基于RIL群体的玉米穗行数相关QTLs定位与分析

定位不同环境下影响玉米穗行数的稳定表达的QTLs是玉米分子标记辅助选择的基础和前提。本研究以X 178和农系531为亲本构建的283份重组自交系(RIL)为实验材料,利用SSR分子标记技术和复合区间作图法(ICIM-ADD)分别对辛集、保定的玉米穗行数进行QTL的定位与分析。结果表明,共检测到19个与玉米穗行数有关的QTLs,分布在1、2、4、6、7、9号染色体上。单个QTL表型贡献率为3.4%～9.1%;辛集检测到8个,单个QTL表型贡献率为3.9%～11.77%。其中有两个位点分别在保定和辛集同时被检测到：qKRE 1-B-1和qKRE 3-X-9,其平均贡献率分别为5.21%和9.16%。保定检测到11个,这些在不同环境下检测到的QTLs为玉米穗行数的QTL精细定位提供了理论依据。     

基于SNP标记的玉米株高及穗位高QTL定位

为进一步弄清玉米株高和穗位高的遗传机理,为育种生产提供服务,本研究以K22×CI7、K22×Dan3402个F₂群体为作图群体,利用覆盖玉米10条染色体的SNP标记构建了2个连锁图谱。并将这2个F₂群体衍生的分别含237和218个家系的F_2:3群体用于田间性状的鉴定。用复合区间作图模型对2个群体的株高、穗位高表型进行QTL定位分析,结果显示,在武汉和南宁两种环境条件下共定位到21个株高QTL和27个穗位高QTL;单个QTL表型变异贡献率的变幅为4.9%~17.9%;株高和穗位高QTL的作用方式以加性和部分显性为主;第7染色体上可能存在控制株高和穗位高的主效QTL。     

利用三重测交群体剖析玉米株高与穗位高杂种优势的遗传学基础

以玉米强优势杂交种组合豫玉22及其重组近交系为材料,按照TTC (triple testcross)遗传交配设计,组配了270个测交后代的TTC群体。利用复合区间作图法,对控制株高与穗位高的QTL进行了分析,分别检测到20和17个主效QTL,其中超显性位点最多(11个和8个),加性次之(5个和6个),显性(2个和0个)和部分显性较少(2个和3个)。分析发现,存在同时控制株高与穗位高杂种优势的QTL区域,即Bin1.06区域(umc2151~umc1122)、Bin3.05区域(umc2127~umc2166~ umc1539)以及Bin7.03区域(umc1865~umc1888),这也与在各个环境中株高与穗位高的相关性吻合。另外,还分别检测到两性状4个和7个QTL与遗传背景之间的互作,22对和12对标记间的互作,分别解释表型变异的3.26%~16.58%和3.44%~22.41%,说明上位性也可能与这两个性状及其杂种优势的形成有重要关系。     

玉米株型相关性状的QTL定位

玉米株高、穗位高和雄穗分枝数是影响玉米抗倒伏性、耐密性、植株透光率及生产潜力的重要株型性状。因此,本研究以自交系T32和黄C为亲本组配了F₂和F_2:3群体,利用完备区间作图法对株高、穗位高和雄穗分枝数进行QTL检测和效应值分析。结果表明,F_2:3家系在三个环境中共检测到10个QTL位点,单一环境下单个QTL的表型贡献率介于5.84%~11.03%之间。其中,株高受部分加性效应(A)、显性效应(D)、部分显性效应(PD)和超显性效应(OD)的调控;穗位高受到部分显性效应(PD)、显性效应(D)和超显性效应(OD)的调控;雄穗分枝数受到加性效应(A)、部分显性效应(PD)和超显性效应(OD)的调控。两个环境条件下调控株高和穗位高表达的QTL,分别位于Bin3.06(bnlg1350~phi102228)和Bin4.05~Bin4.06(umc2391~umc2283)同时调控株高和穗位高。三个环境条件下调控穗位高和雄穗分枝数表达的QTL,分别位于Bin8.05(umc1121~bnlg1782)调控穗位高、Bin8.07(bnlg1065~bnlg1823)调控雄穗分枝数。通过在不同环境条件下稳定检测到的株高、穗位高和雄穗分枝数QTL位点,以期为玉米相关性状的遗传研究、精细定位及基因克隆提供有益参考。     

