水稻苗期不同阶段与低氮耐性相关的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)的重组自交系(R IL)为材料,通过溶液培养试验检测苗期不同阶段与低氮耐性相关的数量性状基因座(QTL)。结果共检测到14个QTLs,单个QTL可解释的表型变异为7.13%1~3.03%。其中,处理后15 d检测到6个QTLs,分别位于第1、7、1、7、10和11染色体上;处理后30 d检测到8个QTLs,分别位于第3、8、3、10、3、8、10和4染色体上。处理后15 d,在第1染色体RM297-RM212区间检测到同时控制相对冠干重和相对总干重的QTL,与氮循环有关,此染色体区域可能富含关键的氮代谢基因。定位结果表明,两个时间检测出的低氮耐性QTL的差异表达与水稻不同发育阶段基因的时空表达密切相关,从而反映在低氮耐性位点的差异上。     

Identification of genomic regions associated with low phosphorus tolerance in japonica rice (Oryza sativa L.) by QTL-Seq

ABSTRACT

Phosphorus (P) is a major nutrient supporting rice productivity. Improving low-P tolerance of rice is expected to reduce dependence on P fertilizer, thereby reducing rice production costs and environmental impacts. This report describes the mapping of quantitative trait loci (QTL) associated with P deficiency tolerance in japonica rice. An F5 population derived from a cross of the low-P tolerant cultivar Akamai (Yamagata) and the sensitive cultivar Koshihikari was evaluated for shoot growth under low-P conditions. Then single nucleotide polymorphism (SNP) profiles of the low-P tolerant and sensitive bulks were compared on a genome-wide scale by QTL-Seq, a rapid QTL mapping method using next-generation sequencing technology. Results show a major QTL associated with low-P tolerance located on the long arm of chromosome 12. It has been named QTL for low-P tolerance 1 or qLPT1. SNPs were detected in 45 genes of qLPT1 region and the 5 genes were harboring synonymous SNPs, although none of them had been reported as involved in low-P tolerance. This result implies that the novel gene responsible for low-P tolerance exists in qLPT1. This study will contribute to the elucidation of mechanisms underlying low-P tolerance of Akamai and will facilitate the breeding of rice with low-P tolerance.     

水稻苗期生长对缺磷响应的QTL定位

缺磷是抑制全球水稻产量主要因素之一。本研究利用Asomonori（粳型）/IR24（籼型）杂交重组自交株系,对5个水稻苗期性状（相对苗高、相对根长、相对根重、相对苗重以及相对总重）在缺磷条件下的响应QTL进行定位。共检测到20个水稻苗期生长对缺磷响应的QTL位点,分别位于第1（4QTLs）、第4（4QTLs）、第5（2QTLs）、第7、第8（4QTLs）、第9（2QTLs）、第11（2QTLs）和第12号染色体上,其中13个QTLs位于与C3029C、XNpb302、C621B、C621C、R2976和C1263分子标记紧密连锁的6个基因组区域上。另外,每个性状均能从双亲中检测到正负效应QTL位点,这些能解释重组自交系群体中出现超亲和连续分布的现象。本文主要报道了水稻第5、第7和第11染色体上存在水稻苗期生长对缺磷响应的QTL位点。研究表明,该结果及其中检测到的QTLs两侧的连锁分子标记可用于水稻苗期耐低磷性分子育种。     

