高丹草(高粱×苏丹草)产量及其构成因素的QTL定位与分析

利用分子标记技术,在许多作物上已获得了高密度的分子遗传图谱,并定位了许多主要农艺性状的QTL,而在牧草上这方面的研究尚属空白。为提高育种中对牧草产量性状优良基因型选择的效率,对高丹草的单株产量及其构成因素(株高、分蘖数、叶片数)进行QTL定位,确定其在染色体的位置及其遗传效应,探讨其杂种优势产生原因。在以高粱413A和棕壳苏丹草杂交获得的248个F2:3家系构建的作图群体中,应用AFLP和RAPD两种标记技术构建了高丹草(Sorghum×Sudan grass)的遗传连锁图谱。共包含168个标记,分布于10个连锁群,图谱总长度为836 cM,标记间平均图距为4.98 cM。采用Joinmap/QTL4.0对高丹草单株产量及其三大构成因素进行QTL定位。共检测到QTLs19个,分布在8个连锁群上,其中,第1和3连锁群最多,各为4个和3个。单个QTL解释性状表型变异的5.20%～51.50%。检测到的19个QTL中,表现加性效应的有1个,占5.26%,部分显性效应的有3个,占15.79%,显性效应的有6个,占31.58%,超显性效应的有9个,占47.36%。超显性效应和显性效应在高丹草杂种优势的遗传基础中占主导地位。     

61份玉米DH系的SSR标记分析及性状遗传研究

采用SSR标记对由玉米自交系四-287×PHBIM组配的杂交F1经"吉高诱3号"诱导以及秋水仙素加倍后筛选所得的61份DH系进行进一步鉴定,并运用NCⅡ设计,将61份DH系与优良自交系L98与PH6WC组配成122个杂交组合,对DH系以及杂交组合的7个性状进行配合力及遗传力分析。结果表明,经SSR分子鉴定,61份DH系未发现偏分离现象;以单穗粒重、百粒重为目标,筛选出9个表现优良的DH系;以单穗粒重为目标,筛选出(M45×PH6WC、M42×PH6WC、M47×PH6WC)3个优良杂交组合。遗传力分析表明,株高、穗长可在早代选择,穗位高和秃尖长在晚代选择。     

玉米杂交种产量相关位点分析及优异等位变异挖掘

采用NCⅡ设计,将13个玉米自交系配制42个杂交组合,选用120对SSR引物进行分子标记,采用基于回归的单标记分析方法,通过表型变异对标记变异的回归分析,筛选玉米产量相关等位变异位点,估计等位变异的效应和位点的基因型值,剖析杂种组合等位变异的位点效应。结果表明,筛选得到phi089、umc1142和umc1700等8个标记位点及其phi089-4、umc1142-5、umc1700-3、phi102-1、phi047-1、umc2317-2、bnlg1892-5和bnlg1352-3共8个优异增效等位变异位点;bnlg1352-3/5、phi089-4/7、umc2317-2/5、umc1142-4/5和bnlg1892-1/5共5个基因型值较大的位点为等位变异的优异杂合位点。构成杂合位点的2个等位变异位点各自的加性效应及其显性效应共同影响杂合位点的基因型值。HF12202、H2671、AMD1和MCO-1等材料携带着较多增效位点,属于优异亲本。     

高丹草重组自交系群体的遗传变异与高产种质的创新

高丹草是一年生禾本科新型饲用牧草,提高其饲草产量是高丹草育种的重要目标.以高粱314A×棕壳苏丹草的F2:3遗传作图群体的后代材料建立的重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)群体为材料, 对后代进行遗传变异和DNA多样性分析.结果表明:通过采用两种方法(性状和分子标记)进行同时选择,获得了9个高产的超亲重组后代.通过SSR标记分析RIL群体的DNA多样性,可知家系间存在较大的遗传变异,杂交重组产生的超亲高产种质分布在不同类群中.鉴定获得了2组SSR遗传距离接近0而且在主要农艺性状和产量等方面相似,只在抗性方面有差异的不同家系.农艺性状和抗性等鉴定试验筛选了4份性状优良的高丹草新种质并已有2份进入区域试验.     

