基于染色体片段置换系群体检测水稻株型性状QTL

株型是由多个形态和生理性状集成的复合性状,它与水稻产量密切相关。挖掘优异株型等位基因或QTL,对水稻超高产育种具有重要意义。本研究利用籼稻昌恢121和粳稻Koshihikari构建的208个染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs),在3个环境下,对控制株高、剑叶形态和分蘖数的QTL进行检测,共鉴定到35个株型性状QTL,分布于11条染色体上(除9号染色体以外),解释表型变异2.00%～22.86%。值得关注的是qPH-1-1、qFLW-6和qFLA-3均能在3个环境下被检测到,其中qFLW-6为1个新鉴定到的剑叶宽QTL。对qPH-1-1和qFLA-3位点进行鉴定,验证了这2个位点等位基因的加性效应和环境稳定性。本研究为株型性状QTL的进一步精细定位、克隆及分子辅助聚合育种奠定了基础。     

基于玉米BC2F2群体的穗部性状QTL分析

以农系110为受体、农系531为供体材料,采用回交法构建了样本容量为95株的BC2F2回交群体,选取126个均匀分布在10条染色体上的多态性SSR标记进行6个穗部性状QTL分析.结果表明,受体农系110的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重和穗粒重6个穗部性状表型值分别增加了9.4%,9.6%,4.1%,2.7%,0.35%和4.4%;构建一张含126个SSR标记的玉米分子标记连锁遗传图谱,总长度为2 317.4 cM,平均区间长18.4 cM;采用复合区间作图法,定位了19个与玉米穗部性状有关的QTL,其中穗长QTL 4个,穗粗QTL 2个,行粒数QTL 1个,穗行数QTL 3个,百粒重QTL 4个,穗粒重QTL 5个.     

水稻单片段替换系群体的建立及QTL定位

水稻中许多重要的农艺性状属数量性状，由多基因(QTL)控制。研究QTL的遗传特性和遗传效应对于培育高产和稳产的水稻品种具有十分重要的意义。本研究以6个优良的品种为供体亲本，以华粳籼74为轮回亲本，通过微卫星标记辅助回交选择培育了一批单片段替换系，随后利用所培育的单片段替换系进行了QTL分析和基因定位。主要结果有：1、利用258个微卫星标记对6个供体亲本和轮回亲本间的多态性进行了筛选。6个供体亲本与轮回亲本间的多态率在32．98％至60．78％之间，平均47．81％，粳型供体亲本比籼型供体亲本的多态性要高。2、随着回交代数的增加，植株所含的替换片段数逐渐减少。在BC2F1、BC3F1、BC3F2和BC3F3代，平均每个植株携带有12．50、5．98、1．69和1．46个替换片段。替换片段的平均长度也随回交和自交代数的增加而逐渐变短。在BC2F1、BC3F1、BC3F2和BC3F3代，替换片段的平均长度分别为25．43cM、22．38cM、20．78cM和18．15cM.回交世代替换片段变短的速率(11．99％)比自交世代变短速率(7．15％)要快。在BC2F1、BC3Fl、BC3F2和BC3F3代，轮回亲本基因组的恢复率分别为82．24％、92．55％、98．04％j阳98．52％。3、在BC3F2和BC3F3代，共选育出111个单片段替换系，其中独一无二的单片段替换系共42个。BC3F2代替换系中替换片段的估算长度在2．00cM到64．80cM之间，平均为21．75cM，而BC3F3代中替换片段的估算长度在6．05cM到48．90cM之间，平均为20．95cMc，12条染色体中仅第11染色体没有选择到单片段替换系。所选育的单片段替换系中替换片段的总长为2367．50cM，基因组的覆盖长度为704．50cM，覆盖率为39．25％。4、在52个单片段替换系的22个性状中共鉴定出了234个QTL。每个性状鉴定出的QTL数在3到19个之间，平均4．50个。每个替换系鉴定出的QTL在2到15个之间，平均10．64个。QTL加性效应的大小因性状和替换系不同而不同，低至-0．02(0．79％)的加性效应(如谷粒宽度)均能检测到。在RM237．RM322、RM225和RM481标记附近的各种性状中同时检测到了增效和减效的QTL。5、通过染色体替换作图，对7个单片段替换系中16个性状的QTL进行了定位。利用携带有相同替换片段的替换系进行QTL位置的确定。6、通过分析复杂性状的加性效应，对影响植高、每穗粒数和粒型的相关性状进行了分析，分析QTL之间的相关性。7、对控制抽穗期、稃尖颜色、植株高度和粒型的基因进行了定位。抽穗期基因Hd-8表现为单基因显性遗传，定位于第8染色体上，与PSMl55紧密连锁。紫色稃尖基因Pa-6表现为单基因显性遗传，定位于第6染色体上，与RM253紧密连锁。株高基因Ph-1-3定位于第1染色体上，与PSM331紧密连锁。粒型基因Rlw-8-2为首次报道，定位于第8染色体的末端，与RM447紧密连锁，长粒表现为单基因隐性遗传。本研究通过分子标记辅助选择培育了一批单片段替换系，并成功地对这批材料进行了QTL分析和基因定位，从而证实了在水稻中通过微卫星标记辅助回交选育单片段替换系和进行QTL分析的可行性。     

