A major quantitative trait locus controlling phosphorus utilization efficiency under different phytate-P conditions at vegetative stage in barley

Organic phosphorus(P) is an important component of the soil P pool, and it has been proven to be a potential source of P for plants. The phosphorus utilization efficiency(PUE) and PUE related traits(tiller number(TN), shoot dry weight(DW), and root dry weight) under different phytate-P conditions(low phytate-P, 0.05 mmol L~(–1) and normal phytate-P, 0.5 mmol L~(–1)) were investigated using a population consisting of 128 recombinant inbred lines(RILs) at the vegetative stage in barley. The population was derived from a cross between a P-inefficient genotype(Baudin) and a P-efficient genotype(CN4027, a Hordeum spontaneum accession). A major locus(designated Qpue.sau-3 H) conferring PUE was detected in shoots and roots from the RIL population. The quantitative trait locus(QTL) was mapped on chromosome 3 H and the allele from CN4027 confers high PUE. This locus explained up to 30.3 and 28.4% of the phenotypic variance in shoots under low and normal phytate-P conditions, respectively. It also explains 28.3 and 30.7% of the phenotypic variation in root under the low and normal phytate-P conditions, respectively. Results from this study also showed that TN was not correlated with PUE, and a QTL controlling TN was detected on chromosome 5 H. However, dry weight(DW) was significantly and positively correlated with PUE, and a QTL controlling DW was detected near the Qpue.sau-3 H locus. Based on a covariance analysis, existing data indicated that, although DW may affect PUE, different genes at this locus are likely involved in controlling these two traits.     

玉米耐低磷研究现状及磷高效育种策略的探讨

土壤缺磷是影响作物产量提高和资源持续性发展利用的世界性问题．解决这一问题的根本途径是筛选土壤磷利用效率高的作物品种,玉米是中国主要的粮食作物,但在中国以西南、华南为代表的一部分地区,由于土壤有效磷含量偏低,严重制约玉米产量的提高,而在其他玉米产区由于磷肥的高度滥用,导致土壤结构发生改变,有效磷积累并不能满足玉米等作物的可持续性吸收利用。因此选择和培育玉米磷高效品种是提高土壤磷素利用效率．解决中国部分土壤有效磷缺乏对玉米产量影响的一条有效途径。综述了目前国内外在玉米耐低磷种质资源的筛选、遗传研究及相关性状QTL定位的研究进展,并在此基础上对玉米磷高效育种策略作了初步的探讨。     

Improving the efficiency and effectiveness of global phosphorus use: focus on root and rhizosphere levels in the agronomic system

Phosphorus (P) is essential for life and for efficient crop production, but global P use with limited recycling is inefficient in several sectors, including agronomy. Unfortunately, plant physiologists, agronomists, farmers and end users employ different measures for P use efficiency (PUE), which often masks their values at different scales. The term P use effectiveness, which also considers energetic and sustainability measures in addition to P balances, is also a valuable concept. Major physiological and genetic factors for plant P uptake and utilization have been identified, but there has been limited success in genetically improving PUE of modern crop cultivars. In maize, studies on root architectural and morphological traits appear promising. Rhizosphere processes assist in mobilizing and capturing sparingly soluble phosphate from rock phosphate. Combinations of phosphate-solubilizing microorganisms with ammonium-based nitrogen fertilizer, as well as strategies of fertilizer placement near the roots of target crops, can moderately enhance PUE. The desired concentration of P in the products differs, depending on the final use of the crop products as feed, food or for energy conversion, which should be considered during crop production.     

玉米近等基因系群体的构建及其应用

玉米是我国重要的粮食作物,也是研究植物遗传和功能基因组学的理想材料。近等基因系群体是构建分子遗传图谱、QTL定位和分子辅助育种重要的材料。我国广泛栽培的杂交种先玉335和郑单958在植株形态、果穗性状、籽粒含水量和脱水速率等方面存在差异。以郑单958亲本郑58和昌7-2为材料,分别与先玉335的亲本PH6WC和PH4CV进行杂交、回交和多代自交,构建了含有先玉335亲本背景的近等基因系材料的混合群体,利用玉米55K芯片分析了这些材料的基因型和群体结构。对2016年和2017年在廊坊与三亚的2年4点的表型数据进行了性状差异分析及性状间相关性分析,结果表明这些材料在株型、果穗性状、籽粒含水量等方面存在差异。利用该群体,应用全基因组关联分析准确定位到了控制穗轴颜色的基因。未来可利用该群体结合全基因组关联分析,开展株高、穗位、籽粒脱水速率等数量性状的基因定位、分子标记开发和分子辅助育种等工作,提高育种效率。     

玉米耐盐碱转基因研究进展

土壤盐渍化正威胁着人类赖以生存的有限的土地资源,已经成为制约农业生产的一个全球性问题。提高作物的耐盐碱能力是植物育种工作急需解决的关键问题。随着现代分子生物技术的飞速发展,人们寄希望于基因工程培育耐盐碱品种。科研工作者已经鉴定和克隆出一批耐盐碱相关基因,并已通过耐盐碱相关基因遗传转化,获得了一些耐盐碱性提高的转基因玉米。该研究就植物耐盐机理、耐盐碱相关基因的克隆及玉米耐盐碱基因的遗传转化等几个方面进行了综述,并对该领域的前景进行了展望。     

中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的巢式关联分析群体(nested association mapping population,NAM)为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归(Joint stepwise regression)模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状(主...     

