水稻单片段代换系群体的构建及研究进展

 单片段代换系是进行基因分析特别是QTL分析的理想材料。建立单片段代换系,不仅可以挖掘和利用新的基因资源,大大提高QTL定位的准确性和精确性,而且使基因鉴定、基因定位、分子标记辅助选择和育种这些不连续的环节紧密联系在一起,还可以实现植物分子育种从个别基因利用到基因组的综合开发利用的跨越式发展,同时为基因聚合育种工程积累丰富的基因资源。鉴于其在水稻研究中的重要意义及其在育种中的广泛应用,本文综述了水稻单片段代换系的构建和应用现状,提出应进一步扩大单片段代换系的构建规模,充分挖掘其作为育种材料的潜在应用价值。     

水稻染色体片段代换系群体的构建及应用研究进展

定位和克隆水稻重要农艺性状QTL,是水稻功能基因组学研究的重要方向,是分子标记辅助选择选育高产、优质、多抗水稻新品种的重要基础。染色体片段代换系是进行QTL分析的理想材料。介绍了水稻染色体片段代换系群体的构建原理,综述了其构建及应用研究进展,并对其研究方向进行了展望。     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

 【目的】水稻谷粒形状（粒长、粒宽和长宽比）是衡量稻米外观品质的重要指标之一，为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行分子定位。【方法】以单片段代换系（SSSL）为材料构建分离群体，利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。【结果】粒宽QTL Gw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间, 遗传距离均为0.3 cM。在此基础上构建了覆盖Gw-8的物理图谱，RM502与RM447位于同一克隆AP005529，两者之间的物理距离为55.0 kb。粒长QTL gl-3被定位于第3染色体着丝粒附近的微卫星标记RM6146和PSM377之间，遗传距离分别为1.5 cM和11.0 cM。【结论】利用单片段代换系能准确地定位水稻粒形QTL，这两个粒形QTL的定位为其克隆及稻米外观品质的分子育种奠定了基础。     

利用单片段代换系定位水稻抽穗期QTL

 抽穗期是水稻品种的重要农艺性状之一，对抽穗期QTL进行定位并研究其遗传效应在水稻育种中是至关重要的。本研究利用以6个水稻品种为供体的52个单片段代换系为试验材料，通过t测验比较单片段代换系与受体亲本华粳籼74之间抽穗期的差异，对代换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。以P≤0.001为阈值共鉴定出20个抽穗期QTL，这些QTL分布于水稻的10条染色体。QTL加性效应值为-5.9～1.1，加性效应百分率为-7.4%～1.4%。有8个QTL被定位在小于10.0 cM的区段内。利用1个单片段代换系与华粳籼74杂交发展的F2群体对qHD-3-1进行了定位。在作图群体中，早抽穗和迟抽穗植株数符合3:1的分离比，早抽穗表现为显性。利用微卫星标记将qHD-3-1定位于3号染色体短臂，PSM304和RM569分别位于其两侧，遗传距离分别为2.4 cM和5.1 cM。     

作物单片段代换系的构建及应用

准确鉴定和定位作物的数量性状基因位点（quantita tivetrait loci,QTLs）是分子标记辅助选择和基因克隆的基础,传统的分离群体遗传背景复杂,很难对单个数量性状基因位点进行准确鉴定和深入研究。单片段代换系具有片段单一、背景一致、遗传稳定等特点,能把复杂性状的基因分解为多个简单的孟德尔因子,在作物数量性状和基因功能的分子研究中将发挥重要的作用。文中概述了作物单片段代换系的构建方法和应用概况,讨论了单片段代换系库构建过程中存在的问题及潜在的利用价值。     

水稻单片段代换聚合系的产量比较试验

【目的】基于水稻单片段代换系聚合而成的品系,是分子设计育种过程中的中间材料,通过评价其优劣,为育种和生产实践提供有益的参考.【方法】以25个聚合系为材料,在2013年早、晚两季采用随机区组试验测验它们与华粳籼74主要农艺性状的差异显著性,并探讨所考察性状的表型和相关的遗传基础.【结果和结论】5个聚合系P05、P08、P14、P15和P21的产量显著地高于华粳籼74,适于早、晚季种植;另2个高产聚合系P07和P12则仅适于晚季种植.所有考察性状的遗传率变动在0.885 9～0.993 7之间,其中,普通遗传率为0.554 7～0.968 8,互作遗传率为0.024 9～0.331 2.着粒密度降低产量,贡献率为15.5%;而千粒质量增加产量,贡献率达36.6%.试验结果为这些性状的遗传改良和育种上的间接选择提供了依据.     

