应用明恢86和佳辐占的F2群体定位水稻部分重要农艺性状和产量构成的QTL

应用籼稻品种明恢86和佳辐占为亲本建立的F2群体及相应的SSR分子标记连锁图，用区间定位法的Additive和Free两种模型分别对水稻部分重要农艺性状和产量构成性状的QTL进行了定位分析。结果Additive模型共检测到3个QTL，均位于第1号染色体的RMl-RM283区间，分别控制水稻生育期、株高和每穗粒数，基因成簇分布。Free模型共检测到5个QTL，其中控制水稻生育期、株高和每穗粒数的3个QTL的位置和效应大小与Additive模型基本相同；另外还检测到2个影响结实率和千粒重的QTL分别位于第7号染色体的RMl80-RM214和第2号染色体的RM279-RMl54区间，其贡献率均较小。同时，分析比较了研究结果与前人不同的原因。     

水稻品种魔王谷粒形、剑叶性状和株高QTL定位

以粳稻魔王谷和籼稻CO39配组衍生的280个重组自交系为材料, 2015年和2016年对其粒形、剑叶形态、株高性状进行了相关性分析和QTL检测。剑叶长分别与粒厚和株高存在极显著负相关和正相关, 剑叶宽与粒宽存在极显著正相关。检测到17个粒形QTL, 分布于第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第9和第10染色体上, 贡献率为3.51%~48.65%; 其中, 第3染色体RM6080-RM6283区间对粒长和千粒重兼具显著作用, 第5染色体RM8211-RM3381区间同时影响粒宽和粒厚。检测到12个控制剑叶形态性状的QTL, 分布于第1、第3、第4、第6、第7和第9染色体上, 贡献率为4.26%~38.40%; 有5个多效QTL区间, 其中, 第4染色体RM252-SFP4_6区间同时控制剑叶长、剑叶宽、剑叶面积和粒长, 第9染色体RM257-RM3909区间同时影响剑叶面积和粒长。只检测到一个控制株高的QTL, 位于第1染色体的RM6333-RM5536区间, 是一个主效QTL, 贡献率为28.76%。这些结果为进一步开展粒形、剑叶形态、株高基因的精细定位、克隆和分子辅助育种奠定了基础。     

模拟干旱条件下水稻苗期形态性状的QTL定位

以抗旱性差异较大的亲本小白粳子和空育131以及其后代180个F2∶3家系群体为试验材料,构建了包含99个SSR分子标记的遗传连锁图谱,利用浓度为15％PEG-6000模拟干旱胁迫条件.在两种条件下,共检测到影响胚芽鞘长、苗高、主根长和根数的QTL 26个,分别位于水稻的第1、2、3、4、5、6、7、8、12条染色体上,贡献率变幅在4.53％～37.22％之间.其中控制苗高的QTL11个,控制胚芽鞘长的QTL 5个,控制主根长的QTL 5个,控制根数的QTL 5个.在第2条染色体的RM1358-RM1347区间和第6条染色体上的RM461-RM162区间发现了控制多个性状的QTL,在第2条染色体的RM1358-RM1347区间和第8条染色体的RM1384-RM547区间还检测到了在两种条件下同时控制胚芽鞘长和主根长的QTL.     

应用剩余杂合体衍生的近等基因系定位水稻株高QTL

为挖掘有育种利用价值的水稻株高新基因,以来源于‘Katy’/‘湘743’且在第1染色体RM11383-RM1198区间杂合的一个剩余杂合体RHL1030 (F₁₀)为材料,遗传分析RHL1030衍生群体,显示在该区间鉴定到控制株高QTL,增效等位基因来自于‘湘743’。应用SSR标记检测,从RHL1030衍生群体筛选杂合区间分别为RM3411-RM11782和RM6703-RM1198的两个单株,自交一代形成2个F₂群体,验证并界定株高QTL在RM6703-RM1198区间。从RM6703-RM1198区间分离群体筛选RM6703-RM8085区间杂合的3个单株和RM5389-RM1198区间杂合的1个单株,自交一代形成4个F₂群体,从群体中分别筛选母本纯合型、父本纯合型和杂合型单株各40株构成近等基因系进行方差分析,最终界定株高QTL在RM11782-RM5389区间,物理位置34.17M~35.73 Mb。本研究定位到一个新的控制株高QTL,为改良水稻株型提供资源。     

