玉米穗轴粗全基因组关联分析

玉米穗轴粗是一个影响玉米产量和穗轴产量的重要性状,其遗传机制的解析可以对高产育种提供指导。本研究以309份玉米自交系为材料,利用测序基因型分型技术对其进行基因型鉴定。采用FarmCPU(fixed and random model circulating probability unification)、MLMM (multiple loci mixed linear model)和CMLM (compressed mixed linear model)方法,对2017年和2019年河南原阳、河南郸城、河南虞城、海南三亚以及最佳线性无偏估计值环境的穗轴粗,进行全基因组关联分析,共鉴定12个与穗轴粗显著关联的SNP (single nucleotide polymorphisms)(P<8.60E-07)。其中,S4₂9277313利用FarmCPU和MLMM方法在2017年原阳均检测到。S1₂9006330、S2₁70889116、S2₂046026464和S4₈3821...     

玉米穗行数全基因组关联分析

穗行数是玉米产量的重要组成性状,其遗传解析对高产育种具有指导意义。本文以203份主要玉米自交系为材料,2007年在新疆乌鲁木齐、吉林公主岭和海南三亚进行穗行数测定;采用分布于玉米基因组的41 101个单核苷酸多态性(SNP)标记对穗行数进行关联分析。共鉴定出9个与穗行数显著关联(P0.0001)的SNP,分别位于染色体框1.02、1.10、7.03、8.02、9.06和10.03。8个SNP位于已定位的数量性状座位(QTL)区间内。在显著SNP位点LD区域内发掘出4个候选基因,分别编码含F-box结构域的生长素受体蛋白、玉米kn1蛋白、AP2结构域蛋白和富亮氨酸重复的跨膜蛋白激酶。采用全基因组关联分析策略发掘穗行数基因位点及候选基因,将为克隆控制玉米产量性状基因奠定基础。     

玉米籽粒颜色全基因组关联分析

籽粒颜色是玉米重要的性状之一,籽粒色素影响玉米的营养价值和商品品质,解析其遗传机制对玉米优良种质选育至关重要。本研究以244份玉米优良自交系为材料,分析其籽粒颜色的遗传变异规律,并利用覆盖玉米全基因组的913万个SNP标记,开展籽粒颜色的全基因组关联分析,以期初步解析玉米籽粒颜色的遗传学基础。结果显示,共检测到258个SNP位点与玉米籽粒颜色性状紧密关联,其中与Level、R、G、B、Gray和RGB性状显著关联的SNP位点(Sig SNP)分别有27、11、7、197、5和11个,且有6个位点/区间(meta SNP)被至少2个性状同时定位到。所有显著性SNP位点附近共定位到482个候选基因,其中37个候选基因位于meta SNP区域,控制玉米黄白粒的Y1基因和类胡萝卜素合成的DXS3基因被籽粒颜色B值定位到。本研究结果可为进一步筛选控制籽粒颜色的基因和指导籽粒颜色选择育种提供理论基础。     

水稻种质资源稻瘟病抗性全基因组关联分析

稻瘟病是一种对全球水稻生产威胁极大的真菌性病害,鉴定抗稻瘟病基因并将其导入到现有感病品种改良品种的抗性是控制这种病害的有效途径。本研究利用5个稻瘟病菌株鉴定了212份籼稻和235份粳稻种质资源的苗瘟抗性,分别筛选到8个和12个抗全部5个菌株的籼稻和粳稻种质材料。采用全基因组关联分析在籼粳混合群体、籼稻和粳稻种质资源中共定位到43个影响水稻苗瘟抗性的QTL,抗GD00-193、GD08-T19、GD17-CQ16、HB1708和HLJ13-856菌株的QTL分别为9、4、14、14和2个。其中, 12个抗病QTL仅在籼稻亚群中检测到, 7个仅粳稻亚群中检测到,1个为籼粳2个亚群共同检测到,说明籼稻抗稻瘟病总体好于粳稻,而且稻瘟病抗性存在明显的籼粳分化。同时影响水稻对2个及2个以上菌株的抗性或在2个及2个以上群体中同时被定位到的QTL共计11个,利用候选区间关联分析和单倍型分析鉴定到23个抗病候选基因,不同抗病候选基因在籼、粳群体中的分布频率不同。研究结果为水稻品种稻瘟病抗性分子改良提供种质资源和有利基因信息及不同抗病基因的育种利用策略。     

