低氮逆境下玉米产量及相关性状QTL整合与一致性分析

通过收集国内外玉米在低氮逆境条件下产量及相关性状的QTL定位信息,采用元分析方法,借助玉米IBM2遗传图谱进行了QTL整合及一致性QTL分析。结果表明:基于国内外多个定位群体定位的85个QTL呈簇状分布在10条染色体上,一些QTL簇集是由控制同一个性状的QTL聚集而成,多个QTL簇由控制产量相关的不同性状的QTL组成;确定了11个低氮逆境条件下一致性的产量性状QTL,其中1个子粒产量一致性QTL位于第5染色体上,6个百粒重一致性QTL位于第1、第5染色体上,4个穗粒数一致性QTL位于第8染色体上。     

水稻抽穗期QTL及其与产量性状遗传控制的关系

 产量和抽穗期是评价水稻品种应用价值的基本性状。水稻QTL分析已经历了从初定位到基因克隆的发展过程,并以抽穗期和产量性状最受重视。总结了亚洲栽培稻抽穗期QTL的基因组分布,分析了这些QTL与产量性状遗传控制的关系,为进一步筛选和鉴定具有较高育种应用潜力的水稻抽穗期QTL和产量性状QTL提供参考。     

水稻株高QTL及其与产量性状和抽穗期关系的研究进展

株高是一个与水稻品种丰产潜力密切相关的重要性状。主效半矮秆基因背景下的水稻株高变异,一般表现为受多基因控制的数量性状。最近的研究表明,已定位的株高QTL分布于水稻的所有12条染色体,其中4个QTL已克隆。克隆研究和QTL初定位结果表明,株高QTL往往存在对产量性状和（或）抽穗期的多效作用,可利用于提高水稻产量潜力。     

玉米与水稻种子休眠性QTL的比较研究

对玉米和水稻种子休眠性QTL进行比较研究。结果表明,玉米和水稻种子休眠性QTL在染色体上的分布表现出了高度的同源性。在玉米第1、3、8染色体上已定位的7个种子休眠性QTL,在与其同源的水稻染色体上均有种子休眠性QTL的分布;在玉米第5、10染色体上已定位的3个种子休眠性QTL,在与其所在染色体区段同源的水稻染色体区段上并未直接发现有种子休眠性QTL分布的报道,但与第5、10染色体其他区段同源的水稻染色体上有种子休眠性QTL被定位的报道。     

两种磷水平下玉米苗期根系性状的QTL定位

以耐低磷性状具有明显差异的玉米自交系X178和9782为亲本构建的重组自交系为研究材料,在正常供磷与低磷胁迫下对玉米苗期根系和地上部分干重等性状进行表型鉴定和QTL定位分析。结果表明,低磷胁迫下重组自交系地上部分干重下降最多,显示低磷胁迫下玉米苗期优先确保根系生长发育。两种磷水平下共检测到9个性状的16个QTL,主要位于第1染色体上,其中,正常磷水平下富集了5个QTL的bin1.06区域、低磷胁迫下集中了3个QTL的bin1.03区域可能是含有控制根系或磷利用相关性状基因的重要染色体区域。在定位的16个QTL中,位于第7染色体的根冠比QTLqRRS7_LP可解释表型贡献率高达14.06%,且增效等位基因来源耐低磷亲本X178,表明若对该位点进行分子标记辅助选择,可能会对耐低磷性状改良具有明显的选择效果。     

联合QTL定位和转录组分析揭示玉米开花期的遗传基础

开花期对玉米适应不同环境具有决定性作用，是重要的育种目标，对玉米开花期进行QTL定位是进行花期性状改良的基础工作。以玉米自交系黄早四和1462为亲本构建的F_2:3群体为材料，结合高密度SNP标记对玉米抽雄期和散粉期进行QTL定位。结果表明，F_2:3群体的抽雄期和散粉期呈正态分布，且两性状之间呈极显著相关。利用WinQTLcart 2.5软件的复合区间作图法共检测5个控制抽雄期的QTL，分别位于3、5、6、7、9号染色体上，贡献率在6.19%～26.39%；同时检测到4个控制散粉期的QTL，位于3、5、6、7号染色体上，贡献率7.48%～28.28%，这些QTL的基因作用方式以部分显性和超显性为主。共计发现3个主效QTL(贡献率超过10%)，分别位于3号和6号染色体上。利用两个亲本的V6时期的茎尖进行转录分析，在主效QTL置信区间内共发现21个差异表达基因，其中包含可能控制玉米花期的候选基因。     