粳稻为背景的普通野生稻单片段代换系群体的初步构建

以粳稻日本晴（O. sativa L. subsp. Japonica cv. Nipponbare）为受体和轮回亲本,以广西普通野生稻核心种质DP15为供体,通过连续回交和SSR标记辅助选择的方法构建普通野生稻单片段代换系群体（Single segment substitution lines, SSSLs）。用覆盖水稻全基因组的563对SSR引物检测供体（DP15）和受体（日本晴）的多态性,从中挑选212对分布在水稻12条染色体上的多态性引物跟踪供体基因型。结果表明,在BC3F1代获得79个代换片段,这些片段基本上能相互重叠并覆盖水稻12条染色体,其中第1、第2条染色体含有的代换片段数最多,均为9个,第9、第10和第12条染色体含有的代换片段数最少且均为5个。79个代换片段长度为12．65—113．55cM,平均长度为54．3cM,总覆盖长度为4285．28cM,是水稻整个染色体组长度的2倍多,覆盖野生稻全基因组达98．89％。随机选取其中的6个代换株系用96个多态性引物检测其遗传背景,发现供体DNA残留率为7．3％－15．6％。今后将继续通过回交和标记辅助选择,以获得一整套覆盖普通野生稻全基因组的SSSLN,这将有助于研究稻种的起源、演变和分化以及普通野生稻的功能基因组。     

利用染色体单片段代换系定位水稻结实率QTL

结实率是评价水稻品种应用价值的重要农艺性状之一,是产量重要的构成因素,易受到高温、低温、干旱等环境因素的影响,对结实率QTL进行定位并研究其遗传效益在水稻育种中至关重要,为进一步精细定位及克隆相应QTL和开展水稻结实率分子育种奠定基础。以籼稻品种扬稻6号为受体、粳稻品种日本晴为供体构建的一套染色体片段代换系为材料,利用多元回归分析方法,结合Bin图谱,对代换系上的结实率QTL进行鉴定,结果表明,在水培条件下共定位14个控制水稻结实率性状的QTL,分别位于3~11染色体上,其中,2010年定位2个,2011年定位5个,2012年定位7个;贡献率大于20%的QTL共有9个,分别是q SSR5.1、q SSR7.1、q SSR9.1、q SSR11.1、q SSR3.2、q SSR3.3、q SSR4.1、q SSR8.2和q SSR9.2WTBZ〗,其中,贡献率最大的QTL为q SSR5.1,贡献率为49.76%,被定位在第5染色体上731 482 bp区间内。     

水稻单片段代换系抽穗期QTL鉴定及遗传分析

适宜的抽穗期是水稻（Oryza sativa）获得理想产量的前提。本研究利用带有晚抽穗基因的单片段代换系（SSSL）为供体,华粳籼74为受体亲本,发展F2次级分离群体。通过t测验比较单片段代换系与受体亲本华粳籼74之间抽穗期的差异,同时对代换片段上的抽穗期QTL进行鉴定。以P≤10-6为阈值鉴定出抽穗期QTL,此QTL位于水稻的第6染色体。调查记录F2次级分离群体单株抽穗期,并对统计结果进行卡方（χ2）测验。结果显示,F1代单株表现为早抽穗,F2代早抽穗和迟抽穗植株数符合3∶1的分离比,早抽穗表现为显性。     

