早稻渗入系抽穗期根系性状QTL定位

研究稻作抗旱的根系特征及其遗传机理,发掘旱稻有利基因,从水旱稻杂交中选育高产耐旱的稻作品种提供理论基础和研究材料。以强抗旱的旱稻毫格劳为供体亲本,超高产水稻品种沈农265为受体亲本,利用187个SSR标记构建了一套具有180个家系的旱稻渗入系群体,并采用单标记分析法,对抽穗期根系6个性状：最长根长、粗根数、总根数、平均最粗根粗、根干重、总干重进行QTL定位。抽穗期共检测到QTL38个,其中影响上述6个性状的QTL数目分别是6、6、4、6、4和12个,它们的总贡献率分别为29％、27％、21％、33％、23％和61％。此外,在粗根数和总根数中分别检测到3个和1个来自毫格劳的等位基因的加性效应为负,其余均为正。除平均根粗外,其他5个性状的加性效应都较大。89．5％的渗入位点对以沈农265为遗传背景的渗入系的6个性状根系有促进作用;定位到的影响不同根系性状的QTL多数成簇、集中分布;RM3853附近定位到影响4个性状的QTL,推测是一个在抽穗期与根系性状和抗旱密切相关的基因或基因簇。     

利用“永久F2”群体进行小麦幼苗根系性状QTL分析

为了研究小麦苗期根系性状的遗传,以小麦品种花培3号和豫麦57的杂交DH群体组配了一套含168个杂交组合的“永久F₂”群体。利用WinRHIZO根系分析系统测定四叶一心期小麦水培幼苗根系总长度、直径、表面积、体积、根尖数、最大根长、茎叶干重、根干重及根茎干重比9个性状。采用复合区间作图法分析幼苗根系8个性状的QTL,定位了7个加性效应QTL和12对上位性互作QTL,包括加性效应、显性效应,加加互作、加显互作和显显互作,分布在1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、5D、6D和7D染色体上,单个QTL可解释0.01%~11.91%的遗传变异。在染色体2D上XWMC41至XBARC349.2区间检测到同时控制总根长和根干重的一个QTL。上位性对苗期根系生长发育有重要作用。试验结果表明,苗期根系性状的遗传机制较复杂, 因此在育种中要综合考虑根系各性状之间的关系,保证根系协调统一、发达健壮。     

超级稻协优9308衍生群体根系与地上部重要农艺性状的相关性研究

利用超级稻协优9308重组自交系及其双回交群体,结合水面无土栽培技术和大田栽培,获得水稻地上部分蘖数、抽穗期和单株产量等10个性状和根长、总根长和根干重等7个根系性状数据,采用DPS统计软件分析XBR、RIL和ZHR群体这些性状相关性。结果表明,这些性状双亲间表现出显著或极显著的遗传差异,且在3个群体中都呈连续分布和双向超亲分离。根长分别与总根长、根表面积、根干重等5个性状极显著正相关,根直径与其他6个根系性状不显著相关。抽穗期、株高和单株产量等6个性状分别与根长、总根长和根干重等6个性状呈极显著正相关,但分蘖数、穗数、结实率、百粒重等4个性状与根系呈不显著相关,10个地上部农艺性状均与根直径不显著相关。这些结果为水稻根系遗传与育种提供了有价值的信息。本文还对利用地上部农艺性状间接选择强根系超级稻的育种策略进行了探讨。     

水稻抽穗期的QTL剖析

利用沈农265/丽江新团黑谷的F2群体对抽穗期进行定位分析表明,该群体共定位到7个控制抽穗期的 QTLs,分别位于第2,3,6和7染色体上.单个QTL对性状表型贡献率在9.7%～23%之间.与其他研究结果比较表明,多数控制抽穗期的QTLs在不同的材料、不同遗传背景下重演性较好.同时,发现一个新的QTL位点,这些为北方粳稻育种的生育期选择提供基础性数据.     

