直播稻品种‘旱27号’抗稻瘟病基因的定位

稻瘟病严重威胁水稻生产,利用抗稻瘟病基因选育抗病品种是防控该病的有效途径。直播稻品种‘旱27号’(H27)在辽宁地区多年来一直对稻瘟病表现高抗,但其所携带的抗稻瘟病基因并不清楚。本研究以其与感病水稻品种‘辽星1号’(LX1)为亲本杂交构建的重组自交系群体为试验材料,在田间稻瘟病诱发圃中对该RIL群体各单系对叶瘟和穗颈瘟的抗性进行鉴定,并基于水稻8K SNP芯片鉴定各单系的基因型,利用ICIMMapping 4.0软件进行抗稻瘟病基因定位。结果表明,在第12染色体14.46～14.84 Mb之间及5.49～7.74 Mb分别鉴定到1个与叶瘟抗性相关和1个与穗瘟抗性相关的QTL,其增效位点均来自‘旱27号’。本研究对北方粳稻抗稻瘟病水稻新品种选育及该病的防控具重要应用价值。     

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。     

全基因组关联分析定位水稻芽期中胚轴长度性状QTL

直播稻出苗难的问题是制约直播稻发展的重要因素之一,中胚轴的长度与直播稻大田出苗率和出苗质量密切相关。利用控制中胚轴伸长的基因培育长中胚轴品种是提高水稻直播稻出苗率和出苗质量的重要策略。为了挖掘长中胚轴水稻品种资源和鉴定控制中胚轴长度的基因,本研究以来源广泛的203份水稻核心种质为研究材料,评价了不同类型品种芽期中胚轴长度表型变异,利用全基因组关联分析(genome wide association analysis, GWAS)定位了控制中胚轴长度的QTL,并预测相关候选基因。结果表明,不同亚群材料中胚轴长度表型变异丰富,6个亚群平均长度为AUS稻(AUS)>温带粳稻(TEJ)>中间型(ADMIX)>籼稻(IND)>热带粳稻(TRJ)>香稻(AROMATIC)。GWAS分析定位了21个中胚轴长度相关QTL,共48个显著关联的SNP(P<0.001),分别位于第1、2、3、4、5、6和10染色体上。预测获得其中5个QTL区间的6个候选基因,编码松弛细胞壁、细胞伸长因子、生长素诱导等蛋白。研究结果为进一步克隆水稻中胚轴长度调控基因和利用分子标记辅助选择培...     

水稻(Oryza sativa)感光抑制基因Hybrid Rice Photoreceptor Suppressor Gene 1(HRPSG1)的定位与分析

为了发掘更多的水稻抽穗期调控基因,完善相关基因调控网络,本课题组在水稻品系‘神9A’中发现一个能够抑制感光的基因,暂命名为Hybrid Rice Photoreceptor Suppressor Gene 1(HRPSG1)。遗传分析表明该性状受一对隐性核基因调控。通过杂交不育系配组方法与分子标记技术将该基因定位于第10条染色体长臂中段SSR-15和SSR-21之间,遗传距离分别为0.022 cM和0.025 cM,物理距离为115 kb。通过测序发现LOC_Os10g32600的外显子有两处碱基的突变,因此初步认为LOC_Os10g32600就是‘神9A’中抑制感光的基因。荧光定量PCR结果显示,水稻抽穗期相关基因DTH8和HD1在‘神9A’中的表达量急剧下降,分别仅有‘Q6A’的0.34和0.26。该结果为下一步HRPSG1基因的功能分析提供了帮助。     

水稻雄性不育突变体012S-3的遗传分析和基因定位

雄性不育是水稻杂种优势利用的重要资源,对雄性不育现象的研究具有重要理论意义和实践价值。本研究以自然突变的水稻雄性不育突变体012S-3为试验材料,对其表型特征和花粉育性等进行调查,并构建遗传群体,利用分子标记对目的基因进行初步定位,然后应用基因组重测序技术对其进行精细定位。结果表明,012S-3是一个典型的无花粉普通型雄性不育材料,其不育性状受1对隐性核基因控制。初步定位分析目的基因与SSR标记RM6081存在连锁关系,其遗传距离约为34.4 c M;进一步的精细定位分析,找到3个候选基因:LOC_Os07g35880、LOC_Os07g35920和LOC_Os07g35940,其中LOC_Os07g35880和LOC_Os07g35940编码β-淀粉酶,属于水稻中新发现的花粉致死基因。该不育基因的成功定位为其进一步的分离克隆及其在水稻分子设计育种中的应用奠定了基础。     

