基于DArTseq标记的人工合成小麦农艺性状QTL定位

人工合成小麦拥有丰富的有利遗传变异,可用于普通小麦的遗改良。本研究选用两个人工合成小麦改良品系构建了由284个单株组成的F2群体,基于1 671具有染色体位置信息的多态性DAr Tseq标记构建遗传图谱,并结合该群体农艺性状(株高,穗长,穗颈节长,小穗数,穗粒数,单株有效穗数,千粒重,单株重)的表现型,利用QTL作图软件ICIMapping 4.1进行了QTL定位。结果表明,共检测到20个QTL,其中4个为株高QTL,分布于2A、3B、5B染色体上,可解释表型变异的5.4%~10.8%;4个为穗长QTL,分布于2D、3B、5B染色体上,可解释表型变异的1.4%-8.8%;3个为穗颈节长QTL,分布于1A和5A染色体上,可解释表型变异的4.6%~12.2%;2个为穗粒数QTL,分布于3D和5A染色体上,可解释表型变异的18.9%~29.8%;1个为单株有效穗数QTL,分布于2A染色体上,可解释表型变异10.2%;5个为千粒重QTL,分布于1B、5A、5B、5D和7B染色体上,可解释表型变异的8.9%~10.9%;1个为位于7B染色体上的单株重QTL,可解释表型变异的6.1%。同时,在5B和7B染色体上存在控制多个性状的同一QTL位点。利用生物信息学的方法,筛选到1个千粒重相关的候选基因。以上结果可为人工合成小麦农艺性状QTL精细定位、分子标记辅助选择育种和基因克隆奠定基础。     

利用高密度SNP 遗传图谱定位小麦穗部性状基因

小麦穗部性状之间相关性密切, 其中穗粒数和千粒重是重要的产量构成要素, 挖掘与穗部性状相关联的基因位点对分子标记辅助育种及解释基因效应具有重要意义。本研究以RIL群体(山农01-35×藁城9411) 173个F_8:9株系为材料, 利用90 k小麦SNP基因芯片、DArT芯片技术及传统的分子标记技术构建的高密度遗传图谱, 在5个环境下进行穗部相关性状QTL定位。检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上7个控制千粒重的加性QTL, 解释表型变异率6.00%~36.30%, 加性效应均来自大粒母本山农01-35; 检测到8个控制穗长的加性QTL, 解释表型变异率14.34%~25.44%; 3个控制穗粒数的加性QTL; 5个控制可育小穗数的加性QTL; 3个控制不育小穗数的加性QTL, 贡献率为8.70%~37.70%; 4个控制总小穗数的加性QTL; 6个控制小穗密度的加性QTL。通过基因型与环境互作分析, 检测到32个加性QTL, 解释表型变异率0.05%~1.05%。在4B染色体区段EX_C101685–RAC875_C27536检测到控制粒重、穗长、穗粒数、可育小穗数、不育小穗数、总小穗数的一因多效QTL,其贡献率为5.40%~37.70%, 该位点在多个环境中被检测到, 是稳定主效QTL。在6A染色体wPt-0959-TaGw2-CAPS区间上检测到控制粒重、总小穗数的QTL。研究结果为穗部性状的分子标记开发、基因精细定位和功能基因克隆奠定了基础。     

小麦D基因组产量性状QTL定位

粗山羊草是普通小麦的D染色体组供体,为了寻找粗山羊草中对小麦产量性状遗传改良有益的基因,通过对四倍体硬粒小麦与粗山羊草杂交合成的双二倍体Am6-1和普通小麦品种Ph85-16的回交一代进行产量性状变异特点分析,发现粗山羊草的D组染色体对小麦的产量性状具有显著影响,千粒重、穗长、穗粒数和每穗小穗数明显高于Ph85-16;同时利用130对SSR引物对几个与产量性状相关的QTL位点进行了定位,初步寻找到4个主效QTL,它们分别为与穗长相关的QSl．sdau-5D,其贡献率为31．58％,与株高相关的QPh．sdau-1D,其贡献率为25．38％,与穗粒数相关的QGs．sdau-5D,其贡献率为44.65％,与千粒重相关的QTgw．sdau-3D,其贡献率为61．62％。     