全球水稻分子育种计划亲本的深根特性鉴定

干旱是当前水稻实现高产稳产所面临的重要限制因子之一,增强水稻深根系是提高水稻抗旱性的重要途径。以“全球水稻分子育种计划”中的177份优异种质为试验材料,利用改良的“篮子法”鉴定了SSd秧龄时的株高、分集数、深根数、浅根数、总根数以及深根比,并分析了这些性状在群体中的分布特征。结果表明,这些农艺性状在群体中都呈正态分布,存在丰富的表型变异。水稻品种间的深根比差异较大,大部分属于浅根系材料,只有沈农265、Lemont、Yen Fang Chu和原粳7号4个材料的深根比超过了40%。对这些优异资源农艺性状的了解,为在节水杭旱稻育种中深入利用这些亲本及其构建的导入系群体提供理论依据。     

大豆顶端花序和短果枝特异株型性状的QTL定位

以地理远源大豆杂交组合沈农6号×OhioFG1衍生的重组自交系为材料,以该群体所构建的分子遗传图谱为基础,利用QTL Cartographer V2.5和QTL Mapper 2.0软件对顶端花序粒重、短果枝数、短果枝粒重和短果枝茎重4个大豆顶端花序、短果枝相关性状的2年试验结果进行了QTL定位分析.结果表明,利用QTL CartographerV2.5的复合区间作图法,2年稳定检测到的顶端花序、短果枝相关性状的主效QTL均位于L连锁群的Sat 099-Satt373区间,这些主效QTL的加性效应均来自亲本沈农6号,且均解释大于15%的遗传变异;利用QTL Mapper2.0联合分析的结果也表明控制顶端花序、短果枝相关性状的主效QTL位于L连锁群的Sat 099-Satt373区间.本研究的结果为大豆顶端花序和短果枝的精细定位和分子标记辅助育种提供了一定的依据.     

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。     

大豆幼苗根系性状的QTL分析

为研究大豆幼苗期根系性状的遗传规律,以中豆29和中豆32构建的RIL群体为材料,在V2期测定水培幼苗根系性状(主根长、侧根数、根重、根体积和根冠比等)及相关性状(株重、茎叶重和下胚轴重等),以方差分析方法估算遗传参数,并采用复合区间作图法对大豆幼苗期根系等性状进行QTL定位。结果表明,在8个染色体上检测到20个根系及相关性状QTL,其中9个主效QTL位于第11和第14染色体,表型贡献率在10.5%~26.1%之间。在第11和第14染色体上,部分根系性状QTL与地上部性状QTL处于同一位置,其QTL的共位性与形态性状表型相关分析结果一致,反映了根系性状与地上部性状存在一定的关联。     

籼、粳超级稻品种根系形态及若干生理特征的差异

为阐明籼、粳超级稻根系干物质积累与分布特征和主要形态生理性状指标的差异及其与产量形成的关系,以当地主体且具有代表性的2个超级杂交籼稻组合和2个常规粳型超级稻品种为试验材料,对麦稻两熟制条件下籼、粳超级稻单茎和群体根干重、总根长、根数、根体积、根系吸收面积、发根力、抽穗后根系伤流强度及根冠比、每条根长、根直径、根密度、颖花根流量、抽穗期根系在土层中的分布和产量构成等方面进行了系统的比较研究。结果表明：(1)整个生育期,粳稻的根冠比、每条根长、发根数、发根体积、发根干重及颖花根流量、穗数、群体颖花量、结实率和实收产量均高于籼稻,而根直径、每穗粒数和千粒重低于籼稻,其中根冠比、每条根长、颖花根流量、穗数、每穗粒数、结实率和实收产量差异达显著或极显著水平;(2)粳稻抽穗前(含抽穗期)单茎根干重、总根长、根数、根体积和根系总吸收表面积及根密度均低于籼稻,但差异不显著,而成熟期这6个指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(3)粳稻拔节前单茎活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均小于籼稻,而拔节后(含拔节期)两者差异趋势与之相反,差异显著或极显著;(4)除拔节期群体根干重、拔节期和抽穗期群体根数外,其他群体形态生理特征指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(5)无论是单茎还是群体,粳稻抽穗后0~35 d根系伤流量均显著或极显著高于籼稻;(6)粳稻0~10 cm土层根系干重所占比例极显著低于籼稻,10 cm以下土层根系干重占根系总干重的比例极显著高于籼稻,粳稻扎根更深,进一步强化了植株抗倒防早衰能力。与超级杂交籼稻相比,常规粳型超级稻抽穗后根系生长优势不断加大,特别是群体生长优势,成熟期粳稻所有根系形态生理特征指标均优于籼稻,是粳稻高产形成的重要原因和保障。     