杂交棉‘冀1518’纤维品质性状的QTL定位及遗传分析

‘冀1518’是以优质品种‘冀228’为母本,丰产品系‘冀567’为父本配制的适机采杂交棉新品种,为挖掘‘冀1518’的优异纤维品质相关分子标记,本研究利用杂交棉‘冀1518’的亲本构建了F_2、F_(2:3)和F_(2:9)(重组近交系)(recombinant inbred lines, RILs)三个世代的分离群体,并利用SSR分子标记分别以F_2群体和RIL(F_(2:9))群体构建遗传连锁图谱,并对纤维品质性状进行定位。结果表明,F_2作图群体共有15个标记位点连锁,包含4个连锁群,全长覆盖237.10 cM,RIL (F_(2:9))作图群体共有45个标记位点连锁,包含11个连锁群,全长覆盖554.42 cM。利用QTL IciMapping 4.1对F_2、F_(2:3)和RIL (F_(2:9))群体的纤维品质性状进行复合区间作图法分析,在F_2及F_(2:3)分离群体能同时检测到15个与纤维品质相关的QTLs,其中,与马克隆值相关的QTL位点q FM-4-2解释表型变异率最高,为21.10%,显性或超显性效应的QTLs占总数的66.7%,表明显性基因是‘冀1518’纤维品质杂种优势的主要来源。在RIL (F_(2:9))群体定位到6个与纤维品质性状相关的QTLs,解释表型变异率在5.10%～10.26%之间。F_2、F_(2:3)和RIL (F_(2:9))群体均能在HAU2349附近(F_(2:9)作图, 0.31 cM)检测到与断裂比强度和马克隆值相关的QTL位点,在HAU2710附近(F_(2:9)作图, 0.84 cM)检测到与整齐度相关的QTL位点,且上述两标记连锁,连锁区段被定位在A6染色体上。本研究获得在多世代中稳定表达的QTLs,有望用于纤维品质分子标记辅助选择,提高育种效率。     

水稻中胚轴伸长特性的遗传分析

以长中胚轴/短中胚轴杂交组合的两个亲本、F₁、B₁、B₂和F₂为试验材料，在小型人工气候箱黑暗条件下培养幼苗，对水稻中胚轴伸长特性的遗传规律进行了研究。结果表明，中胚轴伸长特性受两对隐性基因控制。F₂群体中长、短中胚轴植株在节间长度、穗长、株高和剑叶长等性状上均存在较明显的差异，而中胚轴伸长特性与节间粗、剑叶宽、单株穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重和单株产量等性状关系不明显。还对水稻中胚轴伸长特性的遗传改良以及长中胚轴材料在直播稻育种上的利用进行了探讨。     

基于大白菜近等基因系的抗根肿病QTL QS_B3.1的验证

根肿病是影响大白菜生长发育及其产量的一个重要病害。本研究在前人定位出抗根肿病QTL QS_B3.1的基础上,以相同的抗根肿病芜菁自交系‘Siloga’为供体亲本,大白菜自交系‘91-12A’为受体亲本,通过对回交和自交群体的分子标记前景和背景选择,从BC4F3群体中筛选出遗传背景恢复为‘91-12A’,且只含有QS_B3.1位点的大白菜近等基因系。对BC4F3群体进行根肿病抗性鉴定,抗病植株与感病植株的分离比例为3:1,证明QS_B3.1抗病位点表现为显性单基因遗传。BC4F3群体的QS_B3.1连锁标记分析表明,抗病植株均含有QS_B3.1位点,不含QS_B3.1位点的植株均表现为感病,且QS_B3.1位点缩小在A3染色体的一个2.89 Mb区间内。这一发现为今后芸薹属作物的抗根肿病品种的选育以及该基因的精细定位和克隆提供了有力的依据。     

