利用基于条件表型值的关联分析发掘粳稻生育期和单株有效穗数有利等位变异

 发掘控制粳稻生育期和单株有效穗数的有利等位变异和携带有利等位变异的载体材料,为培育适应性广和产量竞争优势强的杂交粳稻组合提供遗传信息和育种材料。以94个粳稻品种构成的自然群体为试验材料,调查2个环境下各品种的生育期、单株有效穗数和株高,采用QGAStation软件中线性模型的方法进行条件表型值的转换,并利用TASSEL软件中的GLM进行生育期和单株有效穗数的基于非条件和条件表型值的关联分析。2个环境下共检测到34个与生育期和单株有效穗数相关联的SSR标记位点,其中15个与生育期关联,19个与单株有效穗数关联。RM8095 120 bp、RM7102 176 bp、RM72 170 bp和RM72 178 bp是与生育期关联的4个有利等位变异,其载体品种分别是红芒沙粳、日本晴、红芒沙粳和南农粳62401。将这些载体品种中的有利等位变异导入改良材料中,可缩短生育期2.03~9.93 d。RM72 182 bp是与单株有效穗数关联的有利等位变异,其载体材料为小青种。将小青种中的RM72 182 bp条带导入改良材料中可以增加单株有效穗数3个左右。且利用上述载体材料中的有利等位变异改良目标性状时不会对另外2个性状产生影响。     

多环境下粳稻产量及其相关性状的条件和非条件QTL定位

 为了剖析粳稻产量及其相关性状的遗传基础,利用粳稻品种秀水79×Ｃ堡衍生的重组自交系群体,在3个环境下对全生育期、株高、单株穗数、每穗粒数、百粒重、籽粒产量和生物产量进行了非条件和条件QTL定位。共检测到43个主效QTL和29对上位性QTL。利用非条件QTL定位方法检测到37个主效QTL和26对上位性QTL。其中,籽粒产量定位到3个主效QTL qGY1.2、qGY7.1和qGY9,未检测到上位性QTL。利用条件QTL方法分别将全生育期、株高、穗数、每穗粒数、百粒重和生物产量各自调整到同一水平后,籽粒产量共检测到9个主效条件QTL和3对上位性QTL,其中3个主效QTL与非条件下定位到的相同。位于第9染色体长臂区间RM6570-RM5652的qGY9在非条件及全生育期、株高、穗数、粒数和百粒重调整到同一水平后均可检测到,但加性效应、贡献率并不相同,显示该区间来自C堡的片段能够增加株高、穗数和百粒重从而增加产量。通过条件方法在第3染色体长臂区间RM7097-RM448及第6染色体长臂区间RM162-RM5753上定位到的产量QTL增加籽粒产量的等位基因可以降低株高,缩短生育期。     

小麦分蘖数和单株穗数QTL定位及上位性分析

为了明确小麦分蘖性状和单株穗数的遗传基础,以中国春（母本）和兰考大粒（父本）杂交获得的F₂群体为作图群体,构建了含169个分子标记的遗传连锁图谱。将F_2:3家系分别种植于陕西乾县、岐山和杨凌三地,利用完备区间作图方法对小麦冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数进行多环境联合QTL分析,共检测到21个相关的加性QTL位点。其中,6个冬前分蘖QTL位于2A、2D、5D和7A染色体上,单个QTL可解释1.38%～6.73%的表型变异;7个春季分蘖QTL位于1A、2D、4B、5D、7A和7D染色体上,单个QTL可解释1.97%～32.60%的表型变异;8个单株穗数QTL位于1A、2B、2D和4B染色体上,单个QTL可解释2.29%～41.21%的表型变异。共检测到30对加性×加性上位性QTL。其中,控制冬前分蘖的为1对,可解释21%的表型变异;控制春季分蘖的为20对,可解释0.59%～48.7%的表型变异;控制单株穗数的为9对,可解释0.08%～22.18%的表型变异。控制冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数的加性QTL存在差异,同一QTL在不同性状中的遗传贡献率也不同;基因间上位性效应以春季分蘖最大,单株穗数次之,冬前分蘖最小,且不同性状涉及的QTL位点具有差异。小麦分蘖遗传主要受加性效应控制,本研究初步定位到的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和高产育种的分子标记辅助选择提供依据。     

