水稻抗纹枯病导入系的构建及抗病位点的初步定位

以我国目前生产中广泛应用的杂交稻恢复系蜀恢527和明恢86为轮回亲本, 以江西丝苗为供体亲本配制BC₂F₂混合群体。通过逐代人工接种筛选, 获得49个BC₂F₄抗病导入系。对抗病选择导入系进行基因型分析, 利用基于遗传搭车原理的卡方检验对等位基因导入频率的偏离进行检测, 共检测到12个显著位点, 2个群体定位的QTL各有1个在以往不同群体中也能被检测到。主要农艺性状分析表明, 非接种条件下, 选择导入系群体的抽穗期、株高和千粒重等与轮回亲本无显著差异;在接种的条件下, 在2个试验地点中, 分别有6个和2个蜀恢527和明恢86背景的株系抗病性显著高于轮回亲本, 产量与轮回亲本无显著差异。上述结果为水稻抗纹枯病分子育种提供了有用的信息和中间材料。     

水稻抗纹枯病QTL表达的遗传背景及环境效应

利用水稻纹枯病菌强致病菌系RH-9人工接种Lemont导入到特青背景的213个近等基因导入系(TQ-ILs)群体和特青导入到Lemont背景的195个近等基因导入系(LT-ILs)群体,定位和分析了水稻抗纹枯病数量性状座位(quantitative trait loci, QTL)及其表达的环境与遗传背景效应。亲本Lemont对RH-9表现为高度感病,特青表现为中等抗病。人工接种后TQ-ILs群体的相对病斑高度(病斑高度与株高比)呈连续正态分布,LT-IL群体则明显偏向感病亲本Lemont。在不同年份和遗传背景下检测到影响纹枯病相对病斑高度的主效QTL 10个和互作QTL 13个,其中2006年在TQ-IL群体定位到的6个主效QTL在2007年均得到验证,表明这些QTL具有较好年度间的重复性。QSh4是唯一在双向导入系背景下表达的QTL,该位点特青等位基因降低相对病斑高度,提高抗性水平。在TQ-ILs群体中定位到位于第10染色体RM216~RM311区间的QSb10a与在LT-IL群体中定位到的位于相邻区间RM222~RM216的QSb10b的基因作用方向不同,推断这两个QTL存在紧密连锁关系。绝大多数在TQ-IL群体中表达的主效及互作QTL在LT-ILs群体中不表达,表明水稻抗纹枯病QTL具有明显的遗传背景效应。通过比较作图,本研究定位到的其中8个QTL在以往不同群体中同样被检测到,这些主效QTL对通过分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)培育水稻抗纹枯病育种可能具有应用价值。研究指出,标记辅助选择在不同遗传背景中能稳定表达的QTL或通过聚合不同抗病QTL是进一步提高水稻纹枯病抗性水平的一个有效途径。     

利用抗旱选择导入系定位向日葵产量性状QTL

干旱是造成向日葵减产的最主要因素之一。利用综合性状优良的自交系K55作为轮回亲本与抗旱自交系K58杂交构建回交导入系, 在干旱条件下进行单株产量筛选, 得到45个BC₃F₂抗旱定向选择导入系。通过全基因组SSR及SNP标记扫描, 以方差分析和基于遗传搭车原理的卡方检验对呼和浩特市及武川县两点、两种水分条件下的5个产量性状进行QTL检测。方差分析检测到的QTL根据不同环境下的表达情况分为三类, 第一类在两种水分条件下稳定表达, 包括武川的4个百粒重QTL及呼和浩特的2个单株产量QTL、3个单株实粒数QTL, 这些QTL可能对向日葵抗旱性有直接贡献; 第二类受干旱胁迫表达, 包括呼和浩特的30个和武川的27个; 第三类仅在正常供水条件下被检测到, 包括呼和浩特的38个和武川的64个。卡方检验检测到极显著位点274个。用两种方法共检测到一致性位点14个, 可能是与向日葵抗旱性相关的关键位点。本研究结果可为向日葵高效抗旱分子育种奠定基础并提供相关材料。     