基于SNP标记的玉米容重QTL分析

以240个DH系为作图群体,利用SNP芯片对DH群体进行基因型分析,构建连锁图谱,对DH群体进行容重性状鉴定。结果表明,采用复合区间作图法进行QTL定位分析,在4个环境下共检测到5个控制玉米容重的QTL,联合贡献率为23.61%;位于第1染色体的q Tw1-1介于SNP标记PZE-101032246与SYN13192之间,位于第9染色体的q Tw9-1介于SNP标记PZE-109011840和SYN6085之间,分别解释11.9%和7.8%的表型变异,表明这些区域可能包含调控玉米容重性状关键基因。     

应用东乡野生稻回交重组自交系分析水稻耐低氮产量相关性状QTL

目的 东乡野生稻低氮耐性强,是水稻耐低氮育种的重要资源。鉴定东乡野生稻耐低氮基因对研究耐低氮遗传机制、培育耐低氮水稻品种具有重要意义。方法 利用协青早B//东乡野生稻/协BBC₁F₁₂回交重组自交系及其遗传图谱,应用Windows QTL Cartographer 2.5分析施氮肥和不施氮肥下的株高和产量相关性状QTL。结果 共检测到57个控制株高和产量性状的QTL,分布于10条染色体上的33个区域,单个QTL表型贡献率为3.17%~63.40%,其中32个QTL的增效等位基因来自东乡野生稻。19个QTL在施氮和未施氮条件下均检测到,38个QTL仅在单一环境下检测到显著效应,表明不同施氮水平下水稻性状的遗传机制不同。结论 43个QTL分别聚集于7条染色体上的14个QTL簇,表明不同性状涉及到共同遗传机制,并可通过分子标记辅助选择方法进行耐低氮有利等位基因的聚合育种。     

水稻抽穗期基因的精细定位、克隆和生物学功能分析

介绍了水稻抽穗期QTL研究的进展,在相同亲本日本晴/Kasalath衍生的不同类型的多个群体中,共检测到15个QTL;应用高世代回交后代,精细定位了其中8个QTL;将在初步定位时同一区间检测到的1个控制种子休眠期QTL(Sdr1)和1个抽穗期QTL (Hd8),分解为两个紧密连锁的基因;将经过精细定位表明可能具有双重功能的单个孟德尔因子Hd3,分解为两个功能不同的紧密连锁的基因Hd3a和Hd3b;根据QTL近等基因系的光周期反应以及这些座位间上位性互作的研究,明确了其中6个QTL的生物学功能;应用图位法克隆了其中3个QTL,研究了它们的表达和调控,并与拟南芥的同源基因进行比较。为水稻其他数量性状以及其他作物数量性状的遗传学研究,提供了一个范例。     

水稻剑叶全氮含量及其变化的遗传分析

 以籼稻品种IR24 和粳稻品种Asominori 及其染色体片段置换系（CSSLs）群体为遗传研究材料, 在抽穗后5个不同时期分别测定剑叶全氮含量，并结合水稻RFLP分子标记连锁图谱,对水稻剑叶全氮含量性状进行QTL的动态定位，探讨了控制剑叶全氮含量基因在水稻发育过程中的时序表达方式。在抽穗后各时期共检测到7个QTL, 位于第2和第11染色体上的2个QTL（QN 2、QN 11）增效基因来自粳稻品种Asominori，其他QTL的增效基因来自籼稻IR24；抽穗后2周内检测到2个QTL，即QN 3和QN 8b, 其加性效应值较大, 解释表型变异的贡献率较高；后期检测到的QTL加性效应和贡献率较低，位于第2染色体上R3393的QN 2位点的基因在抽穗后第3周内表达, 位于第8染色体上G1149的QN 8位点的基因在抽穗后第4周内表达，位于第11染色体上G1465的QN 11位点的基因在抽穗后４周和５周持续表达。控制剑叶全氮含量的基因在抽穗后早期表达较为活跃，可以应用于改良水稻品种的剑叶光合功能；在测定末期检测到的控制剑叶全氮含量的QTL，则可以用于延缓叶片早衰的育种改良。     

利用重组自交系群体定位玉米生育期相关性状QTL

利用玉米自交系80007和80044为亲本,衍生包含355个家系的重组自交系(RIL)F9群体,采用SSR标记构建包括219个标记的连锁图谱,图谱总长度2 133.5 cM,标记间平均距离9.7 cM。采用完备区间作图法对控制玉米抽雄期、散粉期、吐丝期以及散粉至吐丝间隔期的4个生育期相关性状进行QTL分析。结果表明,共检测到60个QTL,其中抽雄期检测到20个QTL,吐丝期检测到15个QTL,散粉期检测到20个QTL,散粉至吐丝间隔期检测到5个QTL。共有7个QTL对表型变异的解释率超过了10%,表现为主效QTL效应,分布在第3、4和第9染色体。有11个QTL在不同环境中能重复检测出,是受环境影响较小、为较稳定的QTL。分析发现,生育期相关性状的QTL在染色体上有"成簇"分布的现象,并且贡献率较大的QTL控制着多个相关性状。结果表明,bin3.04-3.05、bin3.09、bin7.03和bin9.02-9.03是生育期相关性状QTL的密集区域,这些区域存在对生育期相关性状重要作用的位点。     