玉米主要病害抗性遗传研究进展

玉米病原微生物来源广泛,包括真菌、细菌、病毒和卵菌纲等,常在叶片、雌雄穗和根茎等部位引起病症, 对玉米生产造成严重影响。玉米属异花授粉作物,地域分布广泛,遗传资源丰富,基因组多样性明显,蕴含着 大量质量和数量性状抗病位点。近年来,针对玉米主要病害开展了大量的抗病基因定位和发掘工作。到目 前为止,至少克隆了4个主效抗病基因,定位了大量的抗病基因/QTL位点,获得了一批抗病获选基因。在理论 研究的基础上,积极开展分子标记辅助的抗病基因/QTL的回交导入和聚合工作,取得了明显的改良效果。从 玉米真菌病害、病毒病、卵菌纲和细菌病害等方面,总结了近年来玉米抗病遗传研究的进展。     

玉米DNA分子标记及其研究进展

玉米是主要的粮食、饲料及工业加工作物,中国是玉米第二大生产国,提高玉米产量、改善玉米品质和增强玉米抗性,实现玉米生产的高产、优质、广适、多抗不仅是常规育种的主要目标,也是生物技术研究的重要内容之一。玉米DNA分子标记研究始于1975年,就玉米DNA分子标记的种类和特点及在构建分子标记图谱、比较基因组、主效基因定位和全基因组QTL分析、图位克隆、分子标记辅助选择、DNA指纹分析、杂种优势遗传成因分析、资源评估和物种进化等领域的研究进展进行综述。     

作物模拟与QTL定位的互补作用及其应用

 作物模型正日益用于设计不同环境中的理想株型育种。DNA分子标记可把复杂的数量性状分解成若干个数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）的效应,并将QTL转入到栽培品系中去。作物模拟与QTL定位相结合,QTL将去除若干所测定模型输入参数的随机误差。这种基于QTL效应的作物模型,将弥补常规模型忽视其输入性状遗传效应的缺点,并能更准确地预测遗传群体中各个体间的产量差异。另一方面,作物模型能成为解释"基因型与环境互作"的有力工具,也将弥补QTL定位不能将一个环境条件试验分析结果外推到另一环境条件。基于上述分析,提出了一个将标记辅助育种与以模型为基础的理想株型育种的综合方法。     

棉花主要性状QTL定位的研究进展

棉花的许多农艺性状和经济性状都是数量性状,研究作物数量性状遗传对农作物育种具有十分重要的意义。综述了数量性状基因座QTL（quantitative trait locus）定位的原理和常用方法及近年来棉花的分子遗传图谱构建,主要性状,包括产量、纤维品质、抗性、生理、早熟性等QTL定位的研究进展,并对目前QTL定位存在的问题和发展前景进行了探讨。     

玉米叶夹角的遗传与分子调控研究进展

培育高产品种是玉米育种的主要目标之一,而叶夹角是株型选择进而提高产量的重要指标,对叶夹角的形成及相关基因的克隆和分子机理解析是开展耐密高产玉米品种选育的基础。从叶夹角对玉米生长发育的影响,叶夹角的形态建成、遗传基础、分子调控机制及QTL定位和基因克隆等方面归纳了国内外对玉米叶夹角的遗传与分子调控研究进展,总结现有研究存在的问题,初步提出未来玉米叶夹角的主要研究方向,为利用分子标记辅助选择培育耐密型品种,提高玉米产量潜力提供信息参考。     