不同磷、钾处理小麦苗期氮营养性状的QTL分析

【目的】 对不同浓度磷、钾处理下小麦苗期氮养分效率相关性状进行QTL分析,以深入理解磷、钾与氮养分效率的相互关系,为氮营养相关性状的图位克隆及分子标记辅助选择育种奠定基础。 【方法】 采用苗期液培试验,以“川35050 ×山农483”组合衍生的小麦重组自交系群体(131个株系)为研究材料,设置了中磷中钾(MPMK)、高磷(HP)、低磷1 (LP1)、低磷2 (LP2)、低磷3 (LP3),高钾(HK)、低钾1 (LK1)、低钾2 (LK2)、低钾3 (LK3)共9个处理,对不同磷、钾处理下的氮养分效率相关性状进行研究,并结合分子标记遗传图谱,从整个基因组水平对与小麦苗期氮养分效率相关的10个性状进行QTL定位及遗传分析。 【结果】 不同处理下的10个性状共检测到137个QTL,位于除3D外的20条染色体上,大部分QTL (89.05%)仅在单一处理下被定位到,有3个QTL (QRnue-1A.2、QSnue-1A.1和QTnue-1A.1)可在至少4个处理中被检测到,有5个QTL (QRnue-1A.1、QTnue-1A.1、QSnc-4A、QRnc-6A.3和QSnue-6B)可同时在低磷和低钾环境中被检测到。本研究还检测到至少包含3个以上QTL的QTL簇17个,分别位于1A、1B、2B、2D、3A、3B、4A、4B、5D、6A、6B、6D和7A染色体上,共涉及66个QTL,占QTL总数的48.18%。其中,有5个QTL簇仅与特定磷、钾处理有关,大多数QTL簇均同时定位了不同磷、钾处理的不同性状,许多QTL簇位点还与前人定位的生物量、产量及其他养分有关。 【结论】 磷、钾的供应能够显著影响小麦苗期对氮素的吸收利用及其相关QTL的表达。影响苗期小麦氮养分效率相关性状的QTL大多数仅在特定处理下被检测到,但大多数QTL会形成QTL簇,构成了控制氮养分效率的QTL热点,许多热点区域也与前人定位的许多成株期性状如生物量、产量及其他养分效率有关,这些QTL/基因密集区域及其特点的发现,为我们深入理解小麦氮养分效率的遗传控制特点及其与磷、钾养分供应的关系提供了新的视角,也为这些重要位点的克隆及其应用提供数据支持。     

UV-B辐射增强下水稻苗期硅营养性状的QTL定位及其与环境互作效应分析

以"Lemont"和"Dular"杂交建立的包含123个家系的水稻重组自交系(RILs)群体为材料,选用水稻根系硅吸收能力和叶片硅利用率为指标,进行水稻硅营养遗传性状QTL定位,并分析其与UV-B辐射增强的互作效应。结果表明,控制水稻叶片硅利用率的4个加性QTL分别在第2、3、10染色体上,而控制根系硅吸收能力的1个加性QTL位于第11染色体上。QTL与UV-B辐射互作分析发现2对控制根系硅吸收能力和3对控制叶片硅利用率的基因×环境上位性QTL,其中只有1对控制根系硅吸收能力的QTL效应值较大。说明水稻这两种硅营养性状中,根系硅吸收能力较叶片硅利用率受UV-B辐射影响大,在抗UV-B辐射育种中以叶片硅利用率为水稻硅营养遗传选择的指标具有较高效率。     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

不同耐密性玉米品种地上部与根系性状的协同效应

【目的】阐明不同玉米品种在增密种植条件下地上部性状和根系构型的协同响应,为耐密性玉米的遗传改良提供理论支撑。【方法】以我国18个主栽玉米品种为试材,设置2个种植密度(6万株/hm²和7.5万株/hm²),分别在吐丝期和成熟期测定14个地上部农艺性状和8个根系构型性状,利用方差分析与回归分析等统计方法解析耐密高产品种的地上地下协同关系。【结果】随着种植密度的增加,玉米单株地上部和根系生物量及籽粒产量等指标下降,群体地上部生物量和籽粒产量显著提高。根据两个种植密度下的群体产量,受试品种中6个被划分为高低密度下均高产的双高型(DH);3个品种为仅高密度下高产的高密高产型(HH);7个品种为高低密度下均低产的双低型(DL);2个品种为仅低密度下高产的低密高产型(HL),供试品种主要为双高型(DH)和双低型(DL)。在高密度下,DH品种比DL品种具有更多的吐丝前干物质累积量和更高的收获指数,DH品种在减少根系干重、节根数和根系宽度的同时,保持了较高的根系表面积与总根长。综合两个种植密度下地上部与根系性状对产量的贡献,发现吐丝期茎秆干物质、成熟期籽粒干物...     