利用重组自交系群体定位水稻柱头外露率QTL

水稻的柱头外露率影响异交结实率,不育系的柱头外露率则直接影响制种产量。本研究利用高柱头外露率的两系籼稻不育系1892S和低柱头外露率的籼稻品种‘扬稻6号选’构建的重组自交系群体(RILs),考查了F6和F7世代的柱头单外露率(SSE)、柱头双外露率(DSE)、柱头总外露率(TSE);采用基因分型测序技术(GBS)构建遗传连锁图谱,用复合区间作图法(CIM)共检测到了16个柱头外露率相关的QTLs,包括7个控制柱头单外露率的QTLs、4个控制柱头双外露率的QTLs、5个控制柱头总外露率的QTLs。这些QTLs分别位于第1、2、4、5、7和8染色体上,贡献率介于4.70%～18.00%。其中位于第1和4染色体上的QTLs在两年的试验中均被重复的检测到。这些检测到的QTLs为分子标记辅助选择培育高柱头外露率的不育系提供了基因资源。     

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。     

燕大1817/北农6号重组自交系群体穗部性状的QTL定位

小麦穗部性状与单株产量密切相关。本研究以小麦骨干亲本燕大1817与优良品系北农6号衍生的269个重组自交系为材料,通过在北京和河北石家庄的2年田间试验数据,利用本实验室已构建的高密度SNP和SSR遗传连锁图谱进行穗长、穗粒数和穗粒重QTL定位。采用完备复合区间作图法共检测到29个穗部性状加性效应QTL,其中10个穗长QTL分布于1B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A和7D染色体上,解释的表型变异率为2.96%~9.63%,QSl.cau-4A.2在所有5个环境中均能被检测到,解释的表型变异为5.89%~9.62%,另有7个QTL能在2个或2个以上环境中被检测到;8个穗粒数相关QTL分布于1A、3A、3D、4A和5B染色体上,解释的表型变异为4.06%~11.17%,为单个环境QTL。11个与穗粒重相关QTL分布于1A、1B、2A、2D、3A、4D、5A、5B和6B染色体上,解释的表型变异为2.79%~16.12%,其中QGws.cau-1B、QGws.cau-3A和QGws.cau-6B.2在2个或者2个以上环境中能被检测到。另外,鉴定出6个分布于1A、2D、3A、4A和5B染色体上的QTL富集区段。     