玉米株高和穗位高性状全基因组关联分析

适宜的株高和穗位高可提高植株的养分利用效率及抗倒伏性,对玉米增产和稳产具有重要意义。为揭示玉米株高和穗位高遗传机制,本研究以854份玉米自交系为关联群体,利用均匀分布于玉米10条染色体的2795个SNP标记对4个环境下玉米株高、穗位高以及穗位系数进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。共定位到81个显著关联SNP位点(P<0.0001),其中与株高显著关联的SNP为35个,单个位点表型解释率为0.02%～6.23%;与穗位高显著关联SNP为31个,单个位点表型变异解释率为0.03%～3.06%;与穗位系数显著关联的SNP位点为24个,单个位点表型变异解释率为0.03%～6.64%。进一步鉴定出15个可在2个及以上环境共定位的稳定SNP,其中6个为本研究首次发现, 9个位于前人定位QTL区间或/和关联SNP位点2 Mb范围内。在15个稳定SNP位点上下游各200kb的置信区间共发现83个功能注释基因,结合文献分析筛选出了每个位点最有可能的候选基因,这些候选基因主要参与激素合成与信号转导、糖类代谢、细胞分裂调控等途径。鉴定出6个...     

利用WGCNA鉴定玉米株高和穗位高基因共表达模块

株高和穗位高是玉米株型的重要影响因子,与产量性状紧密相关。加权基因共表达网络分析(weightedgene co-expression network analysis, WGCNA)是探索基因网络与特定性状间关联关系的重要方法,为株高和穗位高相关基因的挖掘提供新途径。本研究利用郑58、掖478、昌7-2和黄早四及其组配的杂交种郑单958、安玉5号、郑58/黄早四和掖478/黄早四,结合其在45,000株hm^–2和67,500株hm^–2条件下的转录组数据,采用WGCNA构建了2种密度条件下的共表达网络,分别得到24个和21个共表达模块,并鉴定到与株高和穗位高显著且高度相关(相关系数的绝对值>0.50)的共表达模块15个,其中两性状相同的模块共6个。基因功能富集分析结果表明,株高和穗位高共表达模块主要参与生长发育、光合作用、响应光刺激、植物激素、碳水化合物合成/代谢等重要活动。根据模块内基因的连接度,发现乙烯响应因子EREB14、硫胺素酶TENA2、磷酸甘油酸激酶PGK、谷胱甘肽转移酶GST2和琥珀酸脱氢酶SUDH7等是模块内的核心基因。...     

玉米SSR连锁图谱构建与株高及穗位高QTL定位

用玉米自交系组合R15×掖478的F₂群体构建连锁图谱,并通过1年2点随机区组试验设计,考察玉米229个F_2:4家系成株期的株高和穗位高。所建连锁图谱上共拟合146个SSR标记位点,覆盖基因组1 666 cM,标记间平均距离为11.4 cM。用复合区间作图法进行QTL分析,共检测到8个控制株高的QTL,分别位于第2、3、4、5和8染色体;3个控制穗位高的QTL位点,位于第4染色体。单个株高QTL的贡献率变幅为6.67%~11.59%,单个穗位高QTL贡献率变幅为10.46%~12.15%。     

玉米穗位叶叶绿素含量的QTL定位分析

叶绿素含量是决定作物光合效率的重要因素,也是作物高光效育种的重要目标性状之一。本研究利用玉米自交系W22与玉米野生祖先种大刍草杂交衍生得到的包含866个家系的渗入系群体,结合均匀覆盖玉米全基因组的19 838个SNP分子标记,采用R/qtl的多QTL模型对玉米开花期穗位叶的叶绿素含量进行高精度的QTL定位分析。结果共检测到10个控制穗位叶叶绿素含量的QTL,分别位于第1、3、4、5、6、7、8和9染色体,单个QTL表型贡献率的变幅为2.02%～4.04%,加性效应的变幅为1.61～3.03,表明玉米穗位叶叶绿素含量属于典型的数量性状,由微效多基因控制。本研究可以为进一步解析玉米穗位叶叶绿素含量的遗传基础、图位克隆相关关键基因及分子标记辅助选择育种改良玉米植株叶绿素含量提供了重要的参考价值。     

玉米株高QTL定位研究进展

株高作为玉米的重要农艺性状,对产量、耐肥性、抗倒伏影响显著。随着分子生物学的发展,针对玉米株高性状开展了大量研究工作。总结玉米株高相关的QTL定位和基因克隆研究进展,并采用元分析技术对187个信息完整的玉米株高QTL定位结果进行整合分析,获得10个一致性QTL,并在一致性QTL置信区间内发掘可能参与玉米株高调控的候选基因。     