利用F2和F3群体定位水稻粒形和千粒重QTL

水稻籽粒的粒长、粒宽和粒厚共同塑成了水稻粒形,并决定水稻籽粒的千粒重及外观品质,而千粒重是决定水稻产量三要素之一。本研究以籼型温敏核不育系广占63-4S为母本,以大粒籼稻TGMS29为父本杂交衍生的F2和F3群体,对影响水稻籽粒粒形和千粒重的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)进行定位。2014年和2015年检测到影响籽粒粒长的QTL 5个,粒宽QTL 8个,粒厚的QTL 4个,千粒重QTL 4个。其中,两年重复检测到2个粒长QTL,分别位于第1染色体RM1和RM490之间,可解释的表型变异为21.3%、22%,和第2染色体RM240和RM208之间,可解释的表型变异为12.8%、15.7%。两年均被检测到的粒宽QTL位于第3染色体RM251和RM571之间,可解释表型变异分别为53.60%、55.00%。两年均被检测到的千粒重QTL位于第1染色体RM220和RM1之间,可解释表型变异分别为15.1%、15.4%。这些QTLs的鉴定为稻米粒形和千粒重的遗传研究提供了帮助,也为稻米品质和产量的改良提供了宝贵的基因资源。     

冷水胁迫下水稻幼苗期根系性状的QTL分析

本研究以籼粳交“密阳23/吉冷1号”的F_2∶3 代200个家系作为作图群体，在自然和12℃冷水胁迫下，进行水稻幼苗期根系性状的鉴定，并以利用SSR标记构建的分子连锁图谱为基础，对水稻幼苗期的根数、最大的根长、最大根的根径、根干重、根/苗比等根系性状进行了数量性状位点（QTLs）分析。结果表明，上述根系性状在F₃代家系群均表现为连续分布，认为是由多基因所控制的数量性状。冷水胁迫下，在第1、2、6、11和12染色体上共检测到与根系性状相关的QTL 17个，对表型变异的解释率为5.8%～15.2%，其中与最大根的根径相关，位于第2染色体RM263-RM6区间的qCRD2和位于第11染色体RM21-RM206区间的qCRD11，以及与根干重相关，位于第2染色体RM262-RM263区间的qCRWT2和位于第11染色体RM229-RM21区间的qCRWT11贡献率较大，分别为15.0%、15.2%、10.6%和12.2%。这些基因的作用方式为部分显性或显性或超显性。     

不同施氮水平下水稻株高与抽穗期的QTL比较分析

利用超级杂交稻协优9308 (协青早B×中恢9308)衍生的重组自交系(recombinant inbred line, RIL)群体及其分子连锁图谱, 应用Windows QTL Cartographer 2.5对施氮和不施氮条件下水稻株高(PH)和抽穗期(HD)进行了QTL分析。在2种氮水平下检测到9个株高QTL和8个抽穗期QTL, 检测到4个影响2种环境下株高和抽穗期差值的QTL, 单个QTL可解释的表型变异介于5.68%~18.40%之间;在第7染色体上RM5436附近和第8染色上RM5556~RM310区间检测到同时控制2种氮水平下株高和抽穗期的QTL, 各位点的遗传效应贡献率较大, 增效等位基因均来源于R9308, 适用于分子标记辅助育种和聚合育种。在第2染色体上RM5916~RM166区间和第8染色体上RM2366~RM5767区间分别检测到1个影响2种氮水平下抽穗期差值和1个株高差值的QTL可能对水稻的氮素高效利用有直接贡献。     