高丹草杂种及其亲本转录组SNP及等位基因特异性表达分析

为探究高丹草杂种及其亲本间单核苷酸变异与其杂种优势形成的关系, 以高丹草杂种及其亲本的根、茎和叶组织为试验材料, 采用Illumina Hiseq 2000进行转录组测序。对平均长度达58 122 160 bp的各测序样品序列信息进行检测后, 均检测到不少于58 000个SNP位点, 位于基因内的SNP个数显著多于位于基因间的SNP个数, SNP发生频率为1/741 bp, 平均转换颠换比为1.00∶1.53。在所有变异类型中, C/T和G/A发生频率最高。经过筛选得到198 (21%)个极显著偏向性等位基因表达偏向性SNP, 其中65%偏向父本白壳苏丹草, 并且很多在白壳苏丹草中具有高水平基因表达的转录本, 在高丹草杂种中的等位基因表达也偏向白壳苏丹草。在3种组织中, 分别有79%、78%和82%转录本的2个亲本等位基因表现出相对平衡的表达水平, 说明与顺式作用相比, 反式作用可能更多地影响了等位基因的特异性表达。选择6个极显著偏向性等位基因表达偏向性SNP-unigene进行qRT-PCR验证, 这些基因的差异基因表达模式与RNA-Seq分析结果一致。本研究采用Illumina 测序技术研究等位基因表达, 为高丹草杂种优势分析提供了依据, 也为其他饲草作物的相关研究提供了理论参考。     

高丹草遗传图谱构建及农艺性状基因定位研究

本文以高丹草(So rghumSudan grass)(314A×ZKSD)的F_2:3家系作为构图群体, 构建了高丹草AFLP和RAPD遗传图谱。将248个F_2:3家系按随机区组重复3次的田间设计在两个试验点种植, 考察了包括产量在内的10个重要农艺性状。利用复合区间作图法分析10个性状的数量性状基因座位(QTL)以及基因效应值和基因作用方式, 并采用遗传分离分析法进行多世代联合分析, 主要结果如下。     

高丹草数量性状的多元遗传分析

采用多元遗传分析方法分析了高丹草12个性状间的遗传关系。结果表明,12个性状分别载荷在3个主因子上,第1因子为绿色体产量因子,包括分蘖数、茎粗、叶片数、单株干重、单株鲜重、叶宽,第2因子为生育因子,第3因子为穗长因子或负因子;同时通过主成分分析明确了各性状对综合性状的贡献;聚类分析把12个性状聚为3类,第1类为单株干重、单株鲜重、叶宽、叶片数、分蘖数、茎粗、小穗数,第2类为株高、叶长和穗长,第3类为叶茎比和生育期,且聚类分析与因子分析结果基本一致。因此,通过对这些性状的选择,可以达到对饲用产量性状选择的目的。     

21世纪作物科学的发展方向

我国农业生产正经历由传统农业向现代农业转变的历史阶段，新的农业科技革命时代已经到来。文章论述了21世纪我国农业生产面临的主要问题及其作物科学的发展方向。     

高丹草新品种GB-4-2选育研究

GB-4-2是以314A为母本,白壳苏丹草为父本杂交成F1,自交五代后经过混合选择选育出的一年生优良饲用作物常规种。该品种须根发达,气生根多,分蘖多,植株高大,株高280～325cm,叶片宽大,长披针形,籽粒长椭圆形,颖壳褐色、千粒重19.47g。平均生育期103d。每年可刈割三次,鲜草产量4276.0～5911.4kg/667m2。粗蛋白在拔节期和开花期的含量分别为10.40%、5.92%,粗脂肪含量在拔节期与开花期分别为4.02%、2.43%,粗纤维两个时期的含量分别为26.34%、32.88%,中性洗涤纤维含量72.9%,酸性洗涤纤维含量31.6%。富含各种氨基酸,营养价值高,适口性好,是可以青饲、青贮、晒制干草的优等家畜饲草作物。同时该品种抗寒、抗旱、抗倒伏、抗病虫害,品种稳定性好,适应变动的环境能力极强,产量性状保持相对稳定的能力高。适宜在内蒙古地区及毗邻省区种植。