利用回交导入系定位干旱环境下水稻植株水分状况相关QTL

日益严重的水资源危机使水稻的耐旱育种尤为迫切, 干旱环境下较高的植株水分含量有助于提高或维持作物产量的稳定性, 挖掘与耐旱性密切相关的分子标记有助于提高耐旱品种的选育效率。从供体Lemont (粳稻)导入到特青(籼稻)背景的254个高代回交导入系中筛选出覆盖供体全基因组的55个回交导入系, 采用PVC管栽培, 分析了干旱(胁迫)条件下水稻植株水分状况相关性状与籽粒产量、生物量的相关性并定位了相关QTL。研究表明, 植株水分相关性状(相对含水量、叶片水势、渗透势、卷叶度)均与籽粒产量显著相关。检测到7个相对含水量QTL, 7个叶片水势QTL, 5个渗透势QTL及5个卷叶QTL; 另检测到5个产量QTL, 7个生物量QTL。分析发现, 不仅QLwp5、QLr5、QRwc5和QY5同时分布在RM509~RM163区域, 且该区域还分布有对水分环境表现稳定的产量QTL(QGy5), 效应方向一致, 从遗传学角度解释了籽粒产量与水分相关性状之间的显著相关性。另外, QLr5、QRwc5、QY5、QLr2、QLr7、QLr8、QLr9、QRwc3、QRwc4a、QRwc12及QY7 等11个QTL曾在不同遗传背景群体中被检测到, 它们控制相同目标性状。研究认为RM509~RM163区域及QLr2、QLr7、QLr8、QLr9、QRwc3、QRwc4a、QRwc12和QY7所分布的染色体区域对水分环境或者遗传背景相对稳定, 在水稻分子标记辅助选择(MAS)耐旱育种实践中有较重要利用价值。     

利用回交重组自交系群体检测3个水稻光合功能相关性状QTL

利用98个家系组成的日本晴(粳稻)/Kasalath（籼稻）//日本晴回交重组自交系(backcross inbred lines, BILs) 群体(BC₁F₁₀),研究水稻光合功能相关的数量性状基因座（QTL）。基于水稻抽穗后7 d叶片全氮含量（TLN）、叶绿素a/b比值（Chl.a/b）和叶绿素含量（Chl）,共检测到8个QTL,其LOD值为2.61 ~ 6.42     

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。     

利用回交导入系群体发掘水稻种质资源中的有利耐盐QTL

以中等感盐籼稻IR64与粳稻Tarom molaii培育的85个BC₂F₈回交导入系为材料，定位苗期在140 mmol L^-1 NaCl胁迫下影响叶片盐害级别、幼苗存活天数、地上部和根部的K⁺、Na⁺浓度等6个耐盐相关性状的QTL。幼苗存活天数与地上部Na⁺浓度呈极显著负相关，与地上部K⁺浓度呈显著正相关，与根部K⁺、Na⁺浓度无关，表明叶片盐害是由于地上部Na⁺积累过多造成的。根部K⁺浓度与Na⁺浓度高度正相关，但与地上部的K⁺、Na⁺浓度均无关，表明根对K⁺、Na⁺的离子吸收与向地上部运输存在不同的机制。检测到影响6个耐盐相关性状的23个QTL，包括影响叶片盐害级别的5个、幼苗存活天数的6个、地上部K⁺浓度的4个、地上部Na+浓度的4个、根部K+浓度的1个和根部Na+浓度的3个。影响地上部K⁺、Na⁺浓度与影响根部K⁺、Na⁺浓度的QTL分布在不同基因组区域，进一步表明根和茎对K⁺、Na⁺的吸收存在不同的遗传机制。通过比较图谱，发现影响耐盐相关性状的23个QTL中有12个（占52.2%）与以往不同群体中影响耐盐相关性状的QTL定位在同一或相邻的染色体区域。其中在第2染色体RM240~RM112区间检测到1个影响地上部所有4个耐盐相关性状的主效QTL，其增加耐盐性的有利基因来自供体Tarom molaii，适宜用作标记辅助选择耐盐性的遗传改良。对从种质资源中发掘“隐蔽”耐盐QTL进行了讨论。     