外源激素对水稻中胚轴伸长的影响

国际水稻研究所的研究表明,水稻直播法优于栽培法,直播法不仅省工、省水,而且免除了稻农弯腰躬背之累,减轻劳动强度,还使水稻幼苗未遭拔秧引起的损伤,前期生长条件好,营养生长快,比移栽稻成熟早,即使在缺水情况下,其单产也高于移栽稻[1].但出苗难是目前制约直播稻发展的国际性难题之一.直播大田出苗率与中胚轴长度密切相关[2].目前所用的一些半矮秆品种,直播时由于中胚轴较短,苗难于出土[3,4],中胚轴长的品种适于直播,其种子发芽后,中胚轴明显伸长,顶土能力强,且直播后能通过较长时间淹水以控制杂草萌发,保持较高出苗率;另外在大干旱年份(如1994年夏),可深播以利于种子吸取必要的水分[9],其中胚轴伸长使苗出土,仍保持较高出苗率.过去,对于这个问题的解决是从栽培方法着手,而关于外源激素对品种中胚轴伸长的影响研究甚少.激素在植物的生长和发育过程中起着重要的调控作用,它能诱导种子休眠,抑制种子萌发和胚芽鞘的伸长,促进幼胚合成蛋白并且能对多种环境胁迫做出反应等[5～8].本文探究外源激素对水稻中胚轴伸长的影响,将有利于水稻直播技术在我国的进一步发展.     

水稻已克隆中胚轴伸长基因效应解析及优异单倍型鉴定

旱直播是未来水稻生产的重要发展方向,在南亚和东南亚籼稻种植区已有较大面积,然而热带和亚热带地区粳稻种植多采用传统育苗移栽。中胚轴长度(Mesocotyl length,ML)是影响水稻旱直播出苗和幼苗活力的重要因素。基于分子标记辅助选择(Molecular marker assisted selection,MAS)育种,培育长中胚轴种质是促进水稻旱直播推广最为经济、高效的方式。迄今,已有4个水稻中胚轴伸长基因报道,即OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1。笔者选择3K重测序项目中TROP和TEMP粳稻亚群开展分析,测定中胚轴长度并鉴定OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1基因的优异单倍型。结果表明,TROP和TEMP亚群中胚轴长度呈典型的连续正态分布。OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1分别包括3、3、3和6种单倍型;同一基因在TROP和TEMP亚群中单倍型分布频率也存在差异。TROP亚群中OsGSK2-Hap1、GY1-Hap2、OsPAO5-Hap3、OsSMAX1-Hap2和OsSMAX1-Hap3为优异单倍型;TEMP亚群优异单倍型为Os...     

玉米种子对深播胁迫的生理响应机制及分子遗传机理研究进展

为合理科学地利用玉米(Zea mays)耐深播这一抗逆优异特性,培育耐深播抗逆高产优良新品种是提高玉米生产中抗旱节水能力、增强抗倒伏特性及苗期避冷的有效途径之一。因此,本研究对玉米种子耐深播能力形成的主要调控因素及耐深播相关性状的分子遗传机理进行了归纳与总结。玉米种子的耐深播能力主要是由中胚轴和胚芽鞘共同伸长决定的,且中胚轴的影响更为突出。深播下玉米中胚轴和胚芽鞘中积累的生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)、油菜素甾醇(BR)及独脚金内酯(SL)等内源激素调控了其细胞的伸长与扩大或细胞数目的增减。木质素的生物合成及降解代谢能够改变玉米中胚轴和胚芽鞘细胞壁的松弛度,进而抑制或促进中胚轴和胚芽鞘的生长。目前已在玉米中胚轴长、胚芽鞘长、出苗率及苗长等耐深播相关性状间检测到了多个QTLs (Quantitative trait loci)位点或连锁的SNP、SSR、InDel标记,其在玉米的10条染色体上均有分布,并检测到了11个玉米耐深播相关候选基因。这些研究为今后进一步解析玉米耐深播特性的分子遗传机理、挖掘耐深播优良基因/QTLs位点、改良创制优异种质资源并进行耐深播抗旱育种提供指导。     

高粱出苗能力的遗传研究

本文利用4个不育系和4个恢复系、两组亲本及其16个杂种、两个杂交组合的F_2为材料研究了高粱胚轴伸长潜力、出苗日数和出苗率的遗传规律及其相互关系.结果表明,高粱胚轴伸长潜力和出苗日数具有较高的遗传力,其基因系统的加性效应占主导地位;品种胚轴伸长潜力大小是出苗率高低的决定因素;出苗日数与胚轴伸长潜力呈高度负相关.     

