优良水稻染色体片段代换系Z746的鉴定及重要农艺性状QTL定位及其验证

粒型、株高及穗部组成性状与产量形成密切相关,是水稻重要农艺性状,但遗传基础复杂。染色体片段代换系是用于复杂性状遗传研究的良好材料。本研究鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的水稻优良染色体片段代换系Z746。Z746携带来自西恢18的7个代换片段,平均代换长度为3.99 Mb,其株高、粒长和穗部性状均与受体存在显著差异。进一步通过日本晴与Z746杂交构建的次级F2群体共检测到36个相关QTL,分布于2号、3号、4号、6号和11号染色体。其中5个可能与已克隆基因等位,如qPH3-1等, 8个可被多次检出,表明这些是遗传稳定的主效QTL。Z746的粒长主要由4个QTL(qGL3、qGL4、qGL2、qGL6)控制,其中qGL3和qGL4对粒长变异的贡献率分别为60.28%和27.47%。株高由5个QTL控制,穗长由4个QTL控制,每穗粒数由2个QTL控制,千粒重由2个QTL控制。然后以MAS在F3共选出8个单片段代换系,并以此在F4进行了相关QTL验证,共有24个QTL可被8个单片段代换系(SSSL)检出,重复检出率为66.7%,表明这些QTL遗传稳定。本研究为目的 QTL的进一步...     

利用染色体片段代换系定位陆地棉株高QTL

以陆地棉中棉所36为轮回亲本和海岛棉海1为供体亲本, 构建染色体片段代换系。为了能检测到稳定的株高QTL,将三个代换系群体(BC₅F₃, BC₅F_3:4和BC₅F_3:5)在5个环境中种植,2009年和2010年分别在河南安阳种植BC₅F₃单株、BC₅F_3:4株行, 2011年分别在河南安阳、辽宁辽阳和新疆石河子种植BC₅F_3:4株系。结果表明,在不同群体环境中株高的超亲比例为53.43%~88.97%。从早期构建的总图距为5088.28 cM, 含有2280个SSR标记位点,覆盖26条染色体的遗传连锁图谱中筛选标记,对408个单株进行的SSR鉴定,结果检测到16个株高QTL,分布在10条染色体上。单个QTL解释的表型变异为7.35%~13.17%。有7个QTL在2个以上环境被检测到。与标记MUSS563紧密连锁的qPH-15-19在一个环境中被检测到,在前人的研究中也有报道。这些结果为进一步精细定位QTL、基因克隆、分子辅助选择等研究奠定基础。     

利用染色体片段代换系定位水稻叶片形态性状QTL

水稻叶片形态是理想株型的重要组成部分,控制叶片形态基因的挖掘对于塑造水稻理想株型,实现水稻超高产目标具有重要意义。本研究利用广陆矮4号为受体亲本,日本晴为供体亲本构建的一套染色体片段代换系,对水稻上三叶(倒一叶、倒二叶和倒三叶)形态性状与单株籽粒产量进行了相关性分析,并开展了相关QTL定位。结果表明,除剑叶宽外,水稻上三叶的叶长、叶宽都与单株产量呈极显著正相关。同时,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,在两年间重复检测到20个控制叶形的QTL,其中叶长QTL 13个(8个表现正向效应,5个表现负向效应);叶宽QTL 7个(4个表现正向效应,3个表现负向效应)。这些QTL的鉴定为水稻叶形性状的分子改良提供了重要遗传信息。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。     

染色体单片段代换系的构建及应用于QTL精细定位

染色体片段代换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs),又称为代换系(Substitution lines,SLs)或导入系(Introgression lines,ILs)。只含一个代换片段的代换系,即单片段代换系(Single Segment Substitution Lines,SSSLs)是理想的代换系。单片段代换系只有代换片段与受体亲本不同,其它遗传背景与受体亲本完全一致,对代换区段中的QTL进行分析时遗传背景干扰很小,有利于QTL的分析,不少学者利用单片段代换系材料对许多QTL进行了鉴定和精细定位,并克隆了一些重要性状的QTL。本文介绍了染色体单片段代换系构建的原理和利用微卫星标记(SSR）进行单片段代换系鉴定的方法,讨论了代换系构建过程中值得注意的问题,并对用染色体单片段代换系进行QTL精细定位做了展望。     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

稻谷粒长、粒宽和长宽比是衡量稻米外观品质的重要指标，稻谷籽粒形状也是影响水稻产量的重要因素。为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行了分子定位。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。粒宽QTLGw-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0．3cM。     