利用染色体单片段代换系定位水稻粒重QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一,是由多基因控制的数量性状。本研究以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系群体为试验材料,利用 SPSS软件分析了粒重与粒形性状之间的相关性,通过单因素方差分析和 Dunnett’s多重比较,测验单片段代换系与受体亲本广陆矮4号之间粒重的差异,以2年都能检测到的显著差异位点作为稳定表达的 QTL。结果表明：千粒重与粒长、长宽比呈极显著正相关,与粒宽、粒厚相关性不显著;以 P≤0.001为阈值,2年都能检测到的千粒重相关 QTL 19个,分布在除第10、12染色体以外的10条染色体上。其中,10个QTL的加性效应表现为增效作用,其加性效应值的变化范围为0.49~2.74 g,加性效应百分率的变化范围为2.00%~11.05%;9个 QTL加性效应表现为减效,加性效应值的变化范围为0.60~2.35 g,加性效应百分率的变化范围为2.40%~9.48%。这些QTL的鉴定,为进一步精细定位或克隆相应 QTL奠定了基础。     

基于单片段代换系群体的玉米开花期性状QTL分析

以骨干自交系许178背景的综3染色体单片段代换系为基础材料,利用105个SSSLs群体通过在浚县、许昌的田间试验,共鉴定出47个控制玉米开花期相关性状的QTL,包括散粉期的QTL 14个,吐丝期的QTL 16个,ASI的QTL 17个,其中,1个散粉期的QTL、2个吐丝天数的QTL和4个ASI的QTL在2种环境下被重复检测到.     

利用单片段代换系鉴定水稻抗性淀粉相关基因

目的 发掘稻米淀粉合成相关基因SBEIIb、SSIIa和ISA1的高抗性淀粉等位基因。方法 利用分子标记筛选携带SBEIIb、SSIIa或ISA1的单片段代换系(Single segment substitution lines,SSSLs),利用改良的AOAC法测定SSSLs材料的抗性淀粉含量(w),通过Sanger测序分析不同SSSLs的SBEIIb、SSIIa和ISA1基因序列,结合基因型和表型连锁分析,鉴定影响抗性淀粉含量的等位基因。结果 SBEIIb编码区的1个SNP(Ex4-96G/A)引起1个氨基酸的替换(196-Arg/His),从而产生2种等位基因SBEIIb-1和SBEIIb-2。其中,SBEIIb-1的Ex4-96G导致第196位氨基酸为Arg,表现为高抗性淀粉含量,为1.72%。SSIIa第8外显子的2个SNPs(Ex8–334G/A和Ex8–865C/T)引起2个氨基酸替换(604-Gly/Ser和781-Leu/Phe),从而产生3种等位基因SSIIa-1、SSIIa-2和SSIIa-3。其中,SSIIa-1的Ex8–334G和Ex8–865C导致第604和781位氨基酸为Gly和Leu,表现为高抗性淀粉含量,为3.37%。ISA1编码区序列的1个Indel(AGG/---)和1个SNP(Ex17–117C/T)导致第70位氨基酸Glu缺失和第717位氨基酸由Thr变为Met,从而产生3种等位基因ISA1-1、ISA1-2和ISA1-3。其中,ISA1-1编码区的AGG插入和Ex17–117C导致第70和717位氨基酸为Glu和Thr,表现为高抗性淀粉含量,为2.09%。结论 SBEIIb、SSIIa和ISA1是影响水稻抗性淀粉形成的重要基因,这3个基因编码区的SNPs和Indels引起了氨基酸的改变,继而影响了抗性淀粉的含量,鉴定到了3个高抗性淀粉含量的等位基因SBEIIb-1、SSIIa-1和ISA1-1。     

利用染色体单片段代换系定位水稻低温发芽率QTL

以85个籼稻品种广陆矮4号为受体亲本、粳稻品种日本晴为供体亲本的染色体单片段代换系为研究材料,利用SPSS软件对水稻低温发芽率QTL进行鉴定和遗传效应分析。结果表明:以P≤0.000 1为阈值共检测到20个低温发芽率QTL,分布在除第4、7、8和10染色体的其余8条染色体上;其加性效应均表现为增效作用,加性效应值的变化范围为9.00%~26.00%,加性效应百分率的变化范围为26.47%~76.47%;运用代换作图法对其中11个低温发芽率QTL进行初步定位。     