利用BC_2F_3产量选择导入系定位水稻耐盐QTL

本研究以生产上大而秋推广的籼稻恢复系蜀恢527和明恢86为轮同亲本,以ZDZ057和特青为供体亲本,培育选择了蜀恢527/ZDZ057、明恢86/ZDZ057、蜀恢527/特青和明恢86/特青4个BC2F3产量选择导入系群体,分别选取65个、75个、73个和60个均匀分布在12条染色体上的SSR标记用于以上4个群体的基因型分析.对4个BC2F3群体的幼苗耐盐等级和幼苗存活天数两个性状进行了表型鉴定.采用性状-标记间的单向方差分析对上述性状进行了QTL定位.在群体蜀恢527/ZDZ057、明恢86/ZDZ057、蜀恢527/特青和明恢86/特青中分别检测到了11、15、11和6个控制幼苗耐盐等级和幼苗存活天数的QTL,其中群体明恢86/ZDZ057检测到的15个QTL中有3个QTL具有多效性.其中有2个QTL能存蜀恢527/ZDZ057和明恢86/ZDZ057群体分别检测到,1个QTL可以在蜀恢527/ZDZ057和蜀恢527/特青群体分别检测剑,1个QTL在明恢86/ZDZ057和明恢86/特青群体中分别检测到.QSst2c、QSst10b、QSst12、QSds1b、QSst4b、QSst2d、QSst2e、QSds10、QSst1b、QSst10c、QSst10d和QSds4b能解释的表型变异分别为20.36%、24.06%、22.50%、28.45%、21.39%、23.31%、34.92%、42.18%、20.29%、20.50%、21.3l%和26.27%,位点QSst2c、QSds1b、QSst9a和QSst2e与前人定位在同一区域.QSst12表现为负向超显性,QSst4b和QSds10表现为正向超显性,QSst10b和QSst2d分别表现为负向和正向部分显性.本研究结果将为水稻高产耐盐育种提供有益参考.     

水稻光合作用及相关生理性状的QTL分析

为了探讨光合作用及相关生理性状的遗传规律，利用由籼稻品种IR24 和粳稻品种Asominori杂交衍生的65个染色体片段置换系（Chromosome Segment Substitution Lines, CSSL）为材料，研究了水稻光合作用及相关生理性状的QTL。在水稻抽穗后7 d测定叶片光合速率（Pn）、蒸腾速率（G_s）、气孔导度（T_r）、细胞间隙CO₂浓度（C_i）、叶绿素含量（CHL）、全氮含量（TLN）。共检测到10个QTLs，分布于第1、3、4、5、7、8和10染色体上，LOD值在2.77~8.42之间，贡献率为9.5%~46.5%。其中仅有控制气孔导度的qGs-8 与控制叶绿素含量的qCHL-8以及第10染色体上控制气孔导度的qGs-10与控制细胞间隙CO₂浓度的qCi-10位置相同，分别位于第8染色体上标记R727和第10染色体上标记C1166附近。其他QTL在染色体上的位置不同，暗示了水稻光合功能遗传规律的复杂性。     

回交高代选择导入系的纹枯病抗性与抗旱性的遗传重叠研究

利用来自抗旱性较好的供体亲本（BG300和BG304）、具有两种遗传背景（IR64和特青）的水稻高代回交（BC2）抗旱选择导入系，通过人工接种的方法鉴定纹枯病抗性，考察纹枯病抗性与抗旱性之间可能存在的遗传重叠。通过与受体亲本的纹枯病抗性表现比较发现，具有特青背景的抗旱选择导入系倾向于纹枯病抗性的降低，而IR64背景的抗旱选择导入系则倾向于纹枯病抗性的增强。基于基因型与表型的方差分析共鉴定到6个与纹枯病抗性相关的位点，其中QSbr6在不同供体和背景的两个群体中分别检测到，而QSbr10则在同一供体的两个遗传背景下均检测到；有3个位点（QSbr6、QSbr8和QSbr10）与同一群体中检测到的抗旱性位点位置相近，很可能是两种抗性重叠的遗传基础。尽管方差分析的方法在选择导入系的非选择目标性状相关位点的鉴定中存在相当程度的偏低估计，本研究所检测到的纹枯病抗性位点，特别是那些与抗旱性重叠位点的分子标记以及相关的抗性株系仍将为进一步的水稻纹枯病抗性和抗旱性的多抗性育种和深入的遗传重叠研究提供有用的信息和材料。     

