traits and popping characteristics were detected in the same or near marker intervals. This reflected that some QTL detected in this study seemed to contribute to trait variation in a diverse array of maize populations and environments, and the opportunity existed for improving popcorn's nutritional quality while maintaining acceptable popping characteristics. Inconsistent broad sense heritability and trait correlation estimates were also observed in the two populations.     

QTL identification of kernel composition traits with popcorn using both F2:3 and BC2F2 populations developed from the same cross

Quantitative trait loci (QTL) influencing three main kernel composition traits, starch, protein and oil concentrations, in unselected F_2:3 and selected BC₂F₂ maize populations derived from the same cross of a dent corn inbred Dan232 × an elite popcorn inbred N04 under the same conditions were detected. Four and two QTL for starch, four and three QTL for protein, and four and one QTL for oil were detected in the two populations, respectively, with three QTL jointly detected. The proportion of phenotypic variation explained by a single QTL was 5.2–10.6%, 5.0–14.3%, and 6.2–8.5% for the three traits. Ten QTL had favorable alleles contributed by Dan232. Several QTL detected in this study had identical or similar chromosome regions to those previously identified with other maize germplasms. No QTL with opposite effects for kernel composition traits and popping characteristics were detected in the same or near marker intervals. This reflected that some QTL detected in this study seemed to contribute to trait variation in a diverse array of maize populations and environments, and the opportunity existed for improving popcorn's nutritional quality while maintaining acceptable popping characteristics. Inconsistent broad sense heritability and trait correlation estimates were also observed in the two populations.     

联合QTL定位和转录组分析揭示玉米开花期的遗传基础

开花期对玉米适应不同环境具有决定性作用，是重要的育种目标，对玉米开花期进行QTL定位是进行花期性状改良的基础工作。以玉米自交系黄早四和1462为亲本构建的F_2:3群体为材料，结合高密度SNP标记对玉米抽雄期和散粉期进行QTL定位。结果表明，F_2:3群体的抽雄期和散粉期呈正态分布，且两性状之间呈极显著相关。利用WinQTLcart 2.5软件的复合区间作图法共检测5个控制抽雄期的QTL，分别位于3、5、6、7、9号染色体上，贡献率在6.19%～26.39%；同时检测到4个控制散粉期的QTL，位于3、5、6、7号染色体上，贡献率7.48%～28.28%，这些QTL的基因作用方式以部分显性和超显性为主。共计发现3个主效QTL(贡献率超过10%)，分别位于3号和6号染色体上。利用两个亲本的V6时期的茎尖进行转录分析，在主效QTL置信区间内共发现21个差异表达基因，其中包含可能控制玉米花期的候选基因。     

Effect of N supply on stalk quality in maize hybrids

The identification of maize nitrogen (N) response for stalk quality is valuable in stalk breeding improvement, stalk lodging resistance and for use in bioenergy. This study analyzed the effect of two N levels and estimated quantitative genetic parameters for stalk quality in summer maize in the north China plain (NCP). Thirty hybrids were sampled and tested from three to four geographic locations under high nitrogen (HN) (225 kg N ha⁻¹) and low nitrogen (LN) (0 kg N ha⁻¹) during 2006–2008. Compared to HN level, stalk crude protein (CP) was significantly reduced (22.06%) under LN level. Ether extract (EE), ash content (AC), in vitro dry matter digestion (IVDMD) and lignin content (LC) were lower under LN level. Cellulose content (CC), neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF) were increased with a reduction in N, however N did not significantly affect EE, ADF and LC. An increase in NDF and ADF content under low vs. high N level was mainly attributed to a reduction in CC. ADF and NDF exhibited positive correlation and both showed a positive correlation with CC but a negative correlation with LC, IVDMD and CP. Negative correlations between IVDMD and CC, IVDMD and LC, and CP and CC were also detected. The interaction variance of genotype × year × location (σ²_GYL) for each N level, with the exception of σ²_GYL for CC under HN, was significant and most stalk quality traits were evaluated in different locations and years. The estimates of genetic variance (σ²_G) and heritability (h²) were greater under HN, with the exception of LC and EE. The interaction of genotype × nitrogen (σ²_GN) for CP was more important than σ²_G. The genotypic correlation coefficients (r_G) for performance in different stalk quality traits between HN and LN were significant. However, it was necessary to evaluate both HN and LN for IVDMD. For other stalk quality traits, breeding maize under HN levels may serve to develop hybrids well adapted to high and/or low N level. The response to N trend was similar between high oil and normal maize hybrids.     