多环境下玉米株高和穗位高的QTL定位

【目的】通过对玉米株高和穗位高进行多环境的QTL分析,寻找能够稳定表达的株高和穗位高主效QTL,以为玉米理想株型的分子育种提供理论依据。【方法】以优良玉米自交系许178×K12衍生的150个F7代重组自交系（recombinant inbred lines,RILs）群体为试验材料。首先,从MaizeGDB中选取495个SSR标记进行亲本间多态性筛选,利用具有多态性的标记进行群体基因型分析,使用MapMaker V3.0软件划分标记的连锁群并构建遗传连锁图谱。其次,采用IciMapping V4.0软件的完备区间作图法（inclusive composite interval mapping,ICIM）进行2年3点（陕西榆林、陕西杨凌、辽宁葫芦岛,2014-2015年）表型值及育种值的株高和穗位高QTL分析。最后,对株高和穗位高进行条件QTL分析,对照非条件QTL分析的结果,探讨株高和穗位高在QTL水平上的遗传关系。【结果】构建的遗传连锁图谱共包含191个SSR标记,图谱全长2 069.1 cM,平均图距10.8 cM。6种环境和育种值中,共检测到10个株高QTL和8个穗位高QTL,分布于第1、3、4、5、6、7、8和10染色体上,LOD介于3.25-8.36,加性效应值介于-6.41-8.70,单个QTL贡献率在6.96%-27.41%。这些QTL中有6个能在3种及以上环境中被检测到,且贡献率大于10.00%,是控制株高和穗位高的主效QTL。位于染色体Bin5.01/5.02区域同一位置的2个QTL在6种环境中被检测到,LOD介于3.25-6.48,加性效应值介于4.05-8.70。位于染色体Bin3.03/3.04区域同一位置的2个QTL在5种环境中被检测到,LOD介于4.71-8.36,加性效应值介于4.93-6.36。位于染色体Bin6.02区域同一位置的2个QTL在3种环境中被检测到,LOD介于3.52-5.21,加性效应值介于4.38-8.16。它们的增效等位基因均来自母本许178。条件QTL分析和非条件QTL分析的结果表明,这3个染色体区域的6个QTL是3个同时控制株高和穗位高的一因多效位点。【结论】玉米株高和穗位高的遗传受环境影响较大,大部分QTL只能在1种或2种环境中被检测到,3个主效QTL可以在3种及以上环境中被检测到,能够稳定地遗传,且贡献率高,有望在分子育种上得到应用。     

玉米和水稻全基因组控制重组频率QTL的遗传定位分析

 【目的】尝试利用分子标记和QTL定位技术直接定位影响重组频率的QTL,探索物种遗传变异难易的分子基础。【方法】分别借助3张玉米和3张水稻分子标记连锁图,以所有染色体上标记的交换次数为性状进行分析。【结果】分别定位了7个和11个影响玉米和水稻重组频率的QTL。以玉米和水稻高密度分子标记连锁图IBM302和Genetic98每条染色体上标记的交换次数为性状,分别在玉米和水稻上定位了12个和57个QTL。【结论】影响重组频率的基因真实存在。培育高重组频率材料将有助于加速基因的定位和克隆、比较图位克隆基因和遗传育种进程。     

干旱条件下玉米耐旱相关性状的QTL一致性图谱构建

 发掘玉米耐旱基因及其连锁分子标记是构建耐旱分子育种技术的重要基础。通过生物信息学手段整理玉米基因组数据库中已有耐旱相关性状的QTL信息,借助高密度玉米分子标记连锁图谱IBM和临近分子标记,建立耐旱相关性状的QTL一致性图谱,进而发掘通用QTL。研究显示,在干旱条件下于10个定位群体中共发现与9个玉米农艺及生理性状有关的181个QTL,建立了全长3582.1cM的耐旱相关性状的QTL一致性图谱,发掘出15个"通用耐旱QTL"及其连锁标记。研究结果为确定玉米耐旱基因位点和建立分子标记辅助育种技术创造了条件。     

高粱重要抗性性状的基因定位研究进展

抗病性是高粱遗传改良的主要目标,是高粱高产、优质的重要保证。近年来,随着分子生物技术的进步,高粱基因组研究得到迅速发展,大量重要的抗性性状基因被定位于相应的高粱遗传连锁图上,这为高粱抗性机制的生理研究、抗性基因的克隆、分子标记辅助选择、有利基因的定向转移及基因聚合奠定了基础。本文综述了高粱抗旱性QTL、抗病性基因、抗虫性基因、抗寄生草及耐寒性基因定位的研究进展,探讨抗性基因定位存在的问题及其有效利用,展望了高粱抗性基因定位在高粱遗传育种研究中的应用前景。     