水稻株高QTL分析及其与产量QTL的关系

分别应用具有112和160个标记位点的两个籼/籼交组合的F2群体的连锁图,对控制水稻株高的数量性状基因(QTL)进行了研究.各定位了4个和3个株高QTL,每个QTL的贡献率在5.6%～22.9%之间.在一个群体中,4个QTL都表现为完全显性或超显性;在另一个群体中,3个QTL均表现为部分显性.分别检测到7对和5对影响株高的双基因互作,其中一个群体以     

水稻叶鞘相关性状的遗传分析

本研究以典型釉粳交(春江06/台中本地1号)的F1代花药加倍的DH群体为材料,系统考察了DH群体及其双亲在抽穗期的叶鞘长、叶鞘重、叶鞘厚等性状上的分布情况.结果表明,叶鞘长度的遗传力较高,受环境的影响相对较小,叶鞘长与叶鞘厚及叶鞘干重间大多呈极显著的正相关.QTL分析共检测到31个与叶鞘有关的QTL,分布于水稻第1、第...     

利用双向回交导入系定位水稻苗期耐亚铁毒和锌毒的QTL

铁和锌是水稻生长必需的微量元素,也是重金属污染元素。在低洼或酸性土壤中,水稻容易遭受亚铁和锌毒害,抑制水稻生长,造成生物量和产量下降。为探讨水稻苗期耐亚铁毒、锌毒的遗传机制,利用优质粳稻品种Lemont和高产籼稻品种特青为亲本构建的高代双向回交导入系和308个在染色体上均匀分布的SNP标记剖析耐亚铁毒、锌毒相关的QTL。从双向导入系共检测到42个影响耐亚铁毒、锌毒相关性状如苗高、苗干重、根干重以及胁迫与对照相对值的QTL,多数位点增强亚铁毒、锌毒抗性的有利等位基因来自Lemont。其中同时在2个背景下表达的QTL有4个,占定位QTL总数的9.52%,说明大多数QTL的表达具有明显的遗传背景效应。同一遗传背景下同时影响耐亚铁毒和锌毒的QTL有9个,其中QSdw5在2个背景中均被检测到,其效应大小和方向一致,说明水稻苗期耐亚铁毒、锌毒之间存在遗传重叠位点。因此,通过分子标记辅助选择从Lemont中导入或聚合有利的遗传重叠区域,可以提高特青对亚铁毒、锌毒的抗性水平。     

利用DH群体动态检测水稻抗褐飞虱数量性状基因位点

利用籼粳交珍汕97／武育粳2号F1花培获得的190个双单倍体群体(doubled—haploid population,DH系)及其构建的179个SSR分子标记遗传图谱,通过对DH系群体苗期重复接虫试验和2个不同时期对褐飞虱危害程度进行动态调查,并应用Mapmaker／exp Version3．0和Windows QTL Cartographer V2．0对水稻抗褐飞虱数量性状基因位点(quantative trait locus,QTL)进行动态检测和遗传效应分析。结果表明,在苗期对褐飞虱抗性的检测中,共检测到6个抗性QTL,分别位于第2、3、4、8和10染色体上,各QTL的LOD值分别为2．22-4．64,贡献率为5．04％～13．73％,第3染色体和第4染色体上各有1个OTL的加性效应为正值,表明来自于亲本武育粳2号的这2个位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性,其余4个QTL的加性效应均为负值,表明来自于亲本珍汕97的这些位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性。