基于单片段代换系的水稻抽穗期QTL上位性研究

【目的】探索水稻抽穗期的遗传机制.【方法】以华粳籼74的8个单片段代换系为材料,构建了7个聚合了双QTL的次级F2作图群体,并通过分子标记的选择区分出每个群体的9种基因型以估算水稻抽穗期QTL的各类上位性分量.【结果和结论】除QTL HD3/HD8间的上位性互作不显著外,其他QTL对均存在显著的上位性效应,占85.7%;在检测的28个不同类型的上位性效应中,有60.7%的估计值达到5%或1%的显著水平,其中加加、加显或显加、显显上位性分别占71.3%、42.8%、85.6%.研究结果进一步证实了上位性作用在数量性状遗传体系中的普遍性和重要性,并为水稻抽穗期的分子聚合育种提供了依据和材料.     

利用染色体单片段代换系定位水稻粒重QTL（英文）

粒重是决定水稻产量的三要素之一,是由多基因控制的数量性状。本研究以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系群体为试验材料,利用SPSS软件分析了粒重与粒形性状之间的相关性,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,测验单片段代换系与受体亲本广陆矮4号之间粒重的差异,以2年都能检测到的显著差异位点作为稳定表达的QTL。结果表明:千粒重与粒长、长宽比呈极显著正相关,与粒宽、粒厚相关性不显著;以P≤0.001为阈值,2年都能检测到的千粒重相关QTL 19个,分布在除第10、12染色体以外的10条染色体上。其中,10个QTL的加性效应表现为增效作用,其加性效应值的变化范围为0.49~2.74 g,加性效应百分率的变化范围为2.00%~11.05%;9个QTL加性效应表现为减效,加性效应值的变化范围为0.60~2.35 g,加性效应百分率的变化范围为2.40%~9.48%。这些QTL的鉴定,为进一步精细定位或克隆相应QTL奠定了基础。     

水稻染色体片段代换系的构建及株高QTL的鉴定

构建一套以日本晴为轮回亲本、广陆矮4号为供体亲本的水稻染色体片段代换系群体,代换片段总长度334.3 Mb,覆盖整个基因组的89.8%。利用此代换系群体,在3个环境中共鉴定出11个株高QTL,分别位于水稻第1、3、5、6、7和9染色体上。这些研究结果为株型性状的分子改良奠定了基础。     

利用重测序染色体片段代换系群体定位水稻籽粒长宽比QTL

水稻籽粒长宽比是影响水稻品质和产量的重要农艺性状之一,是由多基因控制的数量性状。染色体片段代换系由于可以减少分离群体中个体间遗传背景的干扰,已成为定位和克隆复杂性状QTL的重要材料。本研究利用以籼稻品种9311为背景、以粳稻品种日本晴为代换片段构建的128个经过2代重测序的染色体片段代换系群体作为试验材料,利用多元回归,结合Bin-map图谱,定位到了4个控制水稻籽粒长宽比的QTL。其中,qLWR2.1被定位在第2染色体上的812 145 bp区间内,加性效应值为-0.04,加性效应百分率为-1.12%;qLWR2.2被定位在第2染色体上的324 166 bp区间内,加性效应值为0.17,加性效应百分率为4.14%;qLWR3.1被定位在第3染色体上的17 825 bp区间内,加性效应值为-0.25,加性效应百分率为-7.73%;qLWR11.1被定位在第11染色体上的945 168 bp区间内,加性效应值为0.21,加性效应百分率为5.15%。本研究结果为精细定位并克隆相应QTL,进而探明水稻籽粒长宽比QTL的分子调控机制奠定了基础。     

基于单片段代换系的水稻抽穗期QTL定位及上位性分析

抽穗期是水稻重要的农艺性状,它决定水稻品种的地域适应性和季节适应性,是重要的育种目标之一。本研究从两个水稻单片段代换系杂交分离群体中筛选到8个次级单片段代换系和2个双片段聚合系,经重叠群作图分析,鉴定出2个与抽穗期有关的QTL。qHD3位于第3染色体短臂,qHD6位于第6染色体的短臂中部。在长日照条件下,Lemont的qHD3等位基因可促进水稻早抽穗,Tetep的qHD6等位基因则延迟水稻抽穗。另外,上位性分析表明,在长日照条件下,qHD3和qHD6之间存在着显著的上位性互作效应。