不同密度下玉米穗部性状的QTL分析

为研究玉米穗部性状对不同种植密度的遗传响应,以郑58和HD568为亲本构建的220个重组自交系群体为材料,于2014年春、2014年冬及2015年春分别在北京和海南进行3个种植密度的田间试验,调查玉米穗长、穗粗、穗行数和行粒数等表型性状。利用SAS软件计算穗部性状的最优线性无偏估计值(BLUP),并采用完备区间作图法进行QTL定位。结果表明,在3个种植密度下共检测到42个QTL,单个QTL可解释4.20%~14.07%的表型变异。3个种植密度下同时检测到位于第2染色体上控制穗行数的QTL。2个种植密度下同时检测到4个与穗粗、穗行数和行粒数有关的QTL,其中第4染色体上1个与穗行数有关的主效QTL,在低、中种植密度下可分别解释表型变异的10.88%和14.07%。此外,在第2、4和9染色体上检测到3个同时调控不同穗部性状的QTL。研究结果表明玉米穗部性状在不同种植密度下的遗传调控发生变化,在不同密度下共同检测到的稳定QTL可应用于精细定位或开发玉米耐密性分子标记用于辅助育种。     

水稻单片段替换系群体的建立及QTL分析

农作物大多数性状都是由多基因控制的数量性状，对数量性状基因座(quantitative trait loci，QTL)进行鉴定和定位对作物遗传育种具有重要意义。单片段替换系(single segment substitlationulines，SSSI。)消除了遗传背景的干扰，是用于QTL分析的重要试验材料。本研究以6个水稻品种为供体，利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法，建立了以华粳籼74为遗传背景的水稻单片段替换系群体，并选用其中的59个单片段替换系对水稻24个重要农艺性状的QTL进行了鉴定；还利用一个单片段替换系的次级分离群体对抽穗期基因Hd-3-1进行了定位。主要试验结果如下：1 对供体亲本苏御糯、IR64、IRAT261、成龙水晶米、Lemont和IAPAR9与华粳籼74之间的微卫星标记多态性进行了检测，6个供体亲本与华粳籼74之间的多态率分别为56．33％、34．93％、59．31％、33．19％、55．90％和56．55％。2 对回交的遗传效应进行了分析，在BC2F1和BC3F1单株中检出替换片段的平均数分别为8．93个和4．37个，在BC2F1和BC3F1单株中检出替换片段的平均长度分别为32．23cM和27．63cM，BG2F1和BC3F1受体亲本基因组的回复率分别为81．55％和92．32％。3 建立了118个以华粳籼74为遗传背景的单片段替换系，其中包括86个不同的单片段替换系。这些单片段替换系分布于水稻12条染色体上，10号染色体上的单片段替换系最多，有16个。单片段替换系中替换片段的平均长度为23．0cM，全部单片段替换系对水稻基因组的覆盖率为57．11％。4 利用59个单片段替换系对水稻24个重要农艺性状的QTL进行了鉴定，总共鉴定出了248个QTL，分别为25个抽穗期QTL、1个有效穗数QTL、13个穗颈长QTL、16个株高QTL、5个穗长QTL、7个倒一节间长QTL、8个倒二节间长QTL、4个倒三节间长QTL、7个倒四节间长QTL、12个剑叶长QTL、22个剑叶宽QTL、13个倒二叶长QTL、14个倒二叶宽QTL、4个倒三叶长QTL、12个倒三叶宽QTL、14个一次枝梗数QTL、2个二次枝梗数QTL、5个总粒数QTL、10个结实率QTL、6个着粒密度QTL、11个粒长QTL、13个粒宽QTL、11个粒形QTL、13个粒重QTL。5 利用替换作图法对一些QTL进行了定位，将其中22个QTL定位在10cM的区段以内。6 利用一个单片段替换系的次级分离群体，将完全显性早熟基因Hd-3-1定位在3号染色体短臂上，微卫星标记PSM304、PSM305和PSM306位于Hd-3-1靠近短臂末端的一侧，与Hd-3-1的遗传距离分别为2．4cM、2．7cM和3．3cM；RM569和RM231位于另一侧，与Hd-3-1的遗传距离分别为5．1cM和8．9cM。本研究建立了单片段替换系的构建和QTL鉴定的试验技术体系，为分子标记技术应用于作物遗传育种提供了新的思路和途径。     