水稻不育系抽穗包颈性状的遗传研究

为了探讨水稻不育系抽穗包颈性状的遗传基础,且为选育不包颈或包颈轻的不育系提供依据,本研究利用W9593S(抽穗包颈轻)与培矮64S(抽穗包颈重)2个光温敏核不育系杂交、回交构建遗传群体,采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传体系的6世代联合分离分析方法,剖析了水稻不育系抽穗包颈性状的遗传模型,并与F2群体QTL定位结果进行比较分析。结果表明:经分离分析,穗粒外露度、包颈长均表现为B-1模型(2对加性-显性-上位性主基因模型);包颈度、顶1节间长和剑叶鞘长的最适模型分别为D-4(1对负向完全显性主基因+加性-显性多基因遗传模型)、D-1(1对加性-显性主基因+加性-显性多基因遗传模型)和C-0模型(加性-显性-上位性多基因遗传模型)。对F2分离群体进行QTL定位,共检测到分别与穗粒外露度、包颈长、包颈度、顶1节间长和剑叶鞘长有关的25个QTL,分布于第1、第2、第4、第5、第6、第7和第12染色体上,表型贡献率变幅为2.85%~16.73%。其中位于第12染色体与SSR标记RM3331连锁的QTL以及位于第6染色体分别与SSR标记RM439和RM3765连锁的QTL均同时影响穗粒外露度、包颈长和包颈度3个性状,位于第4染色体分别与SSR标记RM255和RM3687连锁的QTL同时影响顶1节间长和剑叶鞘长2个性状,这5个QTL位点可能是调控不育系抽穗包颈性状的重要位点。QTL定位结果与6世代分离分析结果在某种程度上具有相似性,又不完全一致,可能与这两种方法依据的遗传群体不同以及数量性状受环境影响较大有关。     

利用4个姊妹近等基因群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73 株BC₄F₁单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC₄F₂ SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1 513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318-RM1367、第3染色体的RM5477–RM6417和第6染色体的RM3370–RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477–RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

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。     

利用重组自交系剖析大穗型香稻保持系川香29B产量相关性状的遗传基础

为了剖析大穗型香稻保持系川香29B产量相关性状的遗传基础,本研究以川香29B为母本,美国水稻品种Lemont为父本杂交,构建包含177个家系的重组自交系群体。采用SSR分子标记构建遗传连锁图谱,对单株产量(grain yield per plant,GY)、单株有效穗数(number of panicles per plant,NP)、穗长(panicle length,PL)、一次枝梗数(number of primary branches per panicle,NPB)、二次枝梗数(number of secondary branches per panicle,NSB)、每穗总粒数(total number of spikelets per panicle,TNS)、每穗实粒数(number of filled grains per panicle,NFG)、着粒密度(spikelet density,SD)、结实率(seed setting ratio,SSR)和千粒重(1 000-grain weight,TGW)10个性状进行QTL分析,共检测到31个加性效应QTLs,分布在1、2、3、4、5、6、8和10染色体上,贡献率介于0.01%~11.76%。控制穗长、二次枝梗数和每穗总粒数的3个QTLs(q PL-5-1,q NSB-3-2和q TNS-3-1)效应较大,LOD值分别是10.33、8.31和8.62,贡献率为11.76%、9.27%和9.76%。在第3染色体区间RM569-RM489、RM5532-RM3513、RM3684-RM570和RM570-RM514均检测到2个及以上控制不同产量相关性状的QTLs。在育种中利用与这些QTL连锁的SSR标记进行辅助选择,将可能有助于多个性状的协同改良。     

基于SNP标记的玉米株高及穗位高QTL定位

为进一步弄清玉米株高和穗位高的遗传机理,为育种生产提供服务,本研究以K22×CI7、K22×Dan3402个F₂群体为作图群体,利用覆盖玉米10条染色体的SNP标记构建了2个连锁图谱。并将这2个F₂群体衍生的分别含237和218个家系的F_2:3群体用于田间性状的鉴定。用复合区间作图模型对2个群体的株高、穗位高表型进行QTL定位分析,结果显示,在武汉和南宁两种环境条件下共定位到21个株高QTL和27个穗位高QTL;单个QTL表型变异贡献率的变幅为4.9%~17.9%;株高和穗位高QTL的作用方式以加性和部分显性为主;第7染色体上可能存在控制株高和穗位高的主效QTL。     