酸性磷酸酶活性与大豆耐低磷能力的相关研究

在水培条件下研究了11个南方春大豆地方品种和育成品种对低磷胁迫反应的差异及其与酸性磷酸酶活性（APA）的相关关系。结果表明，不同大豆品种的地上部干重、根干重、植株全磷和全氮积累量差异极显著（P＜0.01），表现出品种间耐低磷的差异性。大豆品种地上部干重、根干重、植株全磷和全氮量与APA的相关性均达到显著或极显著水平。APA是大豆品种磷效率的一种机制，它可作为耐低磷品种筛选的一个生化指标。     

作物次级群体的研究进展

用于作物数量性状基因座(QTL)定位研究的次级群体有近等基因系、导入系、染色体片段代换系等。次级群体是用于QTL鉴定、精细定位、互作分析、图位克隆、品种改良等的良好材料。相对于初级群体而言,次级群体是在相似的遗传背景下进行QTL分析,消除了大部分遗传背景的干扰和QTL之间的互作,提高了QTL分析的灵敏度和准确性。概述了作物次级群体库的构建及利用的研究进展,讨论了基于次级群体理论发展起来的染色体单片段代换系在作物遗传育种中的利用价值。     

缺磷对不同耐低磷玉米基因型酸性磷酸酶活性的影响

【目的】酸性磷酸酶活性与土壤及植株体内有机磷的分解和再利用有着密切的关系。本研究以不同耐低磷玉米自交系为材料,研究低磷胁迫下玉米叶片、根组织内以及根系分泌酸性磷酸酶活性的变化及基因型差异,探讨酸性磷酸酶与玉米耐低磷之间的关系,以期更深入地了解玉米耐低磷的生理机制。【方法】以5个典型耐低磷自交系99180T、99239T、99186T、99327T、99184T和2个磷敏感自交系99152S、99270S为试验材料,采用营养液培养方法,设正常磷和低磷两种处理,分别于缺磷处理3、8和12 d时调查取样,测定地上部干重、根干重、叶片中无机磷(Pi)含量、根和地上部磷累积量、根系分泌APase活性以及叶片中APase活性,并于缺磷处理12 d测定根系内APase活性。【结果】1)缺磷使玉米地上部干重下降,根干重、根冠比增加,随着缺磷处理(3 d→8 d→12 d)时间的延长,根干重、根冠比增加幅度增大,且耐低磷自交系根干重增加幅度普遍大于敏感自交系。2)低磷条件下,玉米自交系磷吸收、利用效率存在基因型差异,耐低磷自交系99239T、99180T和99327T磷吸收效率较高,99186T和99184T磷利用效率高,敏感自交系99152S、99270S磷吸收和利用效率均较低。3)低磷处理使玉米自交系叶片无机磷(Pi)含量显著下降,耐低磷自交系99184T、99327T和99239T下降幅度较小,相对叶片无机磷含量较高。4)缺磷诱导玉米根系分泌的APase活性升高。耐低磷自交系99184T和99186T根系分泌APase活性升高幅度较大,其余3个耐低磷自交系未表现出明显优势。缺磷处理3 d、8 d,玉米根系分泌APase活性与磷累积量显著正相关,而12 d时相关性不显著;根系分泌APase活性与磷利用效率在缺磷处理12d时达显著正相关。说明玉米根系分泌APase活性与磷吸收、利用效率相关关系不稳定。5)缺磷处理12 d,各玉米自交系根组织内APase活性与根系分泌APase活性变化情况较一致,两者相关系数r=0.755(P0.05)。6)缺磷条件下各玉米自交系叶片组织内APase活性均有升高趋势,并表现出明显的基因型差异。缺磷处理8 d,耐低磷自交系99184T和99239T叶片组织内APase活性升高幅度最大,其次是99327T和99186T,99180T、99270S和99152S升高幅度较小;缺磷处理12 d,各玉米自交系叶片APase活性仍继续增加,99239T、99184T、99327T和99186T的相对APase活性均较高,99270S和99152S的相对APase活性较低。相关性分析表明,缺磷条件下玉米自交系叶片中相对APase活性与叶片中相对无机磷(Pi)含量显著正相关,与磷吸收、利用效率不显著相关。【结论】低磷诱导玉米叶片、根组织和根系分泌APase活性升高,根组织和根系分泌APase活性的大小与玉米耐低磷能力不完全相关,叶片APase活性与玉米耐低磷能力有较好的一致性。     