基于全基因组关联分析解析玉米籽粒大小的遗传结构

玉米籽粒大小是产量重要构成因子之一,也是受多基因调控的复杂数量性状,挖掘玉米籽粒大小相关性状的关键调控基因,将有助于提高玉米的产量。本研究以212份优良玉米自交系为材料,于2018年和2019年分别对粒长、粒宽和粒厚进行测定,并结合均匀分布于玉米基因组的73,006个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记进行全基因组关联分析。基于FarmCPU算法,在玉米的10条染色体上检测到47个与籽粒大小相关性状关联的SNP。结合B73玉米自交系籽粒发育的动态时空转录数据,在显著SNP标记的连锁不平衡区域内,共检测到58个与籽粒大小相关的候选基因,其编码的蛋白与多种蛋白存在互作关系,参与并调控多个与籽粒发育密切相关的生物学过程。本研究为解析玉米籽粒发育的分子调控机制,改良籽粒大小和提高作物产量提供了新的参考。     

玉米秸秆消化率全基因组关联分析

48h体外干物质消化率（48h in vitro dry matter digestibility, 48h IVDMD）是衡量青贮玉米品质的重要指标。为了初步探究玉米秸秆消化率的分子遗传机理,以341份玉米自交系为材料,于2018年在沈阳和通辽种植,收获后测定秸秆48h IVDMD。利用全基因组重测序获得的6 276 612个高质量SNPs进行全基因组关联分析,共检测到153个与玉米秸秆消化率显著相关的SNPs位点（P<1.0×10^-6）,4个SNPs显著水平在P<1.0×10^-8以上;共找到38个秸秆消化率的候选基因,主要涉及细胞生长发育、防御反应和信号转导等生物学功能。     

玉米穗位高全基因组关联分析及其候选基因预测

利用41 101个SNP标记对159份我国玉米自交系进行全基因组分析.通过控制群体结构和亲缘关系,采取混合线性模型,检测到7个与穗位高显著相关SNP(P ＜0.0001),并确定7个候选基因,其注释功能有GABA-B受体活性、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、组蛋白-赖氨酸N-甲基转移酶活性、转运活性、翻译起始因子活性和酰胺基tRNA水解酶活性.利用BioMercator2-1软件将收集的137个稳位高QTL整合至IBM2 2008Neighbors玉米遗传图谱上,确定19个“一致性”QTL,结合分析7个与穗位高显著相关的SNP位点信息,获得2个候选基因.     

玉米Iodent种质在Suwan材料改良利用中的有效性分析

种质资源狭窄和杂种优势单一,是制约我国玉米产业发展的重要因素之一。拓宽玉米种质基础,培育突破性育种新材料是选育优良玉米杂交种的基础与前提。热带、亚热带种质已经被证明具有较温带种质丰富的遗传多样性,其引入、改良和应用对丰富我国玉米种质多样性具有十分重要的意义。本研究以28份温热玉米自交系、4份Suwan群体来源自交系(QR 273、ZHL 908、T 32和QB 48)作母本,来自Iodent、Reid、PB、Lancaster和塘四平头类群的8个温带玉米自交系作父本的杂交后代为材料,2015年分别在河南郑州和河南华县对28份自交系和32个杂交组合进行农艺性状评价。结果显示,Suwan×Iodent杂交组合的株型、生育期、感光性等与温带地区杂交种相近;而Suwan自交系与其他类群自交系的杂交组合则表现出植株繁茂、抗倒性差、感光性强和生育期太晚等问题。利用Iodent种质早熟、马齿的特性能够有效改良Suwan种质生育期晚、光周期敏感的不足,获得较高的配合力。     