利用90k芯片技术进行小麦穗部性状QTL定位

小麦穗部性状与产量密切相关,挖掘穗部性状基因及其关联分子标记具有重要意义。本研究以周8425B?小偃81衍生的RIL群体(F8)为材料,利用90k芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的穗长、小穗数、不育小穗数、穗粒数、千粒重进行QTL定位。共检测到19条染色体上的71个QTL,变异解释率(PVE)范围为2.10%~45.25%,其中37个位点为主效QTL(PVE10%)。QSl.nafu-6A.2(穗长)、QSl.nafu-7A(穗长)、QSsn.nafu-2A.1(不育小穗数)、QSsn.nafu-2D(不育小穗数)和QGns.nafu-2B(穗粒数)在多个环境中被检测到,且LOD10,PVE20%。位于同一个基因簇中的QSl.nafu-6A.2(穗长)、QGns.nafu-6A(穗粒数)和QTgw.nafu-6A(千粒重)在多个环境中被检测到,且与已报道的相关位点位置相同或相近,在分子标记辅助育种中具有较大参考价值。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

燕大1817/北农6号重组自交系群体穗部性状的QTL定位

小麦穗部性状与单株产量密切相关。本研究以小麦骨干亲本燕大1817与优良品系北农6号衍生的269个重组自交系为材料,通过在北京和河北石家庄的2年田间试验数据,利用本实验室已构建的高密度SNP和SSR遗传连锁图谱进行穗长、穗粒数和穗粒重QTL定位。采用完备复合区间作图法共检测到29个穗部性状加性效应QTL,其中10个穗长QTL分布于1B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A和7D染色体上,解释的表型变异率为2.96%~9.63%,QSl.cau-4A.2在所有5个环境中均能被检测到,解释的表型变异为5.89%~9.62%,另有7个QTL能在2个或2个以上环境中被检测到;8个穗粒数相关QTL分布于1A、3A、3D、4A和5B染色体上,解释的表型变异为4.06%~11.17%,为单个环境QTL。11个与穗粒重相关QTL分布于1A、1B、2A、2D、3A、4D、5A、5B和6B染色体上,解释的表型变异为2.79%~16.12%,其中QGws.cau-1B、QGws.cau-3A和QGws.cau-6B.2在2个或者2个以上环境中能被检测到。另外,鉴定出6个分布于1A、2D、3A、4A和5B染色体上的QTL富集区段。     

利用小麦关联RIL群体定位产量相关性状QTL

为定位控制小麦产量相关性状的QTL位点,获得与重要位点连锁的分子标记和染色体区段,以分别含有229和485个家系的关联重组自交系(RIL)群体WY和WJ为材料,在4个环境中,用完备区间作图法(ICIM)对产量相关性状进行了QTL定位分析。结果表明,产量相关性状QTL分布在小麦21条染色体上。在WY群体中检测到每穗小穗数、主茎穗粒数、单株穗数、千粒重和单株产量的QTL分别有9、9、4、7和5个,其中16个(55.2%)解释大于10%的表型变异;在WJ群体中检测到这5个性状的QTL分别有20、16、11、14和9个,其中只有3个(6.7%)在单个环境中解释超过10%的表型变异。在WY群体中有5个QTL在2个环境中被重复检测到;在WJ群体中,有11个QTL在2个或2个以上环境中被重复检测到。在2个群体中均检测到产量相关性状的QTL在染色体上形成了含有一因多效或紧密连锁QTL的染色体区段,并在2个群体检测到可能相同的9对QTL和2个染色体区段。     

河南小麦品种穗粒数性状的动态变化及全基因组关联分析

穗粒数是小麦产量构成的重要因子,研究小麦穗粒数及其相关性状的变化规律与遗传机制对于高产育种具有指导意义。以198份河南种植或审定的小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定穗粒数相关性状表现,选用660K SNP芯片检测材料的基因型并进行全基因组关联分析。发现穗粒数存在着广泛的变异,穗粒数、穗长、总小穗数、可育小穗数和不育小穗数的广义遗传力分别为77.43%、87.54%、85.45%、79.70%和68.08%,2002年以前、2003-2008年、2009-2014年和2015年以来育成品种的平均穗粒数分别为35.71个、36.85个、37.40个和37.98个,随着育种时期的推进总小穗数和可育小穗数也表现出逐渐提高的趋势。共发现41个和穗粒数等性状相关联的位点,分布在除了1D、3A、3D、4B和4D的16条染色体上,单个关联位点的表型变异贡献率(R2)范围为6.19%~20.83%,其中10个位点至少在2个环境中稳定表达。对关联位点进一步分析发掘了多个与穗粒数性状相关的优异等位变异,如7A上AX-109368219(A)能增加穗粒数1.86粒,2A上AX-111674224(C)能提高总小穗数0.96个,2D上AX-111582877(G)能提高可育小穗数0.73个。研究揭示近五十年河南小麦穗粒数性状的动态变化及其规律,获得了多个和穗粒数等性状关联位点及等位变异,为小麦产量性状的遗传改良及分子设计育种提供了技术支持和基因资源。     