白菜型油菜自交亲和性、角果及种子相关性状的QTL定位

【目的】研究白菜型油菜的自交亲和性、角果及种子相关性状的QTL定位,为白菜型油菜自交亲和品种、优良自交系的选育及其产量和品质的遗传改良提供依据。【方法】以自交亲和性较差的菜薹L58和自交亲和性较好的白菜型油菜R-O-18构建的包含117个株系的RIL群体为试验材料,利用已构建的包括372个InDel标记的分子遗传图谱,采用区间作图法（IM）对花期亲和指数、结角率、角果长度、角果喙长度、角果长宽比、角果喙长度/角果长度、每角果种子数、千粒重及种子颜色9个性状分别进行QTL分析。【结果】RIL群体在自交亲和性、角果及种子相关的9个性状上表现为连续变异,并且变异幅度较大,均呈正态分布或偏正态分布,具有典型的数量性状遗传特点。花期亲和指数与结角率、角果长度、角果喙长度、角果长宽比、每角果种子数、千粒重均存在极显著的正相关,其中花期亲和指数与每角果种子数间的相关系数最大,达到0.8487。与其他几个性状的相关性大小依次为：千粒重>结角率>角果喙长度>角果长度>角果长宽比。每角果种子数及千粒重均与结角率、角果长度、角果喙长度、角果长宽比呈现极显著正相关,而每角果种子数与千粒重之间也存在极显著的正相关（0.6477）。结角率、角果长度、角果喙长度与角果长宽比之间呈现显著正相关;而角果喙长/角果长除了与角果长呈负相关,角果喙长度存在极显著正相关性外,与其他性状均不相关。共检测到12个QTL位点,其中6个QTL位于A09连锁群,10个QTL解释大于10%的表型变异。2个控制花期亲和指数的QTL均位于A09连锁群上,分别可解释13.1%和16.7%的表型变异;6个角果相关性状的QTL,分别位于A06、A09和A10连锁群上,单个QTL可解释13.4%-17.7%的表型变异;4个种子相关性状的QTL,分别位于A02、A05、A06和A09连锁群上,可解释7.9%-42.1%的表型变异,位于A09连锁群的种子颜色QTL为主效位点,其加性效应值为1.22。【结论】共检测到12个控制自交亲和性（2个）、角果（6个）及种子相关性状（4个）的QTL,其中,2个控制自交亲和性的QTL,与前人得到的调控自交亲和性主位点（S位点）不同,可能为控制自交亲和性的非主效QTL位点。1个种子颜色QTL为主效位点。     

甜加糯玉米研究进展及发展对策分析

甜加糯玉米是我国首创的鲜食玉米新类型，综合了甜玉米和糯玉米优点，果穗上甜、糯粒随机相间排列，口感既甜又糯，近年来受到市场的热烈追捧，已成为鲜食玉米发展的趋势与重点。我国育种人员通过聚合玉米胚乳淀粉合成途径中的甜质基因和糯质基因，形成甜糯双（多）隐性自交系，再与糯玉米自交系或彼此间杂交组配，杂交后代产生显隐性基因分离，从而实现同一个果穗上同时出现甜、糯粒。甜加糯玉米的育种发展迅速，目前已构建起“传统育种方法（甜、糯玉米杂交组配法和甜加糯玉米二环系选育法）+ 现代育种手段（分子标记辅助选择技术和单倍体育种技术）”相结合的甜加糯玉米育种体系，育成品种向多样化、优质化、特色化、功能化方向发展。甜加糯玉米因产值高、生产周期短、可灵活搭配种植茬口，市场需求和种植面积逐年增加。然而由于存在种质资源遗传背景狭窄、繁殖和制种成本较高、品质评价体系尚不完善、保鲜加工技术亟待创新等制约因素，其面临的挑战也愈发凸显，阻碍了甜加糯玉米产业未来的发展。本文从甜加糯玉米育种理论基础、育种发展历程、品种审定情况、种植分布、种植模式和市场概况等方面进行阐述，探讨核心瓶颈及制约因素，并提出相应的对策建议，以期为甜加糯玉米育种研究和产业发展提供理论依据。     

玉米抗螟性主基因-多基因混合遗传分析

采用混合分布理论,利用F2:3家系分离世代鉴定玉米抗螟性主基因并估计其遗传效应。结果表明:玉米抗螟性存在主基因,主基因遗传率为90.66%,遗传率较大。因此育种时可以选用含有主效基因的亲本,或者通过QTL基因定位的方法找到与这些基因紧密连锁的分子标记,采用分子标记辅助选择方法来提高玉米抗螟性的育种效果。     

Determination of the Number of SSR Alleles Necessary for the Analysis of Genetic Relationships Between Maize Inbred Lines

The amount of molecular marker information has considerable impact on the results of studies of crop germplasm genetic relationships in crop. The number of alleles required to reveal genetic relationship in maize inbred lines is a theoretical issue that needs to be addressed. In this study, 112 pairs of SSR （simple sequence repeat） primers and 97 maize inbred lines were selected to study the relationship between the number of inbred lines and the number of SSR primers and alleles required for a stable cluster. The results showed that the number of SSR primers is not tightly associated with the stability of the cluster analysis results, while an increase in the number of alleles can significantly improve the stability of cluster analysis results. The number of inbred lines （X） is significantly associated with the number of alleles required for stable cluster analysis （Y）, and the regression equation is Y- 600.8xe（-15.9/x）. This equation can be used to calculate the number of SSR alleles required for a genetic relationship study of maize inbred lines. These results provide a reference for determining of SSR alleles number in genetic relationship analysis of maize inbred line and other crop germplasm.