控制水稻穗伸出度和株高的数量性状基因定位

水稻穗伸出度和株高是影响杂交水稻制种产量的重要农艺性状。本研究利用越光/Kasalath//越光杂交回交产生的重组自交系群体（backcross recombinant inbred lines,BILs）对穗伸出度与其相关株高数量性状基因位点（QTL）进行检测和遗传效应分析。结果表明,对穗伸出度的检测中,共检测到4个QTL（qPE-1,qPE-2,qPE-3-1和qPE-3-2）,分别位于水稻的第1,2,3（2个QTL）染色体上,其贡献率为6.62%～17.16%,其中位于第3染色体上的qPE-3-2的贡献率为最大（17.16%）,来自越光的等位基因能增长穗伸出度1.61cm;对株高性状的检测中,检测到QTL共有3个（qPH-1,qPH-6和qPH-12）,分别位于第1、6和12染色体上,分别能解释28.53%,15.30%和5.01%的株高变异。有趣的是除了qPE-1位点,其他3个与穗伸出度相关的QTLs将不会影响水稻株高的生长。本研究中检测到QTLs的两侧的连锁分子标记可用于分子育种培育穗伸出度和株高兼顾型的水稻品种。     

水稻染色体片段代换系对氮反应的QTL分析

利用来源于93-11(受体)和日本晴(供体)构建的染色体片段代换系,采用盆栽试验分析其在两种氮水平下产量相关性状的差异,包括株高、每穗实粒数、单株产量、根干重、地上部干物重以及氮素利用效率等。结果表明,与正常条件相比,低氮胁迫条件下代换系的单株产量与生物学产量显著降低。两种氮水平下共定位到54个QTLs,其中仅有6个在两种氮水平下同时检测到,说明水稻对不同氮肥反应由不同的基因调控。定位到5个氮肥农学利用效率QTLs,其中,第6染色体的qNAE6解释表型变异较大(14%)。同时,我们还发现存在一些QTL区域同时影响多个性状,如第2染色体RM2634区域,第6染色体RM510-RM225区域,第10染色体RM228和第11染色体RM536区域,暗示其可能是一因多效或紧密连锁的基因的效应。该结果将为鉴定分析氮利用相关基因以及氮高效育种提供一定试验依据。     

两个水稻DH群体发芽期和幼苗前期耐碱性状QTL定位比较

利用两个不同的加倍单倍体群体,在0.15%Na2CO3胁迫下,以发芽期和幼苗前期的发芽势（GE）等10个性状碱害相对值作为耐碱指标,进行耐碱性状QTL定位比较。碱害相对值相关分析表明,多个性状的碱害相对值存在显著或极显著相关。采用QTLMapper1.6统计软件对碱害相对值进行QTL分析。DH-1群体定位到10个主效QTL和15个上位性QTL,DH-2群体定位到14个主效QTL和15个上位性QTL。两群体定位列线比对发现：1个控制相对根长的QTL,qRRL3-1,两群体定位在第3染色体对应的区域（CT339-G62和RM7-RM3280）。其他性状两群体没有定位在相同的区域,但存在多个重要的数量基因座位,如CT158-CT550、RM3755-RM418和RM1349-RM1061等区域。在这些相同基因座位上两群体都检测到控制不同性状的主效QTL或上位性QTL,耐碱性QTL可能存在多效性、连锁性,在不同遗传背景下加性效应和上位性效应可以相互转化。多个QTL不仅与水稻耐碱性有关,还与多种抗逆性有关。这些结果将有利于耐碱性分子机制的剖析和强耐碱性水稻品种的选育。     