不同遗传背景下水稻剑叶形态性状的QTL分析

以典型的籼粳交窄叶青8号/京系17的加倍单倍体（DH）群体和籼籼交珍汕97/明恢63的重组自交系（RIL）群体为材料,并应用这两种群体已构建的分子图谱,对剑叶形态性状中的叶面积、周长、叶长、叶宽、长宽比等进行了QTL分析。在这两个群体中,剑叶的这些形态性状均呈连续性分布,存在一定数量的超亲分离。在DH群体中, 4个剑叶性状共检测到8个QTL,分布在4条染色体上,其中第4、8染色体上各有1个QTL同时影响了叶长、 叶周长和面积。 在RIL群体中,5个剑叶性状共检测到16个QTL,分布在5条染色体上。其中第1染色体上有1个QTL同时影响叶长、叶周长、长宽比3个性状,第6染色体上有2个影响叶面积的QTL同时也影响叶宽,还有1个QTL同时影响叶长、叶周长2个性状,第11染色体上有1个QTL同时影响叶长、叶周长、叶面积3个性状。研究表明,不同群体的QTL初级定位结果存在较大差异,影响叶片相关性状的一些QTL位于同一染色体的相同或者相邻区域上。     

应用DNA标记分析稻飞虱的抗性基因

简要地回顾了水稻抗飞虱的遗传位点定位和作图的新进展.来自具有不同基因组的野生稻渗入系的4个抗褐飞虱基因Bph 1、 bph 2、 bph 4和Bph 9,以及4个暂定名抗褐飞虱基因Bph 10(t)、bph 11(t)、bph 12(t)和Bph 13(t),目前已被定位于水稻12条染色体中的5条.其中,Bph 1、 bph 2、 Bph 9和Bph 10(t)在水稻第12染色体的长臂上形成1个连锁区段,位于bph 2位点附近约25 cM.检测出几个对田间抗性和杀卵作用有影响的QTL.抗白背飞虱基因Wbph 1、 Wbph 2和Wbph 6(t)已经或暂时定位了.粳稻中对白背飞虱具有杀卵抗性的QTL已进行了详细的分析,在第6染色体的短臂上检测到有效的QTL,在同一位点鉴定出1个显性的杀卵基因Ovc.在杀卵基因Ovc存在时,第1染色体上的1个QTL和第5染色体上的2个QTL增加白背飞虱的卵死亡率.用DNA标记进行QTL作图可以加深人们对作物抗虫性中复杂的生理和遗传机理的理解.标记辅助选择可以加速培育具多基因抗虫性的作物,还可以将野生种中的有利抗虫特性转入改良品种中,增加作物抗虫性的持久性和遗传多样性.     

Identification and validation of a novel major QTL for harvest index in rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.)

Background

Harvest index (HI) in rice is defined as the ratio of grain yield (GY) to biomass (BM). Although it has been demonstrated that HI is significantly related to yield and is considered as one of the most important traits in high-yielding rice breeding, HI-based high-yielding rice breeding is difficult due to its polygenic nature and insufficient knowledge on the genetic basis of HI. Therefore, searching for rice varieties with high HI and mapping genes associated with high HI can facilitate marker-assisted breeding for high HI in rice.

Results

Yuexiangzhan, a popular indica cultivar with good reputation of high HI was crossed with Shengbasimiao, an indica cultivar with lower HI to develop a recombinant inbred line population, and QTL mapping for HI and its component traits was conducted. In total, five QTLs for HI, three QTLs for GY, and six QTLs for BM were detected in two-year experiments. Among the three GY QTLs, one co-located with the HI QTL on chromosome 8, while the other two co-located with the two tightly-linked BM QTLs on chromosome 3. The co-located QTLs in each of the chromosomal regions produced additive effects in the same direction. Particularly, the HI QTL on chromosome 8, qHI-8, could be detected across two years and explained 42.8% and 44.5% of the phenotypic variation, respectively. The existence of qHI-8 was confirmed by the evaluation of the near isogenic lines derived from a residual heterozygous line, and this QTL was delimitated to a 1070 kb interval by substitution mapping.

Conclusion

In the present study, the detected GY QTLs overlapped with both HI QTL and BM QTL, suggesting a positive relationship between GY and HI or BM, respectively. With an understanding of the genetic basis for grain yield, harvest index and biomass, it is possible to achieve higher yield through enhancing HI and BM by pyramiding the favorable alleles for the two traits via marker-assisted selection (MAS). As qHI-8 has a large phenotypic effect on HI and expresses stably in different environments, it provides a promising target for further genetic characterization of HI and MAS of high HI in rice breeding.