华南主栽高产籼稻根系形态特征及其与产量构成的关系

为探明不同类型高产籼稻的根系形态特征差异及其与产量的关系,以7个目前在华南地区大面积推广应用的主导品种(组合)合美占、桂农占、玉香油占、粤晶丝苗2号、五优308、天优998、天优122为材料,在2010-2011年进行两年盆栽试验,分别考查分蘖盛期、抽穗期及成熟期的单株、单茎及单条不定根形态性状,利用WinRhizo根系分析系统分析抽穗期的根系分枝特征,并计算根系形态特征与产量的相关性。结果表明: (1)杂交籼稻组合各生育时期的单株根数、单株根长、单茎根长及单条根长均显著大于常规籼稻品种;单株和单茎的根体积与干重差异不明显;常规稻单条根质量则普遍高于杂交稻。(2)抽穗期不同级别根的表面积和体积均为不定根>粗分枝根>细分枝根,杂交稻不同级别根的总长度为粗分枝根>不定根>细分枝根,常规稻则为不定根>粗分枝根>细分枝根;杂交稻的分枝根总长度及粗分枝根和细分枝根的长度、表面积、体积都显著大于常规稻;常规稻的平均根直径则显著大于杂交稻。(3)杂交稻与常规稻根系特征的主要差异是单株根数和长度的差异,分蘖数和单条根长度的差异是两者根系特征差异的重要原因。(4)单株不定根数、不定根总长、根干重等12个根系性状分别与产量显著或极显著正相关;单株不定根数和分枝根总表面积分别是影响产量的主要因素。这些结果为水稻根系遗传改良和超高产育种及栽培提供了参考。     

旱稻导入系碾磨品质和垩白粒率的QTL定位及其与土壤水分的互作分析

以优质水稻品种越富为遗传背景,具有旱稻品种IRAT109导入片段的271份导入系为材料,在水、旱田2个土壤水分环境下调查糙米率、精米率、整精米率和垩白粒率4个品质性状,研究旱田栽培对稻米品质性状的影响,进行QTL定位及基因型与环境的互作分析。结果表明,整精米率和垩白粒率易受土壤水分环境的影响,糙米率和精米率相对稳定。适当水分胁迫能提高稻米的整精米率,减少垩白粒率。利用混合线性模型,水、旱田条件下共检测到4个品质性状的10个加性QTL和2对上位性互作QTL,分别位于第3、4、7、8和9染色体。3个加性QTL (qMR9、qHMR7和qHMR9)和一对上位性互作QTL (qHMR3~qHMR9)的贡献率大于10%。7个QTL与前人研究结果相一致。第4染色体RM1112~RM1272和第9染色体RM1189~RM410是QTL集中分布的区域。根据不同性状对干旱胁迫的反应特点,分别选择水、旱田条件下贡献率大、稳定的QTL或者具有旱田特异性的QTL,进行标记辅助聚合育种是培育抗旱、优质稻的一个有效途径。     

水、旱栽培条件下稻谷粒型和粒重的相关分析及其QTL定位

为了解水、旱栽培条件下水稻粒形和粒重的表型及QTL变化,以陆稻品种IRAT109和水稻品种越富构建的双单倍体群体为材料,系统分析了稻谷粒长、粒宽、粒重及长宽比在水、旱栽培条件下的相关性,并进行了数量性状基因位点的比较定位。结果表明,水、旱条件下,粒长与长宽比和粒重均呈极显著正相关;粒宽与长宽比呈极显著负相关,与粒重极显著正相关,4个性状在水、旱条件间相关性都达极显著正相关。其中粒长的相关系数最高,达0.817,粒宽的相关系数最低,为0.457。表明粒长受水分影响最小而粒宽受水分影响较大。粒重、长宽比介于二者之间。两种条件下共检测到14个QTLs,分布于水稻1、5、6、7、10和12染色体上,其中控制粒长的5个,LOD值为1.93~5.11,贡献率为5.97%~28.85%;控制粒宽的1个,LOD值为2.39,贡献率为12.76%;控制长宽比的3个,LOD值为2.08~4.6,贡献率为7.78%~21.89%;控制粒重的5个,LOD值为2.68~9.45,贡献率为4.1%~14.8%。其中控制粒长的qGL-5及控制粒重的qGWt-1a和qGWt-1b在水、旱条件下均能检测到,在抗旱育种中可用于分子标记辅助选择籽粒性状。QTL分析的结果进一步验证了表型分析结果,粒宽相对易受土壤水分影响,粒长、粒重和长宽比,受水分胁迫影响较小,遗传比较稳定。     

Further QTL mapping for yield component traits using introgression lines in rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) under drought field environments