水稻吸氮能力与氮素利用率的QTLs及其基因效应分析

利用F2(Palawan(IR42)群体的RFLP标记连锁图 ,对水稻根系NH4-N和NO3-N吸收能力及植株氮素生理利用率进行QTL区间作图分析 ,在第 2和 5染色体上分别测得控制水稻根系NH4 N吸收能力的QTL各 1个。前者表现为显著的加性及部分显性效应 ,后者有显著的加性和显性效应 ;在第 5和 6染色体上测得控制水稻幼苗根系NO3-N的吸收能力的QTL各 1个 ,两者的基因效应主要表现为显性效应 ;在第 12染色体上检出控制稻苗氮素生理利用率的QTL 1个 ,具有显著的加性和显性效应。此外 ,通过表型值在各标记的两纯合基因型间的差异显著性检验 ,发现第4染色体上的标记RG91对水稻幼苗根系NH4-N吸收能力也具有显著加性效应     

低磷胁迫对不同基因型水稻阶段生物学特征的影响

采用盆栽试验研究了低磷胁迫下不同基因型水稻在分蘖期、孕穗期和成熟期的生物学特征。结果表明,不同基因型水稻在不同的生长发育阶段对低磷胁迫的反应存在明显差异。分蘖期,耐低磷基因型水稻的耐低磷特性主要表现在相对分蘖数、相对绿叶数和相对地上部干重三个性状上,其中以相对分蘖数的差异较大,但这个时期水稻的任一性状不足以反映其耐低磷特性;孕穗期,耐低磷基因型水稻的相对分蘖数、相对绿叶数和相对地上部干重虽仍表现出明显的优势,但与分蘖期不同的是相对分蘖数受低磷胁迫的影响程度趋于稳定,相对绿叶数的差异明显下降,相对干重的高低逐步成为区别耐低磷基因型的主要依据;成熟期,耐低磷基因型的相对地上部干重优势进一步加强,远远超过其它生物学性状。耐低磷基因型的相对经济产量显著高于低磷敏感基因型。在水稻生长的各个时期中,耐低磷基因型水稻的相对株高、相对叶宽和相对叶长与低磷敏感基因型水稻对应的指标相比均未表现出明显差异。     

低磷胁迫对不同品种高粱苗期形态及生理指标的影响

以14个高粱品种为材料,设置5个磷处理水平,对高粱苗期的形态和生理指标进行了研究。结果表明, 1）不同水平磷处理对高粱苗期各形态指标均有极显著影响,其中以0.25 mmol/L作为低磷处理较适合; 2)低磷胁迫对高粱幼苗各形态指标均有不利影响,干重、植株地上部含磷量受低磷的影响较大,可作为耐低磷高粱品种的筛选指标; 3)不同高粱品种对低磷的耐性存在明显的基因型差异, 聚类分析显示八月齐属相对耐低磷性强的品种,农858属低磷敏感型品种; 4)低磷下叶绿素和可溶性蛋白含量下降,丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性升高,除可溶性蛋白外,叶绿素、 MDA、 SOD和POD活性均表现为耐低磷性强的相对变化率较小,耐低磷性弱的相对变化率较大。     

Selenium effects and quantitative trait locus (QTL) mapping for mineral nutrient efficiency traits in wheat at the seedling stage