小麦穗部性状和株高的QTL定位

穗粒数是小麦的重要产量性状之一,减少基部不育小穗数是提高小麦穗粒数的重要途径。利用EMS诱变小麦品系山农1186获得基部2-4个小穗不育突变体M7652。本研究利用M7652与山农1186回交获得的BC3F2群体及其衍生的BC3F2:3株系(MS)群体,M7652与泰农18杂交获得的F2群体及其衍生的F2:3株系(MT)群体为材料,进行遗传作图和QTL定位。通过SSR标记检测构建了分别覆盖38.9 c M、73.1 c M的两个4B染色体的遗传连锁图。对两个群体的穗部性状和株高进行QTL分析表明,MS回交群体在3个环境下都检测到6个QTL,包括5个控制穗部性状和1个株高性状的QTL位点,其贡献率为18.22%~47.23%,且位于染色体的相同区段,形成一个QTL簇;MT群体在1个环境中检测到4个控制穗部性状、1个控制株高的QTL位点,其贡献率为1.51%~39.15%,形成一个QTL簇。利用MS和MT群体检测到的QTL簇在染色体上的位置相同,都覆盖swes24标记,这个区域与增加小麦穗粒数、降低株高有关,为小麦穗粒数、株高的精细定位、基因克隆奠定了基础。     

利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位产量相关性状QTL

以东乡普通野生稻和日本晴为亲本构建的染色体片段置换系为研究材料,2019年分别在北京、山东临沂和江西南昌对分蘖数、穗粒数和粒形等11个产量相关性状进行多环境鉴定,结合染色体片段置换系基因型数据定位水稻产量相关性状QTL。3个环境共检测到68个QTL,包括株高4个、穗长5个、分蘖数2个、一次枝梗数7个、一次枝梗粒数8个、二次枝梗数8个、二次枝梗粒数10个、每穗粒数6个、千粒重7个、粒长8个和粒宽3个;LOD值介于2.50~12.66之间,贡献率变幅为4.67%~27.79%,15个QTL的贡献率大于15%;24个QTL与已报道位点/基因位置重叠,44个QTL为新发现位点;6个QTL在2个环境能被检测到,1个QTL qTGW2能在3个环境检测到,且是还未报道的新位点。最后,利用BSA法验证了qPH7、qPBPP8-2和qGW10三个QTL的可靠性。本研究将为后续产量相关性状基因克隆以及进一步解析其遗传基础和分子调控机制奠定基础。     

影响水稻穗部性状及籽粒碾磨品质的QTL及其环境互作分析

利用优质恢复系测258为轮回亲本与粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC₁F₇回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)和碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)的主效QTL并剖析其环境互作效应。双亲在穗实粒数、千粒重、粒长和粒宽及整精米率等性状上存在显著差异。各产量相关性状间呈极显著正相关,而与千粒重和粒长呈极显著负相关。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。在南宁和三亚环境下检测到影响产量相关性状、粒型及碾磨品质的主效QTL共计57个,包括二次枝梗数的6个,穗实粒数4个,穗总粒数、粒重和穗重各5个,粒长9个,粒宽7个,粒厚1个,糙米率4个,精米率5个和整精米率6个,分布在除第11染色体外的所有染色体上。多数影响枝梗数、穗粒数和粒重的QTL成簇分布,而且与影响BR、MR和HR的QTL分布在不同染色体区域。在第2、第3、第4、第5和第6染色体上鉴定出影响穗粒数、粒重、粒型及碾磨品质的重要QTL,这些QTL在以往不同遗传背景和环境下被多次检测到。在第8染色体RM152~RM310区间鉴定到1个影响粒长和粒宽的新的QTL,能同步增加粒宽和粒长。鉴定出的这些稳定表达的QTL具有标记辅助选择育种的应用价值。整精米率是受环境影响最大的性状,其QTL的环境互作效应明显。对QTL的环境互作效应特点及其在品种标记辅助改良中的作用进行了深入探讨。     