To better understand the underlying mechanisms of agronomic traits related to drought resistance and discover candidate genes or chromosome segments for drought-tolerant rice breeding, a fundamental introgression population, BC₃, derived from the backcross of local upland rice cv. Haogelao (donor parent) and super yield lowland rice cv. Shennong265 (recurrent parent) had been constructed before 2006. Previous quantitative trait locus (QTL) mapping results using 180 and 94 BC₃F_6,7 rice introgression lines (ILs) with 187 and 130 simple sequence repeat (SSR) markers for agronomy and physiology traits under drought in the field have been reported in 2009 and 2012, respectively. In this report, we conducted further QTL mapping for grain yield component traits under water-stressed (WS) and well-watered (WW) field conditions during 3 years (2012, 2013 and 2014). We used 62 SSR markers, 41 of which were newly screened, and 492 BC₄F_2,4 core lines derived from the fourth backcross between D123, an elite drought-tolerant IL (BC₃F₇), and Shennong265. Under WS conditions, a total of 19 QTLs were detected, all of which were associated with the new SSRs. Each QTL was only identified in 1 year and one site except for qPL-12-1 and qPL-5, which additively increased panicle length under drought stress. qPL-12-1 was detected in 2013 between new marker RM1337 and old marker RM3455 (34.39 cM) and was a major QTL with high reliability and 15.36% phenotypic variance. qPL-5 was a minor QTL detected in 2013 and 2014 between new marker RM5693 and old marker RM3476. Two QTLs for plant height (qPHL-3-1 and qPHP-12) were detected under both WS and WW conditions in 1 year and one site. qPHL-3-1, a major QTL from Shennong265 for decreasing plant height of leaf located on chromosome 3 between two new markers, explained 22.57% of phenotypic variation with high reliability under WS conditions. On the contrary, qPHP-12 was a minor QTL for increasing plant height of panicle from Haogelao on chromosome 12. Except for these two QTLs, all other 17 QTLs mapped under WS conditions were not mapped under WW conditions; thus, they were all related to drought tolerance. Thirteen QTLs mapped from Haogelao under WS conditions showed improved drought tolerance. However, a major QTL for delayed heading date from Shennong265, qDHD-12, enhanced drought tolerance, was located on chromosome 12 between new marker RM1337 and old marker RM3455 (11.11 cM), explained 21.84% of phenotypic variance and showed a negative additive effect (shortening delay days under WS compared with WW). Importantly, chromosome 12 was enriched with seven QTLs, five of which, including major qDHD-12, congregated near new marker RM1337. In addition, four of the seven QTLs improved drought resistance and were located between RM1337 and RM3455, including three minor QTLs from Haogelao for thousand kernel weight, tiller number and panicle length, respectively, and the major QTL qDHD-12 from Shennong265. These results strongly suggested that the newly screened RM1337 marker may be used for marker-assisted selection (MAS) in drought-tolerant rice breeding and that there is a pleiotropic gene or cluster of genes linked to drought tolerance. Another major QTL (qTKW-1-2) for increasing thousand kernel weight from Haogelao was also identified under WW conditions. These results are helpful for MAS in rice breeding and drought-resistant gene cloning.     

水、旱栽培条件下水稻叶片水势与抗旱性的相关分析及其QTL定位

为了揭示叶片水势在水稻抗旱中所起的作用及其遗传机制, 以越富和IRAT109为亲本构建了120个重组自交系, 开展叶片水势与抗旱相关性及QTL定位的研究。重组自交系及亲本群体在旱田和水田两种条件下种植, 于始穗期测量叶片凌晨水势和中午水势; 以抗旱系数作为抗旱鉴定指标。结果表明, 叶片水势在重组自交系间变异显著。相关性分析表明旱田中午叶片水势与抗旱系数及旱田单株产量呈极显著正相关, 旱田叶片水势变化与抗旱系数及旱田单株产量呈极显著负相关, 说明旱田中午叶片水势高且能保持凌晨基础叶片水势的品种更具抗旱性。共检测到6个叶片水势加性QTL, 其中旱田凌晨叶片水势2个, 分别解释表型变异的5.4%和7.9%, 旱田中午叶片水势1个, 解释表型变异的10.0%, 旱田叶片水势变化2个, 分别解释表型变异的11.6%和9.5%, 水田叶片水势变化1个。未检测到水田叶片水势加性QTL。共检测到5对上位性效应QTL, 其中旱田中午和凌晨叶片水势各检测到1对上位性QTL, 水田凌晨叶片水势上位性QTL 1对, 水田中午叶片水势上位性QTL 2对。抗旱系数共检测到3个加性QTL和2对上位性QTL。叶片水势遗传力较低, 田间直观选择效果差, 利用分子标记辅助选择将会提高选择效率。     