贵州山区玉米种质的改良

贵州山区玉米种质对贵州省的玉米育种和玉米生产有着重大贡献,但贵州山区玉米种质需要进行遗传改良和扩增,才能发挥良好作用。本文概述了贵州山区玉米种质的特点及其改良情况,并对贵州山区玉米种质的改良发展方向进行了讨论。     

运用群体改良提高四川玉米地方种质的进展

本文研究和评价了轮回选择对提高人工合成的四川地方种质群体的作用,探索利用玉米地方品种的方式和途径。     

主要麻类作物基因组学与遗传改良:现状与展望

随着测序技术的发展,主要麻类作物(黄麻、红麻、苎麻、亚麻和工业大麻)参考基因组从2011年至2020年陆续完成测序,这标志着麻类作物科学已经进入基因组时代。文章首先详细概述主要麻类作物基因组测序。其次,评述了基于基因组学的麻类作物重要应用价值基因挖掘。基于参考基因组和转录组测序,大量关于纤维发育、响应非生物胁迫的候选基因被挖掘,以促进麻类作物纤维的物种特性和“不与粮食争好地”的逆境农业。同时不同麻类作物特异性状候选基因陆续被报道,如红麻雄性不育、亚麻种子含油量和大麻大麻素相关候选基因等。再次,麻类作物基因组测序完成为基于组学的麻类作物遗传改良提供可能:有助于麻类作物种质资源形成和演化机制研究,系统解析纤维产量、纤维品质、抗病耐逆等农艺性状形成的分子基础;有助于建立高通量基因型-表型数据库,挖掘优异基因资源与创制新种质;有助于创新并集成分子标记辅助选择、基因组选择、转基因等技术,建立高效的快速育种技术体系。宜选育高产高效、抗逆抗病、适宜轻简化机械化、优质专用的多用途麻类作物新品种,以满足麻类作物相关产业的市场需求,适应麻类作物生产方式。尽管已经获得重要基因以及位点的信息,但如何高效率利用已有基因资源对麻类作物进行遗传改良仍需面临一系列挑战,如成熟稳定的遗传转化体系、麻类作物基因编辑体系构建及基因组选择育种等。     

玉米种质苗期耐冷性状的遗传分析

摘要：早春低温冷害是黑龙江省主要的自然灾害之一,已成为影响本区域玉米产量水平提高的重要因素。本研究选择不同耐冷玉米种质8份,按Griffing Ⅱ的设计组配,分析低温逆境下玉米出苗及幼苗期性状的遗传规律。相关分析表明,相对出苗指数、相对出苗率、相对苗干重、相对根干重两两相关,相对出苗率与相对根总长相关,上述性状适合作为玉米幼苗耐冷性鉴定的指标。不同亲本的GCA方差、不同组合的SCA方差在相对出苗率、相对发芽指数、相对苗干重、相对根干重、相对根总长等性状上的差异显著。非加性基因效应在相对出苗率、相对发芽指数、相对苗干重、相对根干重、相对根总长中起到重要作用,且狭义遗传力普遍较低,各性状均低于50%,高低次序为相对发芽指数>相对出苗率>相对根干重>相对苗干重>相对根总长,上述性状选择适宜在中晚代进行选择。     

Introgression of temperate germplasm to improve an elite tropical maize population