基于染色体单片段代换系的水稻粒形QTL定位

水稻的粒形是影响水稻产量和品质的重要因子之一, 是由多基因控制的数量性状。染色体单片段代换系由于减少了个体间遗传背景的干扰, 已经成为鉴定复杂性状QTL的新型遗传材料。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,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之间粒形的差异,鉴定了代换片段上粒形相关的QTL。以P≤0.001为阈值, 共检测到39个粒形相关的QTL。其中,粒长相关的19个,其加性效应值为0.18~1.06 mm,加性效应百分率为2.40%~14.13%;粒宽相关的14个,其加性效应值为0.09~0.31 mm,加性效应百分率为2.71%~9.15%;粒厚相关的6个,其加性效应值为0.05~0.10 mm,加性效应百分率为2.14%~4.46%。这些QTL的鉴定,为进一步精细定位并克隆相应QTL和高产、优质水稻新品种的分子标记辅助选择奠定了基础。     

利用染色体单片段代换系定位水稻垩白QTL

为了鉴定和定位水稻垩白相关QTL,分析其遗传效应,利用籼稻品种广陆矮4号为受体,粳稻品种日本晴为供体构建的84个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett's多重比较,对代换片段上垩白相关QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值,共检测到36个垩白相关QTL。其中,垩白度QTL共19个,其加性效应值为-6.44~12.86,加性效应百分率为-34.04%~68.02%。垩白粒率相关QTL共17个,其加性效应值为-7.32~3.63,加性效应百分率为-8.07%~4.00%。这些QTL的鉴定为进一步精细定位并克隆相应QTL,提高稻米外观品质奠定了基础。     

利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

产量及其相关性状如单株有效穗数、千粒重、穗实粒数、穗总粒数和结实率等是水稻重要的农艺性状,了解产量及其相关性状QTL的加性及上位性效应对以分子标记聚合育种改良水稻产量具有重要意义。本文以16个单片段代换系及15个双片段代换系分析了水稻产量相关性状QTL的加性及上位性效应。共检出影响产量及其相关性状的13个QTL,包括产量性状1个、单株有效穗数1个、千粒重4个、穗实粒数4个、穗总粒数2个和结实率1个,分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,检出12对双基因互作。结果显示,2个正向(或负向)产量性状QTL聚合,往往会产生负向(或正向)的上位性效应,能否产生更大(或更小)的目标性状,取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。本研究结果对实施高产分子标记聚合育种方法有重要参考价值。     

利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位产量相关性状QTL

以东乡普通野生稻和日本晴为亲本构建的染色体片段置换系为研究材料, 2019年分别在北京、山东临沂和江西南昌对分蘖数、穗粒数和粒形等11个产量相关性状进行多环境鉴定,结合染色体片段置换系基因型数据定位水稻产量相关性状QTL。3个环境共检测到68个QTL,包括株高4个、穗长5个、分蘖数2个、一次枝梗数7个、一次枝梗粒数8个、二次枝梗数8个、二次枝梗粒数10个、每穗粒数6个、千粒重7个、粒长8个和粒宽3个; LOD值介于2.50～12.66之间,贡献率变幅为4.67%～27.79%,15个QTL的贡献率大于15%;24个QTL与已报道位点/基因位置重叠,44个QTL为新发现位点; 6个QTL在2个环境能被检测到, 1个QTL qTGW2能在3个环境检测到,且是还未报道的新位点。最后,利用BSA法验证了qPH7、qPBPP8-2和qGW10三个QTL的可靠性。本研究将为后续产量相关性状基因克隆以及进一步解析其遗传基础和分子调控机制奠定基础。     

Mapping QTL of Fiber Yield and Quality Traits in F2 Populations of Chromosome Segment Substitution Lines from Gossypium hirsutum × Gossypium barbadense

In this study, F₂ populations from two chromosome segment substitution lines MBI7455 and MBI7358, were quantified using SSR to evaluate the parents' genotype and detect QTL related to fiber quality plus yield traits of cotton. Results show that the recurrent parent (CCRI45) hosted 96.70% and 95.60% of chromosome segment substitution in MBI7455 with 12 chromosome segments and in MBI7358 with 16 chromosome substitution segments of Gossypium barbadense, respectively. In the F₂ population, the average rate of chromosome substitution of the recurrent parent (CCRI45) was 96.44%, and the average segments of chromosome substitution of Gossypium barbadense was 13.42, with an average segments of homozygous donor chromosome value of 3.90. Analysis showed 19 fiber quality-related QTL with a phenotypic variance of between 2.52%-13.11% and seven yield traits-related QTL with a range of 2.93%-11.40% phenotypic variance, resulting in a total of 26 QTL. The CSSLs could be used to detect QTL for fiber yield and quality traits, which offer an important foundation for the cotton molecular-assisted breeding.     

A Preliminary Study of Mapping Genes Underlying Complex Traits Based on Chromosome Segment Substitution Lines

Complex traits are the features whose properties are determined by multiple factors, which can be genetic or environmental. Most of economically important characteristics of plants and animals belong to this special category. Hence, identification of genes underlying complex traits is theoretical and applied important. However, the conventional mapping populations with complex genetic background pose major challenge to distinguish the single QTL responsible for phenotypic variation. Paterson et al. （1990） pioneered the research on fine mapping of QTL by substitution mapping method. Nadeau et al. （2000） discussed the construction, applications and advantages of chromosome segment substitution （CSS） lines for dissecting complex traits. Indeed, CSS lines with the controlled genetic noise from genome background are ideal material for studying individual QTL as a Mendelian factor. In flee, CSS lines have been created for QTL fine mapping and further functional research （Ebitani et al., 2005; Xi et al., 2006）.     