Genetic variation in root morphology and microsatellite DNA loci in upland rice (Oryza sativa L.) from Vietnam

Drought is a major constraint to the productivity of rice in upland ecosystems. The rice root system plays an important role in the regulation of water uptake and extraction from deep soil layers. The aim of this research was to study the variation in root morphology and the genetic diversity in upland rice accessions. Thirty-three upland rice accessions originated from Vietnam along with 13 selected upland rice lines from several other countries were used in this study. Variation in root morphology was observed in most of the investigated root traits such as maximum root length, total root dry weight, deep root to shoot ratio, and total root to shoot ratio. Most of the traits showed significant correlation and appeared interrelated. Genetic diversity among upland rice accessions was studied with microsatellite markers. Forty-one alleles were detected with 14 rice microsatellite primer pairs among all the rice accessions. Two dendrograms have been created based on 35 microsatellite alleles and 10 morphological traits data for 38 accessions and compared. These results provided useful information for the selection of suitable cross combinations for mapping quantitative trait loci (QTLs) related to drought resistance in upland rice.     

粳稻叶绿素含量QTL与其合成降解相关基因的比较分析

为剖析水稻叶绿素不同时期的表达规律及后期持绿的遗传机制,以沈农265和丽江新团黑谷的粳-粳交重组自交系为材料,对水稻分蘖期、抽穗期和成熟期的叶绿素含量以及生育后期的持绿能力进行QTL定位分析。检测到5个控制分蘖期叶绿素含量的QTL、7个控制水稻抽穗期叶绿素含量的QTL和10个控制成熟期叶绿素含量的QTL,分布在除第5染色体以外的11条染色体上。比较它们与编码叶绿素合成及降解过程中的重要酶的基因发现,虽然生育前期检测到的QTL较少,但对应的叶绿素合成降解相关基因却较多。随生育期的推移,检测到的QTL数目增多,但对应的叶绿素合成降解相关基因却减少。暗示生育前期大多数叶绿素合成(降解)相关基因表达的水平差异不大,后期控制叶绿素合成降解的个别关键基因表达水平增加。并以此为基础提出了叶片生育后期持绿的两种可能遗传基础。     

水、旱稻根基粗和抗旱系数QTL的标记辅助选择及验证

利用水、旱稻杂交、回交所产生的4个分离群体对RIL群体定位到的抗旱相关的根基粗、抗旱系数2个QTL进行了选择验证。结果表明，根基粗、抗旱系数QTL的两侧标记在不同群体、不同的遗传背景中遗传稳定。在旱田种植条件下，YIBC1、JIBC1、JIF2 3个分离群体携带有根基粗QTL brt4.1两侧标记有利等位基因的个体与没有携带brt4.1两侧     

Quantitative trait loci for adventitious and lateral roots in rice

The mass of a root is determined by two underlying morphogenetic factors: (1) the length of the main root axis (root axis length: RAL), and (2) the amount of lateral root development generated by a unit length of the axis (branching index: BI). The mass of a rice adventitious root was partitioned into these two factors at the quantitative trait locus (QTL) level, using ‘Akihikari’ (a lowland cultivar as a recurrent parent) × ‘IRAT 109’ (an upland cultivar) backcross inbred lines. Four QTLs were detected for the dry weight of individual adventitious roots (root dry weight: RDW), which were associated with a QTL for RAL (chromosomes 1 and 9) or a QTL for BI (chromosomes 6 and 11). For BI, an additional QTL was detected on chromosome 1. The absence of co‐located QTLs suggested that RAL and BI are under separate genetic control. Despite its small population size and few replications, this study suggests that the partitioning of root mass into these underlying components could be useful for understanding the complexity involved in the genetic control of root growth.     

田间低钾对不同穗型水稻钾的吸收和利用效率的影响

选用典型直立穗型水稻品种沈农265和半直立穗型品种辽粳294为试材,研究两品种干物质积累、钾素吸收和利用效率的差异。结果表明:田间低钾条件两品种的产量和生物量都减少,其中半直立穗型品种辽粳294减少的较多。分蘖-抽穗期是两品种钾素积累高峰期,积累钾量达到全生育期积累量的2/3左右,抽穗前半直立穗型品种辽粳294积累的多,抽穗后相反,表明直立穗型品种沈农265生育后期吸收养分数量多,根系活力强。直立穗型品种钾效率高,耐低钾能力强,耐低钾能力达到一级指标。