The effect of introgression of temperate germplasm into an elite tropical maize population, EV8443SR, was studied for different traits. Two temperate lines, FS14 and DEA, were crossed with EV8443SR. The F1 of each cross was backcrossed to EV8443SR to produce the BC1. F1 and BC1 were subjected to two cycles of random mating. Random sets of S1 families were derived from the tropical-temperate populations and the tropical parent for evaluation in two tropical locations. Introgression of FS14 and DEA into EV8443SR significantly increased earliness, and reduced plant height, number of grains per ear, 1000 grains weight and grain yield. Significant harvest index increases were observed. The effect of introgression on genetic variance of EV8443SR varied with trait and sometimes with cross and location. The highest expected genetic progress was obtained in a tropical-temperate population for most of the traits studied. EV8443SR appeared better than, or pratically equal to, the tropical-temperate populations as a foundation population to improve grain yield and husk cover. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

广西水稻地方品种核心种质稻瘟病抗性位点全基因组关联分析

稻瘟病是水稻重要病害之一,严重影响水稻的产量与品质。培育抗性品种是防治稻瘟病最经济、环保的方式。稻瘟病抗性基因的鉴定与挖掘是开展抗病育种的基础与前提。本课题组前期对419份广西水稻地方品种核心种质进行简化基因组测序,获得208,993个高质量SNP标记。本研究采用苗期喷雾接种方法,研究了该419份核心种质对7个稻瘟病生理小种的抗性,并根据表型和基因型数据,利用一般线性模型(general linear model,GLM)和混合线性模型(mixed linear model,MLM)进行全基因组关联分析。2种模型下共检测到20个位点,其中GLM检测到20个位点,MLM检测到1个位点,Chr12_10803913位点在2种模型下都检测到。17个位点与前人定位的基因/QTLs重叠,其余3个是新位点,分别为Chr3_18302718、Chr3_18302744及Chr5_10379127位点。在20个显著关联位点上下游各150 kb的基因组区域中共筛选出候选基因323个,初步确定8个候选基因与抗病相关,其中LOC_Os12g18360(Pita)、LOC_Os12g18729(Ptr)为已知克隆的基因,LOC_Os03g32100、LOC_Os03g32180和LOC_Os05g18090为新位点附近筛选到的候选基因。本研究结果为稻瘟病抗性位点挖掘与稻瘟病相关基因克隆提供了科学依据。     

玉米种子萌发相关性状的全基因组关联分析

种子萌发是出苗的前提, 对玉米产量影响重大。为了解玉米种子萌发相关性状的遗传机制, 本研究对476份玉米自交系种子萌发相关的6个性状进行调查, 结合125万个(1.25M) SNP标记, 利用3种统计模型(Q, K, Q+K)进行全基因关联分析(GWAS)。结果表明K模型能够较好地评价吸胀前重量、吸胀前体积、吸胀后重量、吸胀后体积和吸胀体积5个性状; Q+K模型能更好地评价吸胀重量性状。基于这6个性状的最优模型的GWAS结果, 共检测到15个种子萌发相关性状的显著SNP, 15个SNP对应6个QTL, 集中分布在玉米第3、第6、第7和第10染色体上, QTL内单个SNP能解释的表型变异为5.09%~7.85%。其中5个QTL可在多个生物学重复中被检测到。以最显著SNP所在基因或附近基因作为QTL的候选基因, 共筛选到6个最可能的候选基因。GRMZM2G148411是吸胀后重量、吸胀重量和吸胀体积3个性状共同鉴定到的QTL候选基因, 根据基因的功能注释, 该基因编码一个包含TLD-domain的钙离子结合蛋白, 可能是一种调控种子休眠与萌发的信号分子。本研究鉴定的QTL为解析玉米种子萌发的遗传机制和相应功能标记的开发奠定了基础。     