低氮胁迫下我国不同年代玉米品种产量及产量构成因子变化趋势研究

试验以我国不同年代的35个玉米品种为材料,在施氮肥和不施氮肥两个水平下对产量、穗长、穗粗、穗粒数、秃尖长、轴粗、百粒重共7个农艺性状进行考查比较。结果表明,除轴粗以外,其余几个农艺性状不同年代间差异均达到显著或极显著水平,随年代变化玉米品种产量显著提高,氮胁迫压力下不同年代玉米品种产量均下降。正常施氮条件下,各年代玉米品种的穗长、穗粗、穗粒数呈上升趋势,低氮胁迫降低了穗长、穗粗、穗粒数及百粒重,而对轴粗无明显影响。研究还表明,1950年以来我国玉米品种的耐低氮能力没有明显提高。育种工作要在自交系选育中重视低氮条件,为进一步培育耐低氮杂交种奠定基础。     

玉米耐旱QTL定位研究进展

干旱是影响玉米产量的最重要的非生物胁迫因子之一。近年来,随着分子标记技术和数量性状统计分析方法的改进,对调控耐旱等复杂数量性状的位点进行作图和定位方面的研究很多。本文综述了玉米在耐旱QTL(Quantitative trait locus)定位研究领域所采用的耐旱鉴定指标以及耐旱相关性状的QTL定位研究进展,并对目前在QTL定位研究中存在的问题及发展前景进行了探讨。     

稻米垩白性状对高温耐性的QTL分析

【目的】本研究旨在筛选与稻米外观品质高温耐性连锁的分子标记,为稻米品质育种提供参考。【方法】以耐热水稻品系996和热敏感水稻品系4628为亲本构建的重组自交系为材料,采用垩白粒率耐热指数、垩白大小耐热指数和垩白度耐热指数为评价指标,对水稻垩白性状的高温耐性QTL进行检测。【结果】采用复合区间作图法两年共检测到垩白性状高温耐性QTL 24个,包括垩白粒率高温耐性QTL 8个,垩白大小高温耐性QTL 12个,垩白度高温耐性QTL 4个。其中,第6染色体上的2个垩白粒率高温耐性QTL和第7染色体上的2个垩白度高温耐性QTL在两年中重复检测到,且这2个稳定表达的垩白度位点与2015年检测到的第7染色体上的垩白粒率位点重合。另外,发现有4个QTL一因多效,同时影响垩白粒率、垩白大小及垩白度。【结论】控制垩白粒率耐热指数的q HTCGR6.1和控制垩白度耐热指数的q HTCD7.1是新的QTL。     

玉米重要农艺性状的基因组预测分析

基因组选择(GS, genomic selection)是一种利用覆盖全基因组的标记进行选择育种的方法。利用玉米自交系郑 683-1为轮回亲本, ZPH1388、 ZPH5和东 237为供体亲本构建的 BC₃F₅群体,对穗部和株型性状进行基因组预测分析,研究 2种交叉验证方式、 6种 GS方法和显著数量性状位点作为固定效应对预测准确性的影响。结果表明,相比 5折交叉验证, 10折交叉验证可以提高穗粒数、行粒数、株高和穗位高的预测准确性,但会降低穗行数和叶夹角的预测能力。相比随机效应模型,穗粒数、穗行数、行粒数和叶夹角将 1～2个 QTL作为固定效应可以提高基因组估计育种值的准确性,但将 1～5个 QTL作为固定效应会降低穗位高的预测能力。对于株高,贝叶斯 A和再生核希尔伯特空间将 1～5个 QTL作为固定效应可以提高预测的准确性。其他 4种方法,多数情况固定效应的加入会降低株高的预测能力。在穗粒数和株高中,基因组最佳线性无偏预测的准确性最高,略高于 4种贝叶斯方法。对于其他 4个性状,最优预测方法受不同交叉验证方式和固定效应模型的影响表现不一。     

玉米重要农艺性状的基因组预测分析

以玉米自交系郑683-1为轮回亲本,ZPH1388、ZPH5和东237为供体亲本构建BC3F5群体,对穗部和株型性状进行基因组预测分析,研究2种交叉验证方式、6种GS方法和显著数量性状位点(QTL)作为固定效应对预测准确性的影响。结果表明,相比5折交叉验证,10折交叉验证可以提高穗粒数、行粒数、株高和穗位高的预测准确性,降低穗行数和叶夹角的预测能力。相比随机效应模型,穗粒数、穗行数、行粒数和叶夹角将1~2个QTL作为固定效应可以提高基因组估计育种值的准确性,将1~5个QTL作为固定效应会降低穗位高的预测能力。对于株高,贝叶斯A和再生核希尔伯特空间将1~5个QTL作为固定效应可以提高预测的准确性,其他4种方法多数情况固定效应的加入会降低株高的预测能力。在穗粒数和株高中,基因组最佳线性无偏预测的准确性最高,略高于4种贝叶斯方法,再生核希尔伯特空间的准确性最低。对于其他4个性状,最优预测方法受不同交叉验证方式和固定效应模型的影响表现不一。