冬小麦旗叶大小及籽粒相关性状的QTL分析

为发掘控制小麦旗叶长、宽、面积和千粒质量、穗粒数、穗粒质量的QTL,并阐明旗叶大小与籽粒性状之间的遗传关系,以农大3338和京冬6号构建的包含216个家系的DH群体为材料,于2015年和2016年分别在临汾和运城进行了田间试验,结合含有469个标记的遗传图谱,利用复合区间作图法进行了QTL分析。结果显示,共检测到105个加性QTL,其中,40个为旗叶性状的QTL,65个为籽粒性状的QTL,单个QTL的贡献率为2. 28%～39. 91%。在1B、2A、2B、2D、3A、4A、4B、4D、6A、6D和7A染色体发现了多个QTL富集区,富集区内的QTL或紧密连锁,或一因多效,在QTL水平证实了旗叶长、宽、面积和千粒质量、穗粒质量、穗粒数是紧密关联的。7个QTL (Qflw-4A. 1、Qflw-4B. 1、Qflw-4D. 1、Qfla-4B、Qtgw-4A. 1、Qtgw-4B. 2、Qtgw-4B. 3)能够在3种或4种环境中被重复检测到,具有较高的LOD值,并对表型具有较高的贡献率。对这7个稳定表达的主效QTL进行深入挖掘与精细定位,可能对于MAS育种和基因克隆具有重要的意义。     

不同大麦品种(或品系)3个穗部性状的差异分析和QTLs检测

解析穗粒数、小穗数和粒重及其QTLs间的遗传关联,有利于大麦穗发育遗传和标记辅助选择研究。本研究采用SPSS 19.0软件分析了25份试验材料的小穗数、千粒重和穗粒数的表型差异,以及不同性状及其QTLs间的遗传关联性。结果表明小穗数等3个性状具有显著或极显著差异,育种品种的小穗数和穗粒数与地方品种的没有明显差异,大多数育成品种的千粒重显著或极显著高于地方品种的,二棱大麦的小穗数、穗粒数和千粒重没有显著差异,但六棱大麦的具有显著或极显著差异;小穗数与穗粒数极显著正相关,偏相关系数为0.835;在试验材料中共检测到4个小穗数QTLs、6个穗粒数QTL和6个千粒重遗QTLs,16个QTLs分别位于1H、2H和4H等6条染色体上,其中QSn-4HS等8个QTLs具有增效作用、其余QTLs具有减效作用。与标记HVM40-258 bp连锁的QTL对小穗数和穗粒数具有一因多效特性性。小穗数等3个穗部性状分别受遗传效应不同的QTLs控制,QTL多效性导致了小穗数与穗粒数关联遗传。     

调控小麦重要农艺性状基因的染色体定位

为了研究调控小麦重要农艺性状基因的染色体分布,进一步解析控制小麦重要农艺性状基因的遗传基础,本研究以一套“中国春-人工合成小麦”染色体代换系为材料,在大田条件下,对不同株系小麦的株高、穗长和穗数等重要农艺性状进行调查。通过同一性状不同株系间的差异显著性分析,对调控株高、穗长和穗数的基因进行了染色体定位。研究结果表明:1 B、2 B、 3 A、4 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦株高的位点;1 B、1 D、2 B、2 D、5 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦穗长的基因位点;3 A和6 D染色体上可能携带有调控小麦成穗数的位点。本研究有利于进一步理解调控小麦农艺性状的遗传基础,并对小麦分子育种实践具有一定的指导意义。     

发掘人工合成小麦中千粒重QTL的有利等位基因

以人工合成小麦Am3为供体亲本,普通小麦莱州953为轮回亲本,经5次回交然后自交,培育出含85个株系的F_2:3群体。以该群体为材料,用348对多态性SSR标记,进行全基因组扫描,发掘人工合成小麦中千粒重QTL的有利等位基因。利用复合区间作图法检测到3个千粒重QTL,其对表型变异的贡献率为10.9%~33.79%。其中,Am3的等位基因能够增加千粒重2.3~4.8 g。相关分析表明,该导入系群体的千粒重与穗粒数、穗数和株高无显著相关性。千粒重QTL与穗粒数、穗数性状的QTL不在同一位置,这有利于高千粒重基因与其他产量性状基因的聚合。采用混合线性模型作图法检测到1个千粒重QTL(QGw.caas-3D),该QTL与环境互作效应小,而且与复合区间作图法在3个环境中都检测到的QTL相同,表明QGw.caas-3D是一个稳定的主效QTL。     