利用CSSL群体研究稻米AC和PC相关QTL表达稳定性

利用以Asominori为遗传背景具IR24染色体片段的置换系（CSSL）群体，在“2年4点”8个环境对稻米直链淀粉含量（AC）和蛋白质含量（PC）进行QTL定位和表达稳定性分析。结果共检测到8个AC和PC相关QTL，其中2个QTL在8个环境中都能重复出现，即影响AC的qAC-8和控制PC的qPC-8，平均贡献率分别为21.0%和26.9%。qAC-8和qPC-8对应置换系与背景亲本Asominori在8个环境中相应性状的表现型都达到极显著差异(P<0.01)；都仅与8个环境中的2个环境之间存在显著的互作效应；说明qAC-8 和qPC-8的效应显著且稳定性较高。此外，qAC-8和qPC-8都被定位在第8染色体R727~G1149区间，IR24的等位基因可同时提高AC和PC，这为研究水稻籽粒直链淀粉和蛋白质形成途径之间的相互关系以及碳氮代谢协同调控的遗传机制提供了新的信息。     

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。     

基于CSSSLs的水稻穗长QTL的定位

穗长是影响水稻产量的重要因子之一,是典型的数量性状,遗传基础复杂,且易受环境等因素的影响。染色体单片段代换系(Chromosome single segment substitution lines,CSSSLs)减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定复杂性状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85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广陆矮4号之间穗长的差异,对代换片段上穗长QTL进行了鉴定。以P<0.001为阈值,共检测到22个穗长QTLs,分布于除第10染色体以外的11条染色体上,其加性效应值的变化范围为-2.63～3.87,加性效应百分率变化范围为-11.47%～16.88%。这些QTLs的鉴定,为进一步克隆穗长QTL以及水稻穗长的分子改良提供了重要的依据。     

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。     

不同生长环境下水稻穗抽出度3个相关性状QTL定位研究

在3个生长环境下种植水稻Nipponbare/Kasalath//Nipponbare 回交重组自交系（backcross inbred lines,BILs）98个家系(BC1F12和BC1F13)及其亲本,调查剑叶叶鞘长度、最上节间长和包颈长度,运用复合区间作图方法（CIM）,在全基因组5％显著水平上,对这3个性状进行了QTL分析。结果表明,共检测到3个剑叶叶鞘长度性状的QTL,分布于第1、3、4染色体,解释表型变异的12.83%~18.50%;qFLL-1位点在3个环境中均被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,qFLL-3和qFLL-4位点在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到3个最上节间长度性状的QTL,分别位于第1、3、6染色体,解释表型变异的5.64%~14.18%;qUIL-6位点在3个环境中都被检测到,增效等位基因来自Nipponbare,其余2个QTL均在2个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。共检测到4个包颈长度性状的QTL,分布于第1、3、5、10染色体,解释表型变异的6.8%~17.76%;qPEL-10在3个环境中均被检测到,qPEL-5在两个环境中被检测到,这两个位点增效等位基因来自Nipponbare,其余2个位点分别在单个环境中被检测到,增效等位基因均来自Kasalath。     

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。     

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。     

水稻穗部性状的QTL分析

水稻穗部性状与产量关系密切。以粳稻品种日本晴和一个大穗籼稻材料H71D为亲本构建F₂群体,于2011和2012年分别以172个单株和138个单株,对穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、总粒数、穗着粒密度等5个穗部性状进行QTL定位。以LOD≥3为阈值,两年共检测到38个QTL,其中2011年21个,2012年17个,2年重复检测到的QTL为4个,占总数的10.5%。5个性状之间大都具有显著的表型相关性,相关性较强的性状之间具有较多相同或紧密连锁的QTL,效应值较大的QTL易于在不同群体和不同环境中被重复检测到。检测到的QTL为进一步进行元分析和精细定位打下了基础,也为通过分子标记辅助选择提高产量提供了有用信息。     

水稻叶鞘相关性状的遗传分析

本研究以典型釉粳交(春江06/台中本地1号)的F1代花药加倍的DH群体为材料,系统考察了DH群体及其双亲在抽穗期的叶鞘长、叶鞘重、叶鞘厚等性状上的分布情况.结果表明,叶鞘长度的遗传力较高,受环境的影响相对较小,叶鞘长与叶鞘厚及叶鞘干重间大多呈极显著的正相关.QTL分析共检测到31个与叶鞘有关的QTL,分布于水稻第1、第...