多环境下粳稻株高动态QTL分析

 为阐明粳稻株高动态发育遗传基础,在南京和泗洪3个环境下种植粳稻品种秀水79和C堡及其杂交衍生的254个重组自交家系,利用混合线性模型和最佳线性无偏预测方法对3个环境下不同时期株高变异的各效应值进行估计,进而利用非条件和条件QTL定位的方法对控制株高性状的静态位点和动态位点进行了检测。结果表明,3个环境中RIL群体各期株高均呈正态分布并出现双向超亲分离。株高受环境的影响随发育进程而不断减小。成熟期检测到5个QTL,其中qPH8.3仅在该时期检测到。采用非条件定位的方法共检测到15个非条件加性QTL。不同时期检测到的同一加性位点,增效等位基因来自于同一亲本,加性效应的大小随着发育进程而增大。条件定位的方法共检测到16个条件加性QTL和16个互作位点对,6个加性QTL在不同的两个时间段检测到,其余位点（位点对）均在单个时期检测到。从播种至移栽后42 d、移栽后56 d至70 d以及移栽后98 d至112 d这3个时间段,株高性状以加性遗传效应为主;移栽后42 d至56 d以及移栽后70 d至84 d这两个时间段受加性效应和上位性效应共同控制;而移栽后84 d至98 d则以上位性遗传效应为主。G×E互作遗传效应在整个调查时期均很小。多环境条件下两种定位方法的结合有助于更全面地了解株高在不同发育时期的遗传基础。     

4个环境下稳定表达的控制粳稻穗角性状的新位点

 在4个环境下种植直立穗粳稻品种秀水79与弯曲穗品种C堡及两者杂交后衍生得到的RIL群体254个株系并调查其穗角,运用主基因+多基因混合遗传模型对穗角性状进行遗传分离分析;运用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件和基于多元回归模型的WinQTLcart 2.5软件的复合区间作图法,对穗角性状进行QTL定位。结果发现,1）穗角性状受两对主基因+多基因共同控制,以主基因遗传为主;2）QTLNetwork 2.0检测到8个控制穗角性状的加性QTL,解释表型变异的0.01%~39.89%;WinQTLcart 2.5检测到12个控制穗角性状的加性QTL,可解释表型变异的2.83%~30.60%。检测到的所有QTL分布于第4、5、6、7、9、11染色体上,其中分布于RM3700-RM3600和RM5652-RM410区间的两个主效位点qPA9.2和qPA9.5,以及分布于RM257-OSR28区间的qPA9.7 在两种方法和4个环境下均检测到,减效等位基因来自秀水79;3）检测到8对加性×加性上位性互作位点,解释表型变异的0.36%~1.71%。检测到的各个加性和上位性位点均不存在显著的基因型与环境的互作。      

玉米株型性状的QTL定位

以玉米自交系L26和095组配的F2世代为作图群体,采用SSR分子标记技术和复合区间作图法对玉米茎粗等7个株型性状进行基因定位。共检出21个QTL,其中茎粗检测到1个位点(qSD1),穗位高、株高均检测到3个QTL位点(qEH1-qEH3、qPH1-qPH3),雄穗分枝数检测到5个QTL位点(qTBN1-qTBN5),叶片数检测到4个QTL位点(qLN1-qLN4),叶型系数检测到3个QTL位点(qLSC1-qLSC3),叶向值检测到2个QTL位点(qLOV1-qLOV2)。21个QTL中,qTBN1、qTBN4、qLN1、qLN3、qLN4这5个QTL解释表型变异率超过30％,表现出明显的主效QTL效应。研究还发现,有5个影响不同性状的QTL位于染色体上相同标记区间内或与相同标记连锁,分为Ch3-2和Ch8-1两个区段,表现出了成簇分布的特性。     

小麦单株穗数的遗传分析及基于QTL定位的最优基因型预测

为给小麦育种提供参考,以种植于陕西杨凌、岐山、乾县三地的中国春(母本)×兰考大粒(父本)F2∶3家系为材料,对小麦单株穗数进行数量性状主基因+多基因混合模型遗传分析和QTL定位,并对最优株系基因型及遗传效应进行预测。结果表明:(1)单株穗数符合数量性状遗传特征,由一对加性和部分显性主基因(A-1模型)控制。(2)联合分析三个环境下的单株穗数得到9个控制单株穗数的QTL位点,其中QPn4B-2为主效位点,具有增穗的加性效应,与遗传分析结果相吻合,同时还得到自身无主效应但存在较强上位效应的5个位点;单独分析得到具有QTL与环境互作效应的7个位点,可见上位效应及环境互作效应对小麦单株穗数遗传有较大的影响。(3)在排除基因与环境互作效应以及分别考虑三地基因与环境互作效应4种情况下,单株穗数最优基因型预测效应值较中国春(P1)分别增加了1.45、1.45、1.9337和1.45,其中岐山地区预测效应值最高,达3.954 2,由此可推知此杂交组合后代在提高单株穗数这一性状上存在较大潜力;岐山地区最优株系QTL基因型在QPn2A、QPn6B位点上与杨凌和乾县两地不同,可见不同环境所对应的最优株系基因型存在差异。预测了普通最优株系的最佳基因型组合,同时讨论了在育种中获得最优株系的途径。     

