植物QTL研究进展

摘要：随着分子生物学和基因组学的发展,作物QTL研究方面取得了极大的进展。采用QTL定位方法研究作物数量性状从通常可见表型发展到基因的表达水平,从某一发育阶段的静态QTL定位发展到全生育期的动态QTL定位。并且作物QTL研究也不断深入,近年来已克隆了番茄,水稻和小麦等多种植物重要农艺性状的QTL,并从分子水平上剖析了它们的作用机理。本文就作物QTL分析的现状,发展趋势以及作物QTL图位克隆中精细定位策略等方面进行了介绍和分析。     

QTL analysis of photoperiod sensitivity in common buckwheat by using markers for expressed sequence tags and photoperiod-sensitivity candidate genes

Photoperiod sensitivity is an important trait related to crop adaptation and ecological breeding in common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench). Although photoperiod sensitivity in this species is thought to be controlled by quantitative trait loci (QTLs), no genes or regions related to photoperiod sensitivity had been identified until now. Here, we identified QTLs controlling photoperiod sensitivity by QTL analysis in a segregating F₄ population (n = 100) derived from a cross of two autogamous lines, 02AL113(Kyukei SC2)LH.self and C0408-0 RP. The F₄ progenies were genotyped with three markers for photoperiod-sensitivity candidate genes, which were identified based on homology to photoperiod-sensitivity genes in Arabidopsis and 76 expressed sequence tag markers. Among the three photoperiod-sensitivity candidate genes (FeCCA1, FeELF3 and FeCOL3) identified in common buckwheat, FeELF3 was associated with photoperiod sensitivity. Two EST regions, Fest_L0606_4 and Fest_L0337_6, were associated with photoperiod sensitivity and explained 20.0% and 14.2% of the phenotypic variation, respectively. For both EST regions, the allele from 02AL113(Kyukei SC2)LH.self led to early flowering. An epistatic interaction was also confirmed between Fest_L0606_4 and Fest_L0337_6. These results demonstrate that photoperiod sensitivity in common buckwheat is controlled by a pathway consisting of photoperiod-sensitivity candidate genes as well as multiple gene action.     

大白菜营养茎长和宽的QTL定位和分析

以大白菜纯系'501'×'601'的F2:3家系为群体,对营养茎长和宽2个性状进行QTL定位和分析.结果表明,2个性状表现为连续分布,符合数量性状的遗传特征,且性状之间无显著差异.在5个连锁群共检测到7个QTL,且均以加性效应为主.控制营养茎长度的3个QTL分别位于A02、A04和A09连锁群,各QTL可解释的表型变异...     

利用RIL群体对水稻再生力及相关农艺性状的QTL分析

以粳糯稻品种糯89-1与籼型重穗型杂交稻骨干恢复系蜀恢527杂交构建的籼粳交F₇代RIL群体的169个家系为作图群体,构建了一张含105个微卫星(SSR)标记的分子连锁图谱。定位了水稻正季7个农艺性状的QTL 15个,分布在第1、第2、第3、第5、第6、第7、第10染色体上,LOD值介于2.10~7.51,贡献率3.77%~25.37%,其中贡献率10.0%以上的QTL 7个,单个性状的QTL 1~4个;定位了水稻再生季7个农艺性状的QTL 19个,分布在第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第10染色体上,LOD值介于2.17~18.34,贡献率3.23%~37.66%,其中贡献率10.0%以上的QTL 7个,单个性状的QTL1~5个;定位了影响水稻再生力(最终再生率)的QTL 2个(qRa4,qRa5),分别在第4和第5染色体上,贡献率分别为8.17%和7.09%,加性效应分别为0.32和-0.39,贡献率和加性效应均较小,属微效基因。共检测到两季农艺性状QTL 36个,同一性状被重复检测的QTL 8个。水稻再生力与正季稻有效穗呈极显著负相关;水稻再生力与再生稻有效穗呈极显著正相关,与每穗总粒数和着粒密度呈显著负相关。QTL定位结果揭示了有效穗是影响再生力的主要因素。     

菊花管状花数量和花心直径的QTL分析

[目的]发掘控制菊花管状花数量和花心直径的主效QTL,为菊花花器性状的分子改良提供参考依据.[方法]以142株菊花‘雨花落英'x‘奥运含笑'F1代群体为材料,调查管状花数量和花心直径两个性状在2008-2009两个年度的分离情况,并基于菊花SRAP遗传图对其进行QTL定位分析.[结果]管状花数量和花心直径在两年间均表现为连续分布,具有数量性状的典型特征,且两者具有极显著的相关性(r=0.37,P<0.01).基于菊花SRAP遗传图谱的QTL定位研究共检测到2个QTL与菊花管状花数量显著相关,7个QTL与花心直径显著相关.这9个QTL主要分布在亲本‘雨花落英'遗传图的Y1、Y2和Y21以及‘奥运含笑'遗传图的A5、A13和A19共计6个连锁群上,各个QTL的LOD值介于2.50-4.18,可以解释6.17%-13.72%的表型变异.其中在两年中检测到控制管状花数量的TfnElY21和TfnE2Y21以及控制花心直径的FcdE1Y1和FcdE2Y1在连锁群上所处的标记区间相同,应分别属于同一个QTL,受环境的影响较小,其余在单个环境中检测到的QTL受环境影响较大.[结论]共获得9个QTL与菊花管状花数量和花心直径显著相关,其中受环境影响较小的主效QTL可用于菊花分子标记辅助选择育种.     