A nutrient solution culture experiment was conducted in the greenhouse to investigate the effects of selenium (Se) on biomass and the mineral nutrient efficiency of macroelements phosphorus, potassium, calcium and magnesium (P, K, Ca and Mg) and microelements iron, manganese, copper and zinc (Fe, Mn, Cu and Zn) in wheat at the seedling stage using a set of recombinant inbred lines (RILs). Quantitative trait locus (QTL) analysis was also performed for all 60 traits. The results showed that 0.1 μmol/L Se can significantly affect the phenotypic traits relation to biomass and nutrient efficiency and the corresponding QTLs. A total of 260 QTLs were located on 19 chromosomes, and 96.54% of these QTLs were only detected in one treatment. A total of 23 important QTL clusters and 31 cooperative uptake and utilization (CUU) loci that colocalized with QTLs for nutrient uptake and/or utilization of at least two elements were also identified. These CUU loci involved 190 out of the 248 QTLs (76.66%) for nutrient efficiency traits, indicating that CUU-QTLs were common for macroelements (P, K, Ca and Mg) and microelements (Fe, Mn, Cu and Zn). Additionally, these loci may be hot spots for genetic control of mineral nutrient efficiency traits.     

Chromosomal regions controlling seedling drought resistance in Israeli wild barley, <Emphasis Type="Italic">Hordeum spontaneum</Emphasis> C. Koch

The objective of the present study was to map quantitative trait loci (QTL) controlling drought-resistance traits at seedling stage of Israeli wild barley (Hordeum spontaneum). Mapping was conducted using an F₄ mapping population derived from a cross between genotype WQ23-38 from xeric (Wadi Qilt, 144 mm annual rainfall) and MA10-30 from mesic (Maalot, 790 mm annual rainfall) environments. Obvious segregation was observed for traits including time to wilt, leaf relative elongation rate, recovery rate, shoot regrowth, osmolarity, relative water content, leaf length, and root length with the coefficient of variation ranging from 10 to 77%. Eighteen putative QTL effects were identified (at false discovery rate = 10%) by single-trait analyses and confirmed by multi-trait analysis and multiple interval mapping using a new MultiQTL package. The results of our study suggest that the xeric genotypes adopted survival strategies while the mesic genotypes adopted growth-sustain strategies to cope with drought stress.     

大粒型水稻材料粒型性状的QTL定位

研究大粒型水稻材料对粒型相关基因的挖掘具有重要作用,同时也能为水稻超高产育种提供优质的种质资源。本研究以大粒型水稻材料lg1与9311杂交衍生的F2遗传分离群体为对象,分别采用2014年、2015年的粒型数据和2年的联合粒型数据,对控制其粒长、粒宽及粒厚的QTL进行初步定位。结果表明,3种情况下共定位到22个相关QTL,其中5个粒长QTL、9个粒宽QTL、8个粒厚QTL,分布于第1、第2、第3、第4、第5、第8和第11号染色体上。3种情况下均检测到QTL的有3个,即粒长QTL q GL-2-1、粒宽QTL q GW-5-1和粒厚QTL q GT-5-1,3个QTL增效等位基因均来自于亲本lg1;此外,有7个QTL在2014年、2015年和2年的联合数据定位中均被检测到,12个QTL只在1年或2年的联合数据定位中被检测到。q GL-2-1、q GW-2-3和q GT-2-3处于同一标记区间RM5812~RM13174,推测可能受同一粒型基因控制,是新的粒型QTL位点。主效QTL q GL-1-2和q GW-11-1可能是新的控制粒型QTL位点,其余检测到的QTL所在的大部分标记区间已有粒型QTL被定位或克隆。本研究结果为大粒水稻lg1粒型基因的精细定位及克隆奠定了基础。     

利用三重测交群体剖析玉米苗期性状杂种优势的遗传学基础

为了探讨玉米苗期性状及其杂种优势形成的遗传学基础,以强优势玉米(Zea maysL.)杂交种组合豫玉22及其重组近交系为基础材料,采用三重测交(triple testcross,TTC)遗传交配设计,组配了包含312个测交后代的TTC群体,通过复合区间作图法检测到了30个控制发芽后第4天的最长根长、苗高、初生根数、根干重及叶干重的QTLs,并且在第2、3和7染色体上存在4个同时控制不同苗期性状的QTL区域。分析发现,在利用Z1和Z2数据定位出的22个QTLs中,以超显性位点最多(11个),加性(5个)和部分显性较少(5个),而显性最少(1个)。另外,还检测到8个QTLs与遗传背景之间的互作和16对不同标记间的互作。据此,我们提出超显性和上位性是玉米苗期性状及其杂种优势形成的主要遗传学基础。关键词玉米,苗期性状,三重测交,杂种优势,QTL定位     