超级杂交稻协优9308重组自交系群体的穗部性状QTL分析

 将281个株系组成的超级杂交稻协优9308重组自交系群体种植在海南陵水（2006年和2007年）和浙江富阳（2006年）,采用Windows QTL Cartographer 2.5的复合区间作图法进行QTL检测。共检测到控制7个穗部性状的52个QTL,其中包括7个控制穗长的QTL,8个控制一次枝梗数的QTL,9个控制二次枝梗数的QTL,6个控制着粒密度的QTL, 7个控制每穗总粒数的QTL,11个控制每穗实粒数的QTL,4个控制结实率的QTL。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为23%~312%。控制穗部性状的QTL基本上以加性效应为主,上位性效应和环境互作效应不大。在3组试验中都检测到控制3个穗部性状的8个QTL：qPL-1,qPL-6-1;qTNSP-1,qTNSP-2,qTNSP-3;qNFGP-1,qNFGP-3-2,qNFGP-6-2。这些QTL,尤其是第3染色体RM168-RM143区间控制每穗总粒数的qTNSP-3和控制每穗实粒数的qNFGP-3-2,其加性效应值和贡献率均较大,可以考虑下一步进行QTL精细定位和克隆。研究发现多个重要QTL聚集区间,在同一QTL聚集区间,控制相关性状的QTL效应方向基本上相同,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时针对多个性状进行遗传改良。     

大豆生育期相关性状QTL定位

以野生大豆江浦野生豆-5为母本,栽培大豆南农06-17为父本杂交所得的316个F2单株及其衍生F2∶3和F2∶4家系为材料,利用JoinMap3.0软件,构建了一张包含210个标记(分子标记207个、形态标记3个),共24个连锁群的大豆分子连锁图谱,覆盖基因组长度2 205.85 cM,标记间平均距离为11.09 cM。利用混合线性模型复合区间作图方法,对2007年F2单株、2008年F2∶3家系及2009年F2∶4家系的全生育期、营养生长期、生殖生长期和生育期结构4个生育期相关性状进行联合世代QTL分析,共检测到15个加性显性QTL和9对上位性QTL;存在QTL共位性(同一标记区间存在不同性状的QTL)以及QTL互作网络(一个QTL可以与多个QTL互作)的现象;贡献率最大的3个QTL为qVP-H-1、qWGP-H-1和qRV-H-1,加性效应解释的遗传变异分别为21.31%、13.14%和9.37%,qWGP-H-1和qVP-H-1的增效等位基因来源于江浦野生豆-5,qRV-H-1的增效等位基因来源于南农06-17。研究结果为生育期性状的分子标记辅助选择、野生大豆优异基因的挖掘及栽培大豆遗传基础的拓宽提供了依据。     

重穗型水稻穗部性状及剑叶宽的QTL定位

利用穗部性状存在显著差异的籼稻材料千粒稻与粳稻材料日本晴为亲本,构建F2作图群体,采用复合区间作图法,以筛选出具多态性的136个分子标记对每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长、剑叶宽、着粒密度6个性状进行QTL检测。共检测到20个QTL,分别位于水稻第1,2,3,5,7,8,9和10号染色体上,单个QTL对相关表型变异的贡献率为3%¹8%,LOD值范围在2.5518%,LOD值范围在2.55⁶.13,其中效应值≥10%的位点有13个,≤5%的位点检测到5个。相关性状QTL有成簇分布在染色体相同或者相近区域的趋势。     

Mining Applicable Elite Alleles of Growth Duration,Plant Height and Panicle Number per Plant by Conditional QTL Mapping in Japonica Rice

Unconditional and conditional QTL mapping were conducted for growth duration (GD), plant height (PH) and effective panicle number per plant (PN) using a recombinant inbred line (RIL) population derived from a cross between two japonica rice varieties Xiushui 79 and C Bao. The RIL population consisted of 254 lines was planted in two environments, Nanjing and Sihong, Jiangsu Province, China. Results showed that additive effects were major in all of QTLs for GD, PH and PN detected by the two methods, and the e...     