     

小麦耐盐性QTL的元分析

为挖掘真实有效的小麦耐盐性数量性状位点（quantitative trait loci，QTL），利用生物信息学方法，借助小麦高密度分子标记遗传图谱，对来自不同遗传背景群体的215个耐盐性QTL进行图谱整合、映射以及元分析。通过建立QTL一致性图谱，获得100个一致性QTL( meta quantitative trait loci，MQTL)位点，不均匀分布在21条染色体上；存在3个耐盐性MQTL热点区域，分别位于4A染色体的Xgwm219~Xbarc78标记区间、3B染色体的Xwpt 800213~Xwpt 9432标记区间和7B染色体的Xbarc176~Xwgp45标记区间，分别包含7、5和6个MQTL。     

两种供氮水平下玉米穗部性状的QTL定位

以优良杂交种豫玉22两亲本Z3和87-1为基础构建一套F8家系的重组自交系群体为研究材料,在正常供氮和低氮两种氮水平下进行田间试验,利用复合区间作图法对玉米穗长、穗行数、行粒数、百粒重和单穗粒数进行QTL定位分析。两种氮水平下共定位到24个玉米穗部性状的QTL位点,其中正常供氮条件下定位到13个QTL,低氮水平下定位到11个QTL,集中分布在第1(8个QTL)、第5(6个QTL)和第8(5个QTL)染色体上。两种氮水平下共位或紧密连锁的QTL位点较少,表明玉米穗部性状在低氮水平下的遗传机制发生很大改变。研究发现,第1染色体umc1122/bnlg1556位点是一个控制低氮水平下玉米单穗粒数的主效QTL,单个QTL可解释19.7%的表型变异,该位点还同时影响低氮水平下玉米穗长、穗行数和百粒重的表型。与前人定位结果比较发现,该位点所在的染色体区域是一个产量及氮效率相关性状的QTL富集区,对此位点附近进行相关分子标记辅助选择,可能会在玉米氮高效分子育种上有所突破。     

QTL Analysis for Yield Traits Related to Low Nitrogen Tolerance Using Backcrossing Recombinant Inbred Lines Derived from Dongxiang Wild Rice (Oryza rufipogon Griff.)

【Objective】Dongxiang wild rice (Oryza rufipogon Griff.) has strong low nitrogen tolerance and is an important germplasm for low nitrogen tolerance improvement. Identification of genes responsible for low nitrogen tolerance in Dongxiang wild rice is of great importance to understand molecular mechanisms of low nitrogen tolerance and develop rice varieties with low nitrogen tolerance. 【Method】Quantitative trait loci (QTLs) for plant height and yield traits under low and normal nitrogen conditions was identified using backcrossing recombinant inbred lines (BC1F12) derived from an interspecific cross Xieqingzao B // Dongxiang wild rice/Xieqingzao B and its genetic linkage. 【Result】A total of 57 QTLs were detected in 33 regions on all chromosome, except chromosome 4 and 8. They explained individually 3.17%~63.40% phenotypic variation, and 32 QTLs of them had favorable alleles derived from Dongxiang wild rice. Nineteen QTLs were simultaneously detected under both nitrogen treatments, and 38 QTLs were only identified under single nitrogen treatment, suggesting various genetic mechanisms in rice growth and yield formation under low and normal nitrogen conditions. 【Conclusion】Fourteen QTL clusters, 43 QTLs included, scattered on seven chromosomes, indicating the common genetic-physiological mechanisms behind different traits, and the QTL pyramiding for low nitrogen tolerance can be achieved by molecular marker-assisted selection.     

应用候选基因定位水稻抗稻瘟病QTL

 应用经克隆了的已知功能或有潜在功能的DNA序列,即候选基因，作为分子标记，在中156/谷梅2号F8重组自交系群体中进行水稻抗稻瘟病QTL的分析。大部分候选基因在水稻染色体上成簇分布，并且位于已知抗病基因簇区域。应用复合区间法检测到1个调控病斑大小和1个调控病斑数量的QTL，前者位于第1染色体CG36a~RM212区间，贡献率为4.17%，抗性等位基因来自父本谷梅2号；后者定位于第2染色体CG18a~RM263区间，贡献率为6.25%，抗性等位基因来自母本中156。同时检测到2对控制病叶面积和1对控制病斑大小的基因互作。这些QTL和互作基因涉及抗性基因同源序列、离子通道调控子以及编码致病相关蛋白和几丁质酶的基因，表明候选基因的应用有助于揭示QTL的功能。玉米锈病抗性基因Rp1与稻瘟病抗性有关，提示了利用水稻这个模式作物来克隆较大基因组中有利基因的可能性。