不同生长环境下水稻氮、磷、钾利用相关性状的QTL定位分析

【目的】鉴定影响水稻氮、磷、钾利用相关性状的QTL,为开展水稻养分高效利用分子标记辅助选择育种和肥高效基因的图位克隆提供依据。【方法】以云南强耐冷(2级)粳稻地方品种丽江新团黑谷与十和田杂交、回交获包含105个株系的孕穗期耐冷性近等基因系BC4F8及双亲为材料,在云南白邑(冷水胁迫)、寻甸(自然低温胁迫)和玉溪(正常生长环境)3种生长环境下进行水稻氮、磷、钾养分吸收相关性状的鉴定,并利用构建的含有180个SSR标记,全长为1820.6 c M,标记间平均距离为15.67 c M的遗传图谱,用基于完备区间作图法的QTL Ici Mapping V3.2软件对16个性状进行QTL定位分析。【结果】3种环境下共检测到56个QTL,分布在第1、2、3、4、5、6、7、9和10染色体上,单个性状QTL数为1~10个,单个QTL可解释的各自性状表型贡献率为8.88%~35.30%。其中,氮、磷、钾利用效率QTLs数分别为12个、27个和17个。而q TNA-1a、q TPA-1、q PHI-1、q PHI-6、q PHI-7b和q KHI-6共6个QTL在冷害和正常环境下均能检测到,稳定性较高,其贡献率变幅为10.63%~31.57%。在第1、3、4、5、6、7和10染色体上有13个标记区域存在QTL成族分布,单个QTL位点控制的性状数为2~5个,其中共同控制磷总吸收量、磷素干物质生产效率、磷素收获指数、每100 kg籽粒需钾量和钾素收获指数等性状的位点数最多。【结论】获得56个影响氮、磷、钾利用相关性状的QTL,且发现的13个QTL富集区可作为水稻氮、磷、钾高效利用分子育种的重要候选区域。     

排除主效作用下水稻产量性状QTL的检测

本研究旨在排除主效QTL效应的基础上检测控制水稻产量性状的微效QTL。前期应用中156/谷梅2号重组自交系（RIL）群体在第7染色体RM2-RM214区间上检测到控制抽穗期和产量性状的主效QTL,本研究挑选在此区间呈谷梅2号基因型的两个株系,配组衍生新的RIL群体,检测控制水稻产量性状的QTL。共检测到25个产量性状Q...     

Hydroponic experiment for identification of tolerance traits developed by rice Nagina 22 mutants to low-phosphorus in field condition

Development of phosphate (P)-deficiency tolerant rice cultivars is constrained by lack of suitable, reproducible, and consistent seedling stage screening methods in breeding programs. This study reports the screening and characterization of M5 mutants derived from an ethyl methane sulfonate treated population of rice cv. Nagina 22 (N22) in low-P field (soil Olsen P 1.94–2.01 mg kg^?1; alkaline Vertisol; pH 7.94) for high yield. The present study showed that seedling growth responses such as increase in root weight, root length, root/shoot weight, and dry weight in P-deficient medium can be taken as indices of low-P tolerance in mature plants in field. Total phosphorus content in seedlings showed an inverse relationship with total phosphorus content and low-P tolerance in mature plants in the field. But, phosphorus content in seeds and acid phosphatase activity in the seedling stage were positively correlated with survival and seed set in low-P field. In low-P field, plant height correlated most with yield per plant, and the number of productive tillers in mature plants was highly correlated with tiller number at vegetative stage. These mutants (NH776, NH710, and NH719) have agronomic importance because of their ability to grow and give higher yield than N22 in P-deficient field.