利用Ⅱ-32B/A7444组合CSSL群体定位水稻7个穗部性状QTL

为发掘水稻穗部性状有利等位变异,构建了以籼稻保持系II-32B为遗传背景的A7444染色体片段置换系群体;利用QTL Ici Mapping 4.1软件对该群体7个穗部性状进行了QTL定位。结果 2年共检测到26个QTL。2年均检测到的13个QTL中,控制一次枝梗数的4个QTL位于第1、第6、第8和第9染色体,平均贡献率分别为15.16%、13.10%、29.74%和11.21%,平均加性效应分别为-1.40、1.01、1.11和0.77。控制二次枝梗数的2个QTL位于第6和第8染色体,平均贡献率分别为10.97%和21.39%,平均加性效应分别为5.45和6.36。控制每穗总粒数的3个QTL位于第2、第6和第8染色体,平均贡献率分别为8.65%、12.52%和31.22%,平均加性效应分别为-18.61、22.23和31.87。控制每穗实粒数的1个QTL位于第8染色体,平均贡献率为28.06%,平均加性效应30.85。控制千粒重的2个QTL位于第2染色体,平均贡献率分别为44.65%和17.51%,平均加性效应分别为2.88和-2.51。控制粒宽的1个QTL位于第10染色体,平均贡献率为21.96%,平均加性效应为0.11。第2、第6和第8染色体分别存在同时控制二次枝梗数、每穗总粒数和每穗实粒数QTL的区段。qSBN6和qSBN8所在区间与Hd1和DTH8的相同,但分别存在16处和1处碱基差异,推测为Hd1和DTH8的不同等位基因。qSBN2为新检测到的控制二次枝梗数位点。研究结果为实施分子标记聚合育种提供了有用信息。     

QTL Mapping for Yield and Fiber Quality Traits in Double-Cross Population of Chromosome Segment Introgression Lines from Gossypium hirsutum×Gossypium barbadense

[Objective] The aim of this study was to map quantitative traits loci (QTLs) for yield and fiber quality traits in chromosome segment introgression lines (CSILs) from Gossypium hirsutum×Gossypium barbadense. [Method] Four CSILs, MBI 7115, MBI 7412, MBI 7153 and MBI 7346, which were obtained by advanced backcrossing and continuous inbreeding from upland cotton variety CCRI 45 and sea-island cotton variety Hai 1, were used to construct double-cross segregating populations F1 and F1:2 through the following crosses: [(MBI 7115×MBI 7412)×(MBI 7153×MBI 7346)]. Simple sequence repeat (SSR) molecular markers were used to evaluate the genotyes of parents. The F1 and F1:2 populations were used to map QTLs for yield and fiber quality-related traits. [Result] The recovery rates of the recurrent parent CCRI 45 in the four CSILs were all above 97%. Forty-one QTLs, which were distributed across 11 chromosomes, were detected using the two segregating populations. There were 30 QTLs controlling fiber quality with phenotypic variations ranging from 1.11% to 11.80% and 11 QTLs controlling yield-related traits with 1.09%–13.57% phenotypic variations. [Conclusion] Five QTLs for fiber quality were consistently detected in two populations and they were all newly discovered QTLs. This study provides an important theoretical basis for fine mapping of these QTLs and molecular marker-assisted breeding for excellent fiber quality.     

陆地棉背景下海岛棉第18染色体片段置换系的培育及相关农艺性状QTL定位

Sub18是以陆地棉遗传标准系TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体的置换系材料。本研究以TM-1为受体亲本, 置换系Sub18为供体亲本, 借助分子标记辅助选择技术培育了一套以TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体不同长度片段的置换系。这套置换系由45个株系构成, 共78个置换片段。其中27个株系导入单片段, 占总株系的60%; 9个株系导入2个片段, 占20%; 9个株系导入3个及以上片段, 占20%。导入片段总长度为467.6 cM, 约为该染色体遗传长度的4倍, 每个株系内被替换的染色体片段长度不完全相同, 平均遗传长度为5.99 cM, 最短的为0.9 cM, 最长的20.35 cM。其中13个株系表现开放花蕾性状, 涉及的最短导入片段长5.05 cM。对TM-1、Sub18以及培育的45个导入系进行农艺性状调查和QTL联合定位分析, 鉴定出纤维强度(qFS-C18-1)、整齐度(qFU-C18-1)、马克隆值(qFMi-C18-1)、成熟度(qFMa-C18-1)、皮棉重(qLW-C18-1)、籽指 (qSI-C18-1)和衣分 (qLP-C18-1) 7个加性QTL和5个上位性效应QTL。研究结果为进一步精细定位目标QTL、克隆QTL以及重要性状分子设计育种奠定了基础。     

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。