十和田近等基因系糙米锌含量QTL定位

以十和田为轮回亲本,丽粳2号为供体亲本培育出糙米锌含量近等基因系群体BC5F6为材料,从遍布水稻12条染色体上的600对引物中筛选到一个与糙米锌含量有关的SSR标记RM4608.根据其在水稻染色体上的位置,结合PCR扩增结果又发现了与糙米锌含量有关的4个SSR标记(RM19491,RM19489,RM6119和RM19487).用MAPMAKER3.0软件做出了这5个标记的连锁群,最后采用混合线性模型定位法找到了糙米锌含量的QTL位点.QTL分析结果显示:该位点位于6号染色体上RM4608和RM6119标记之间,贡献率为5%,为新发现的与糙米锌含量有关的微效基因位点,暂命名为qZINC-6.同时与糙米铬和镁含量有关的QTL位点也被发现,其中糙米铬含量QTL位于标记RM19489和RM19491之间,贡献率为9%,是一个主效基因;糙米镁含量QTL位于标记RM4608-RM6119之间,是一个微效基因,贡献率为4%.     

水稻第1染色体长臂上微效千粒重QTL qTGW1.2的验证与分解

本文报道了水稻第1染色体长臂上微效千粒重QTL qTGW1.2的验证和分解。针对前期qTGW1.2定位结果, 应用SSR标记检测, 从籼籼交组合珍汕97³/密阳46衍生的1个BC₂F_{7分离群体中, 筛选到杂合区间分别为RM11621-RM297和RM212-RM265的2个单株, 构建了两套BC2F8:9近等基因系, 将qTGW1.2进一步界定在RM212-RM265及其两侧交换区间的区域内。}在此基础上, 筛选出5个在目标区间内分离片段缩小且呈阶梯状排列的单株, 衍生了5套BC₂F₁₀分离群体, 应用Windows QTL Cartographer 2.5进行QTL分析。结果表明, 每套群体均检测到千粒重QTL, 加性效应为0.13~0.38 g, 来自密阳46的等位基因提高千粒重; 经比较各个群体的分离区间, 将qTGW1.2分解为互引连锁的2个QTL, 其中, qTGW1.2a位于RM11730和RM11762之间934 kb的区域内, 呈加性作用, qTGW1.2b位于RM11800和RM11885之间2.1 Mb的区域内, 呈正向超显性。     

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。     

不同密度下玉米穗部性状的QTL分析

为研究玉米穗部性状对不同种植密度的遗传响应,以郑58和HD568为亲本构建的220个重组自交系群体为材料,于2014年春、2014年冬及2015年春分别在北京和海南进行3个种植密度的田间试验,调查玉米穗长、穗粗、穗行数和行粒数等表型性状。利用SAS软件计算穗部性状的最优线性无偏估计值(BLUP),并采用完备区间作图法进行QTL定位。结果表明,在3个种植密度下共检测到42个QTL,单个QTL可解释4.20%~14.07%的表型变异。3个种植密度下同时检测到位于第2染色体上控制穗行数的QTL。2个种植密度下同时检测到4个与穗粗、穗行数和行粒数有关的QTL,其中第4染色体上1个与穗行数有关的主效QTL,在低、中种植密度下可分别解释表型变异的10.88%和14.07%。此外,在第2、4和9染色体上检测到3个同时调控不同穗部性状的QTL。研究结果表明玉米穗部性状在不同种植密度下的遗传调控发生变化,在不同密度下共同检测到的稳定QTL可应用于精细定位或开发玉米耐密性分子标记用于辅助育种。     

应用外选35和七丝占重组自交系 群体初步定位抗稻瘟病QTL

以中国华南地区曾普遍使用的抗瘟性水稻材料外选35和广东最早的优质食味好的品种七丝占为亲本材料，建立的重组自交系群体。利用广东省水稻育种新技术暨农业部水稻遗传改良重点实验室分离的广东稻区稻瘟菌ZC-13和ZC-15两个小种进行单小种接种鉴定抗瘟性，利用QTLmapper 2.0进行抗瘟性QTL定位分析。结果共检测到2个QTL，均位于第12号染色体的RM117-RM179区间。对由外选35育成的7个抗性品种进行检测分析，所选的品种该区段均来源于外选35，初步验证该区段可能含抗稻瘟病位点。