水稻剑叶角度与主穗产量的遗传剖析

理想水稻株型的选育与高产育种密切相关,而剑叶角度则是构成水稻理想株型的重要指标之一,同时也是影响水稻产量的重要因素。合理开发利用水稻中控制剑叶角度及产量相关的数量性状基因座位（QTL）,并结合分子育种技术,可更好地为高产制繁种目标服务。通过应用由244个株系组成的珍汕97B/密阳46重组自交系（RIL）群体,构建含256个分子标记的连锁图谱,采用QTL区间作图法对剑叶角度及主穗产量等5个性状进行定位分析,共检测到17个QTL,分布于染色体1、2、3、5、6、9、10、11。这些QTL对相应性状的贡献率介于3.46%~25.64%之间。在第1染色体上检测到控制5个性状的QTL,其中控制剑叶角度的两个QTL;在第2、3、9、10、11染色体上分别检测到各一个QTL;第5染色体上检测到控制剑叶、每穗总粒数和每穗实粒数的3个QTL;1个每穗实粒数和2个每穗实粒重的QTL分布于第6染色体上。多个区间表现出对两个性状的显著作用,其中第1染色体2个,第6染色体1个。相关性分析表明,较小的剑叶角度可通过提高结实率进而显著增加产量。     

黄淮麦区4省小麦种质农艺性状的比较分析

为明确小麦种质资源的遗传差异和特点,提高其利用效率,以株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒重5个主要农艺性状为指标,对来自黄淮麦区4省（河北、山东、河南和山西）的263个小麦品种（系）进行统计分析。显著性分析结果表明,除穗粒数外,4个省的小麦种质在其余各农艺性状上差异极显著。变异性分析结果表明,供试材料的5个农艺性状中穗粒数变异系数最大,小穗数变异系数最小;4省中,河北小麦株高、千粒重的变异系数最小,穗粒数变异系数最大;河南小麦穗长、小穗数和穗粒数的变异系数最小,千粒重变异系数最大;山东小麦穗长的变异系数最大;山西小麦株高、小穗数的变异系数最大。相关分析结果表明,株高与穗长呈极显著正相关,与小穗数呈极显著负相关;穗长与小穗数、穗粒数呈极显著正相关;小穗数与穗粒数呈极显著正相关;千粒重与穗粒数呈极显著负相关。因此,在育种实践中,可根据4省小麦种质农艺性状的变异特点筛选符合目标性状的亲本材料,同时加强种质基因库的更新。     

小麦超高产单株种子生产潜力及相关性状的研究

为探讨小麦单株种子生产潜力及相关性状特征,以57个不同基因型F2代小麦超高产单株为材料,对超高产单株产量性状、相关性状间的相关、通经和回归关系进行了分析。结果表明：（1）超高产单株（≥80 g/单株）田间选择概率为0.00518%;（2）株穗数、穗粒数、千粒重、结实小穗数、穗粒重和容重与单株产量呈显著正相关,不孕小穗数呈显著负相关,株高、穗长和千粒重相关不显著;（3）株穗数对单株产量的直接贡献最大,决定单株产量的65.33%,穗粒数、穗粒重、千粒重、株粒数分别决定单株产量的19.92%、18.15%、13.72%和5.6%。≥80 g/株的单株田间选择概率为0.00518%。     

西藏三联小穗小麦中三联小穗性状控制基因的SSR分子标记定位

西藏三联小穗小麦是中国西藏地区一种独特的小麦地方品种,拥有特殊的三联小穗性状,超多的小穗数和小花数。分子定位控制三联小穗基因的基因座,发掘与之紧密连锁的分子标记,可为小麦高产育种提供分子标记辅助选择工具。本研究利用西藏三联小穗小麦的衍生系TTSW-5与普通穗型小麦,间3和川麦55,分别构建F2群体,成熟后进行穗部性状的表型分析和SSR基因型鉴定。性状表型遗传分析表明,西藏三联小穗小麦的三联小穗性状由两个独立遗传的隐性基因控制;通过SSR标记鉴定来自TTSW-5/间3组合的F2群体,在2A染色体上检测到1个与三联小穗性状相关的QTL,定位于SSR标记Xgwm275和Xgwm122之间,两标记间的遗传距离为6.6cM,该QTL的LOD值为6.19,可解释的表型变异值为33.1%,初步命名为qTS2A-1。我们推测qTS2A-1可能是控制三联小穗性状相关的主效QTL,SSR标记Xgwm275和Xgwm122可能可用于三联小穗性状的辅助选择。     

小麦穗粒数形成的基因型差异及增粒途径分析

以27个穗粒性状不同的小麦品种为材料,对小麦穗粒数形成过程中的各构成因素进行了相关、通径和聚类分析。结果表明：不同穗粒性状基因型在分化小穗数、结实小穗数、分化小花数和可孕小花数上均有明显差异。特大穗型小麦的小花分化速率最快,分化持续时间最短。穗粒数对小麦产量提高的贡献最大,穗粒数与千粒重之间不存在负相