水稻地方品种苗期耐盐QTL的定位

水稻耐盐遗传位点的发掘可为耐盐遗传机制的研究提供理论基础,为耐盐品种培育提供基因资源。以云南地方籼稻品种扎西玛与江苏著名优质粳稻品种南粳46为亲本构建的水稻重组自交系群体为研究对象,鉴定了各株系的苗期耐盐性,结合该群体的分子连锁图谱对控制水稻苗期耐盐性QTL进行分析,共检测到4个QTLs:qSST-1、qSST-3、qSST-5和qSST-11,分别位于第1,3,5,11号染色体上。4个QTLs的增效等位基因均来自于亲本南粳46。经比较发现有3个QTLs与已克隆水稻耐盐基因不在同一染色体区间,说明为新的耐盐基因候选位点。结果对进一步发掘和利用新的水稻耐盐QTL具有重要意义。     

普通烟草叶柄性状的遗传分析和基因初定位

烟草叶柄位于叶片的基部,是叶片的重要组成部分。在普通烟草种质资源中,普遍存在有无叶柄两种类型。本研究以无叶柄的烤烟品种‘K326’和有叶柄的晒晾烟种质‘枯斑三生’为亲本,杂交获得F_1,进而构建F_2、BC_1F_1和BC_2F_1群体,利用烟草‘430K’SNP芯片对147个BC_2F_1个体进行基因型分析,开展烟草叶柄有无性状的遗传分析和定位。结果表明,普通烟草有叶柄性状受一对显性基因控制。初步将控制烟草叶柄有无的基因TP1定位在烟草第5号连锁群上,与标记M5-83共分离。研究结果为进一步精细定位和克隆烟草叶柄相关基因,揭示烟草叶柄遗传机制和发育机理提供了依据。     

水稻长芒基因LA1(Long Awn 1)的遗传分析与基因定位

为研究水稻芒的遗传调控机制,本研究在‘日本晴’/‘93-11’染色体片段代换系群体中筛选出一个长芒材料‘CSSL14’,研究了其主要农艺性状和长芒的遗传方式,并对长芒基因LA1进行了基因定位。结果表明‘CSSL14’的芒长、芒着生率、分蘖数和单株产量与‘93-11’存在极显著(p<0.01)或显著(p<0.05)差异,分别为‘93-11’的2.98倍、2.82倍、0.68倍和0.76倍。遗传分析表明‘CSSL14’的长芒表型受一对半显性基因LA1控制。通过图位克隆的方法,将LA1定位在第4染色体长臂标记M3和M4之间12.14 kb的范围内,该定位区间内只有1个预测的候选基因Os04g0518800,与已知的野生稻长芒基因An-2/LABA1等位。本研究结果为进一步研究LA1的功能提供了参考。     

甘蔗抗褐锈病新基因定位遗传群体的构建

为发掘甘蔗抗褐锈病新基因,本研究以4个高抗褐锈病不含Bru1基因的甘蔗品种为父本,4个高感褐锈病的甘蔗品种为母本配置杂交组合,对获得的5个杂交组合F1代群体进行SSR真实性鉴定、人工接种褐锈病抗性表型鉴定和Bru1基因分子检测。结果显示:‘粤糖03-393’בROC24’和‘柳城03-1137’ב德蔗93-88’的F1代群体分别符合3R:1S和1R:3S的遗传分离比例,且都未检测出Bru1基因;表明‘粤糖03-393’בROC24’群体的褐锈病抗性由一对显性未知新抗病基因控制,而‘柳城03-1137’ב德蔗93-88’群体的褐锈病抗性由一对隐形未知新抗病基因控制。本研究成功构建了2个能用于甘蔗抗褐锈病新基因定位的遗传分离群体,为今后的褐锈病抗性遗传分析,遗传图谱构建和抗褐锈病新基因定位和开发与其紧密连锁的分子标记提供了科学的参考数据。     

水稻耐盐性QTL的meta分析及候选基因发掘

为了获得真实有效的水稻耐盐性QTL信息,并缩小QTL的置信区间以及预测区间内的候选基因。以水稻6个遗传图谱的整合结果为公共图谱,并收集344个与水稻耐盐性相关的QTL。利用Bio Mercator V4.2,在图谱整合的基础上,对一致性QTL区间的注释基因进行生物信息学分析。结果表明:共检测到46个和水稻耐盐性相关的一致性QTL,对其中8个物理距离在0.5 Mb附近的一致性QTL区间进行了物理图谱定位和候选基因分析,共有1 489个预测基因被检测到,参与了细胞合成、催化活性、水解酶活性和新陈代谢等主要功能。对一致性QTL区间内已克隆的水稻耐盐基因进行蛋白序列分析后,发现9个候选基因同已知耐盐基因的保守结构域相似,分别为OS01G0813100、OS01G0869900、OS02G0753000、OS03G0282100、OS03G0607700、OS07G0150500、OS09G0369050、OS09G0434500和OS09G0522100。研究发现的遗传距离小于0.1 c M的Mqtl两端的标记可用于分子标记辅助育种,发掘的9个和水稻耐盐基因具有高度蛋白序列相似性的注释基因,可为水稻耐盐性基因的克隆和功能验证奠定基础。     