利用全基因组高通量SNP标记定位二花脸×沙子岭家系中的断奶体重QTL

 【目的】利用二花脸×沙子岭家系定位影响仔猪45日龄断奶体重的数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）并搜寻QTL区间内与表型相关的位置候选基因,为最终鉴别因果基因奠定前期工作基础。【方法】构建二花脸×沙子岭猪F2资源家系,利用Illumina porcine 60k DNA芯片判定F2个体的基因型,对45日龄断奶体重表型进行全基因组连锁分析,定位影响二花脸×沙子岭家系F2家系仔猪45日龄断奶体重的QTL。在Ensemble（EMBL-EBI）和NCBI（National Center for Biotechnology Information）网站基因组数据库中搜寻相应的位置候选基因。【结果】在猪的2号染色体（sus scrofa chromosome 2,SSC2）上定位到了1个5%基因组水平显著的QTL,在猪的5号染色体（sus scrofa chromosome 5,SSC5）和猪的14号染色体（sus scrofa chromosome 14,SSC14）上分别定位到了1个1%基因组水平显著的QTL。在上述3个QTL区域内搜寻到了5个与仔猪45日龄断奶体重相关的候选基因,分别是SSC2上的CYP2R1、COPB1、PDE3B基因和SSC5上的NOP2、GDF3基因。【结论】本研究将影响二花脸×沙子岭家系仔猪45日龄断奶体重的QTL定位于SSC2、SSC5和SSC14,并揭示出5个与仔猪45日龄断奶体重相关的候选基因。     

基于掖478导入系的玉米产量性状QTL鉴定

 目的】鉴定玉米产量相关性状基因位点及包含有利等位基因的导入系,为了解产量性状形成的遗传基础及针对玉米自交系产量性状的分子设计提供参考和依据。【方法】以QB80和Qi319为供体亲本,掖478为轮回亲本,采用回交结合定向选择,分别构建含有61和72个家系的基础导入系群体。通过2年4点田间试验,利用完备复合区间作图进行产量及其相关性状的QTL（quantitative trait locus,QTL）分析。【结果】4个环境下,在QB80为供体的导入系群体中,共检测到9个性状的49个QTL;在Qi319为供体的导入系群体中,检测到9个性状的42个QTL。在2个及以上环境中均检测到的QTL有16个。同一性状在不同环境下所检测的QTL定位在相同的染色体区域,不同性状的QTL也定位在相同或临近的染色体区域,形成多个QTL富集区。2个群体所检测的QTL位点具有较少的一致性,说明2个供体材料中含有不同的有利基因位点。同时,导入片段中含有利基因的导入系,其相关性状明显得以改良,这些导入系可用于QTL聚合以改良掖478的产量相关性状。【结论】QB80较Qi319与掖478间的遗传差异更大,能检测更多的产量性状QTL;2个导入系群体中含有优良等位基因的导入系可用于QTL聚合改良掖478;QTL富集区是为产量性状基因的克隆提供可供参考的重要染色体区域。     

小麦籽粒淀粉积累动态的条件和非条件QTL定位

 【目的】阐明影响小麦籽粒淀粉基因/QTL的时空表达和动态变化情况,为运用条件QTL更好地揭示小麦籽粒淀粉动态积累的基因表达提供参考。【方法】本研究以小麦品种花培3号和豫麦57构建的168个双单倍体（doubled haploid, DH）群体为材料,在6个不同的环境下种植,分别在花后12 d、17 d、22 d、27 d和32 d取样,对小麦籽粒淀粉含量（GSC）积累的条件和非条件QTL进行分析。【结果】在籽粒灌浆的5个时期,一共检测到7个非条件QTL和4个条件QTL,没有一个条件QTL能在测定的5个时期都有效应。7个非条件QTL分别分布在2A、3A、3B、4A、5D染色体上,其中QGsc4A在整个灌浆过程都能表达,5个时期的表型变异贡献率分别为13.57%、16.57%、21.96%、22.53%、22.90%。4个条件QTL中,QGsc4A在花后12 d、17 d、32 d均能检测到,总贡献率为21.80%,对籽粒淀粉积累的净增长量起主要作用。其它非条件QTL和条件QTL只在一个或几个阶段出现且效应值较小,花后27 d没有检测到条件QTL。【结论】控制GSC积累的数量性状基因以一定的时空方式表达,小麦籽粒淀粉积累的QTL动态分析,可以了解小麦籽粒淀粉积累的遗传规律及其对小麦籽粒发育的影响,为小麦产量和品质形成的分子基础的深入研究提供参考。     

陆地棉重组近交系产量及其构成因素的QTL分析

利用爱字棉1517×德州047重组近交系(recombinant inbred lines, RIL)中G6群体构建的SSR遗传连锁图谱及基于混合线性模型的复合区间作图法对QTL进行定位,并对主效QTL,加性×加性上位性QTL及与环境互作效应进行分析,为利用分子聚合方法提高产量提供理论依据。对2006年、2008年以及2009年的产量性状进行分离分析,检测到24个不同年份的主效QTL,其中相关于单株籽棉、单株皮棉、衣分、子指以及单株铃数的分别检测到1个不同年份稳定存在的主效QTL;对3年的产量性状作环境因子联合分析,检测到14个主效QTL,其中6个与环境互作,检测到20对加加上位性QTL,其中7对与环境互作。不同年份检测的稳定且受环境影响小或不受环境影响的与近处标记紧密连锁的主效QTL可用于分子标记辅助选择,以提高育种的效率。