普通小麦主要农艺性状的全基因组关联分析

为解析小麦复杂农艺性状的遗传机制,本研究以150份小麦品种(系)为自然群体,在4个环境条件下测定了9个主要农艺性状,利用小麦35K SNP芯片,结合5种关联模型(Q、PCA、K、PCA+K、Q+K),进行全基因组关联分析。结果表明,全基因组多态性信息量PIC的范围为0.0950～0.5000,最小等位基因频率MAF值为0.0500～0.5000;群体结构分析和PCA分析均表明参试材料可分为两个亚群;连锁不平衡分析发现A基因组、B基因组、D基因组和全基因组的LD衰减距离分别为4.7、8、11和6 Mb。9个性状共检测到652个显著的关联位点(P≤0.001),其中21个SNP在2个或2个以上的环境中被重复检测到,分布在1A(1)、1B(4)、2A(3)、2D(2)、3A(1)、5A(1)、5B(5)、6A(1)、6B(2)和7D(3)染色体上; 1个SNP标记的物理位置未知, 3个SNP标记同时与2个性状显著关联;单个SNP的表型贡献率为7.67%～18.79%。8个优势等位变异在供试群体中所占比例较低,筛选出14个可能与小麦农艺性状相关的候选基因,其中TraesCS5B02G237200、TraesCS7D02G129700和TraesCS1B02G426300可能在植物抵御生物与非生物胁迫中起作用,TraesCS5B02G010800和TraesCS7D02G436800可能与植物激素的合成和响应有关,TraesCS2A02G092200可能与植物细胞壁的增强有关, TraesCS5A02G438800可能参与叶绿体发育,另外7个候选基因的功能未知。     

Development and application of functional markers in maize

Summary Functional markers (FMs) are derived from polymorphic sites within genes causally involved in phenotypic trait variation (Andersen, J.R. & T. Lübberstedt, 2003. Trends Plant Sci 8: 554–560). FM development requires allele sequences of functionally characterized genes from which polymorphic, functional motifs affecting plant phenotype can be identified. In maize and other species with low levels of linkage disequilibrium, association studies have the potential to identify sequence motifs, such as a few nucleotides or insertions/deletions, affecting trait expression. In one of the pioneering studies, nine sequence motifs in the dwarf8 gene of maize were shown to be associated with variation for flowering time (Thornsberry, J.M., M.M. Goodman, J. Doebley, S. Kresovich, D. Nielsen & E.S. Buckler, 2001. Nat Genet 28: 286–289). Proof of sequence motif function can be obtained by comparing isogenic genotypes differing in single sequence motifs. At current, the most appropriate approach for this purpose in crops is targeting induced local lesions in genomes (TILLING) (McCallum, C.M., L. Comai, E.A. Greene & S. Henikoff, 2000. Nat Biotechnol 18: 455–457). In central Europe, maize is mainly grown as forage crop, with forage quality as major trait, which can be determined as proportion of digestible neutral detergent fiber (DNDF). Brown midrib gene knock out mutations have been shown to be beneficial for forage quality but disadvantageous for overall agronomic performance. Two brown midrib genes (bm1 and bm3) have been shown to be involved in monolignol biosynthesis. These two and additional lignin biosynthesis genes have been isolated based on sequence homology. Additional candidate genes putatively affecting forage quality have been identified by expression profiling using, e.g., isogenic bm lines. Furthermore, we identified an association between a polymorphism at the COMT locus and DNDF in a collection of European elite inbred lines.     

糯玉米自交系SSR标记遗传多样性及群体遗传结构分析

为了解糯玉米种质的遗传基础,利用29对SSR标记对87份糯玉米自交系进行遗传多样性分析,共检测出180个等位变异,平均每个位点6个等位变异,多态性信息含量变幅为0.308～0.915,平均为0.572。材料间遗传相似系数为0.49～0.93,平均为0.66。通过聚类分析UPGMA (unweighted pair-group method with arithmetic means)方法在遗传相似系数0.64处将87份糯玉米自交系划分为4个类群,分别包含9、66、10和2份材料。此外,利用Structure群体遗传结构分析也将87份糯玉米自交系分为4个类群,分别包含24、25、19和19份材料;进一步分析表明,供试群体中大部分糯玉米自交系的遗传变异较单一。本研究为糯玉米新品种选育和遗传进化分析提供了种质基础和理论依据。