Mining Elite Alleles of Growth Duration and Productive Panicle Number per Plant by Association Mapping with Conditional Phenotypic Value in Japonica Rice

To provide genetic information and materials for breeding hybrid japonica rice with wide adaptability and strong competitive advantage of yield,elite alleles and their carrier varieties of growth duration (GD) and productive panicle number per plant (PN) were detected.A natural population composed of 94 japonica varieties was phenotyped for the GD,PN and plant height (PH) in two environments.The conditional phenotypic data were transferred by the linear model method in software QGAStation 1.0,and association mapping based on the unconditional and conditional phenotype values of GD and PN was analyzed by using general linear model in software TASSEL.A total of 34 simple sequence repeat (SSR) marker loci associated with GD and PN were detected in the two environments.Among them,15 were associated with GD,and 19 were associated with PN.Four elite alleles of RM8095-120bp,RM7102-176bp,RM72-170bp and RM72-178bp were associated with GD,and their carrier varieties were Hongmangshajing,Nipponbare,Hongmangshajing and Nannongjing 62401,respectively.These elite alleles from the carrier varieties can shorten GD by 2.03 9.93 d when they were introduced into improved materials.RM72-182bp associated with PN was an elite allele,and its carrier variety was Xiaoqingzhong.It can increase PN by three when introduced into improved materials.Moreover,these elite alleles can be used to improve target traits without influencing another two traits.     

利用野生大豆染色体片段代换系定位单株粒重QTL

以野生大豆ZYD00006为供体亲本,黑龙江省主栽品种绥农14为轮回亲本,连续多年回交并自交,构建了高世代染色体片段代换系BC3F3代161个株行。该群体经多代回交的遗传背景相对一致,大大提高了QTL定位的准确度。结合单因素方差分析法和独立样本T检验法对群体进行QTL定位,共获得9个单株粒重的QTL,分布于7个连锁群。两种方法中均被检测到的有3个QTL,分别为QSW-J-1、QSW-J-2和QSW-G-1;QSW-G-1和QSW-G-2与已有研究结果相吻合;其余7个QTL为新发现QTL,可能是本材料特有位点;其中QSW-J-1的导入片段长度是7.0 c M,且加性效应值为-2.7 g,可作为继续研究的首选位点。     

玉米株高qPH10的QTL定位及候选基因预测

利用掖478为轮回亲本、齐319为供体亲本构建的染色体片段代换系CL137为父本,与掖478杂交构建近等基因系F2分离群体,根据齐319、掖478重测序数据开发在双亲中具有多态性的Indel分子标记,在两个环境中对控制玉米株高的10号染色体QTL进行定位。结果表明,2017年的株高表型将QTL定位到标记mk8-bnlg1655之间,位于83.86~85.34 Mb(B73 RefGen_v3)的1.5 Mb区间,表型贡献率为7.57%;2018年株高表型将株高QTL定位到标记mk5-bnlg1655之间,位于82.76~85.34 Mb的2.5 Mb区间,表型贡献率为5.75%。同时检测发现,该QTL主要以加性效应为主,显性效应较小。通过对所定位的QTL重合区间内的基因进行功能注释,预测可能控制株高的候选基因,为后续精细定位第10号染色体株高QTL以及探索候选基因功能机制提供研究基础。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

Mapping and Comparative Analysis of QTL for Rice Plant Height Based on Different Sample Sizes within a Single Line in a RIL Population

To clarify the most appropriate sample size for obtaining phenotypic data for a single line, we investigated the main-effect QTL (M-QTL) of a quantitative trait plant height (ph) in a recombinant inbred line (RIL) population of rice (derived from the cross between Xieqingzao B and Zhonghui 9308) using five individual plants in 2006 and 2009. Twenty-six ph phenotypic datasets from the completely random combinations of 2, 3, 4, and 5 plants in a single line, and five ph phenotypic datasets from five individual plants were used to detect the QTLs. Fifteen M-QTLs were detected by 1 to 31 datasets. Of these, qph7a was detected repeatedly by all the 31 ph datasets in 2006 and explained 11.67% to 23.93% of phenotypic variation; qph3 was detected repeatedly by all the 31 datasets and explained 5.21% to 7.93% and 11.51% to 24.46% of phenotypic variance in 2006 and 2009, respectively. The results indicate that the M-QTL for a quantitative trait could be detected repeatedly by the phenotypic values from 5 individual plants and 26 sets of completely random combinations of phenotypic data within a single line in an RIL population under different environments. The sample size for a single line of the RIL population did not affect the efficiency for identification of stably expressed M-QTLs.     

利用分池分析获得南大2419中一个抗赤霉病位点的分子标记

赤霉病是小麦的一种灾难性病害。为了发掘抗赤霉病基因,对小麦品种望水白×南大2419的F2群体及其重组自交系群体进行了赤霉病表型鉴定,并根据F2抗性表型分别配制抗病池和感病池,用RAPD方法筛选与抗赤霉病基因连锁的候选标记。通过F2代选择基因型分析,发现S1021与抗赤霉病性有关。利用重组自交系群体证实了上述结果。这一标记在重组自交系中解释了8 %以上的表型变异。为了便于该基因在育种中的应用,将该RAPD标记转化成了SCAR标记并定位于染色体2B。区间作图表明南大2419是这一QTL的供体亲本。本研究表明,将分池法与选择基因型分析相结合,可以利用F2代群体定位效应较小的QTL位点。