甘蓝型油菜盐胁迫下幼苗鲜重和干重QTL定位及候选基因分析

盐胁迫是非生物胁迫中影响作物产量的一个主要因素,利用分子标记方法选育油菜耐盐品种对提高油菜产量具有重要意义。选用来自GH06与P174杂交后通过单粒传法连续自交获得的高世代重组自交系群体,以含16 g L–1Na Cl的Hoagland溶液培养幼苗进行盐胁迫处理25 d后,分别测定叶和根的鲜重及干重,根据已构建的高密度SNP遗传连锁图谱进行QTL定位,在QTL物理区间筛选耐盐相关基因并以极端表型材料进行q RT-PCR分析。采用复合区间作图法(CIM),在对照和盐胁迫处理中共检测到19个QTL,其中与盐胁迫相关的有6个,可解释的表型变异7.16%~16.15%,分布在A02、A04和C03染色体上,将QTL置信区间序列和拟南芥中与盐胁迫相关的基因比对分析,共找到8个候选基因。对其中4个候选基因在极端表型材料中的表达分析表明,BnaA02g14680D与BnaA02g14490D基因在盐胁迫处理后的48 h或72 h表达量均高于对照组,即基因的表达由盐胁迫引起,而BnaC03g64030D在敏感型材料中的相对表达量高于在耐盐型材料中,BnaC03g62830D在敏感型材料中没有明显变化,但在耐盐型材料中呈现先升高后降低的表达特征,其表达可能会增强植株对盐胁迫的耐受力。本研究为油菜耐盐基因功能挖掘和油菜耐盐品种选育奠定基础。     

水稻抗白叶枯病基因Xa7荧光分子标记开发与育种应用

本研究利用含有抗白叶枯病基因Xa7的水稻品种‘IRBB7’与9个感病水稻品种进行序列比对,在Xa7基因位点附近寻找碱基差异,结合PARMS (Penta-primer amplification refractory mutation system)技术,开发了与Xa7基因紧密连锁的荧光分子标记PM-Xa7,并利用该标记对72份水稻种子资源中的Xa7基因进行鉴定和对杂交水稻育种亲本‘美B’的白叶枯病抗性进行改良。结果显示,从72份水稻种质资源中鉴定出了两份含有抗病Xa7基因的水稻种质;利用标记PM-Xa7将‘IRBB7’中的抗病Xa7基因导入到‘美B’中,成功选育出了稳定的抗白叶枯病新保持系材料;在对‘IRBB7’与‘美B’的382份BC2F2代单株进行选择时,发现289株检测到抗白叶枯病荧光信号,93株检测到感白叶枯病荧光信号,与病原菌Xoo接种的实验结果完全一致。以上结果表明标记PM-Xa7可有效地运用于Xa7基因的抗白叶枯病分子标记辅助育种工作中。     

甜瓜果实糖含量性状的遗传规律与基因定位

本实验以高糖自交系西州蜜(X25)和低糖自交系伽师瓜(JS)为亲本构建F_2群体XJ F_2,以高糖品种网纹甜瓜M157自交系和低糖自交系伽师瓜(JS)为亲本构建F_2群体MJ F_2。通过分析两个群体的果实糖度频率分布,发现两个群体的果实糖度均呈正态分布,符合数量性状遗传的典型特征。利用SSR标记通过集群分离分析法对糖含量性状相关的基因进行初步定位,发现XJ F_2群体中具有3个SSR标记ECM134 (LG4),MU3349 (LG11)和CMAGN45 (LG11)与甜瓜果实的糖含量性状连锁,并在MJ F_2群体中发现两个SSR标记MU5035 (LG10)和chr10-0380 (LG10)与甜瓜果实的糖含量性状连锁。通过对已知甜瓜糖代谢相关酶基因在基因组中位点分析,发现与果实糖含量性状相关的位点与基因组中糖代谢酶基因存在共定位关系。本研究结果为后续对与果实糖含量性状相关基因的定位奠定了基础。