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。     

一个新矮生玉米种质资源矮生性状QTL的定位

用新发现的玉米矮生种质资源矮2003×冀257构建的255个F2:3家系为作图群体, 利用114个覆盖玉米全基因组的SSR标记构建连锁图谱, 图谱总长度2 852.1 cM, 标记间平均距离为27.42 cM。2006年在北京与海南进行随机区组试验, 鉴定了255个F2:3家系成株期株高。用复合区间作图法(composite interval mapping, CIM), 对控制玉米株高性状的遗传位点进行QTL检测。在两个不同环境下均检测到相同的控制玉米株高的QTL位点3个, 分别位于第1和第2条染色体。其中在第1染色体上的1.10~1.11区段存在一个控制株高的主效QTL, 与dwarf plant8 (d8)位置相近, 在北京和海南环境下分别能够解释株高表型变异的50.5%和37.5%, 作用方式表现为显性效应。深入的序列分析结果显示, 该基因/QTL位于已知的d8基因下游20~30 cM的染色体区间, 这可能是玉米中控制株高的一个新基因。     

利用RIL群体对水稻再生力及相关农艺性状的QTL分析

以粳糯稻品种糯89-1与籼型重穗型杂交稻骨干恢复系蜀恢527杂交构建的籼粳交F₇代RIL群体的169个家系为作图群体,构建了一张含105个微卫星(SSR)标记的分子连锁图谱。定位了水稻正季7个农艺性状的QTL 15个,分布在第1、第2、第3、第5、第6、第7、第10染色体上,LOD值介于2.10~7.51,贡献率3.77%~25.37%,其中贡献率10.0%以上的QTL 7个,单个性状的QTL 1~4个;定位了水稻再生季7个农艺性状的QTL 19个,分布在第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第10染色体上,LOD值介于2.17~18.34,贡献率3.23%~37.66%,其中贡献率10.0%以上的QTL 7个,单个性状的QTL1~5个;定位了影响水稻再生力(最终再生率)的QTL 2个(qRa4,qRa5),分别在第4和第5染色体上,贡献率分别为8.17%和7.09%,加性效应分别为0.32和-0.39,贡献率和加性效应均较小,属微效基因。共检测到两季农艺性状QTL 36个,同一性状被重复检测的QTL 8个。水稻再生力与正季稻有效穗呈极显著负相关;水稻再生力与再生稻有效穗呈极显著正相关,与每穗总粒数和着粒密度呈显著负相关。QTL定位结果揭示了有效穗是影响再生力的主要因素。     

干旱和灌溉两种处理条件下玉米株高、产量的QTL分析

为了对玉米的抗旱遗传学研究以及开展抗旱分子标记辅助育种提供有力支撑,利用SSR分子标记技术,构建了玉米基于RIL6群体的遗传连锁图谱,包含101个位点,覆盖玉米基因组1 395.2 cM,标记间平均距离为13.81 cM。在灌溉与干旱两种环境下,对该RIL家系的株高、产量进行QTL初级定位,在灌溉条件下,检测到3个控制株高和3个控制产量的QTL,在干旱条件下,检测到5个控制株高和3个控制产量的QTL,两种水分条件下检测出的QTL不同,并找到1个相对稳定的QTL。     

利用水稻MAGIC群体关联定位抽穗期和株高QTL

利用多亲本高代互交系(multi-parent advanced generation inter-cross,MAGIC)群体(DC1、DC2和8way)及其复合群体DC12(DC1+DC2)和RMPRIL(DC1+DC2+8way)进行关联分析定位水稻抽穗期和株高QTL。2015年和2016年分别在江西和深圳收集3个MAGIC群体抽穗期数据,2016年在两地收集株高数据,结合Rice 55K SNP芯片进行基因分型,利用关联分析方法检测到3个影响抽穗期的主效QTL(q HD3、q HD6和q HD8),分别位于第3、第6和第8染色体,且分别与已知抽穗期基因DTH3、Hd3a和Ghd8在同一区域。检测到5个影响株高的QTL(q PH1.1、q PH1.2、q PH1.3、q PH4和q PH6),其中q PH1.1和q PH1.2位于已知基因Psd1和sd1附近,其余3个QTL为影响株高的新位点,但仅在1个群体和单个环境下被检测到,QTL表达受遗传背景和环境影响大。不同MAGIC群体定位抽穗期和株高的效果不同,在8亲本MAGIC群体8way及复合群体DC12和RMPRIL分别检测到5、5和6个抽穗期和株高QTL,明显多于4亲本群体DC1的2个和DC2的4个,而且作图的精度更高,表现在定位到的QTL显著水平高和与已知基因距离更近,尤其是复合群体的联合分析(如DC12和RMPRIL)的作图优势更为明显。     

氮胁迫与非胁迫条件下玉米不同时期株高的动态QTL定位

以玉米杂交种农大108的203个F_2:3家系为材料,在施氮（N+）和不施氮（N－）2种条件下对拔节期到灌浆期的株高变化进行了动态QTL分析。结果表明,N胁迫条件对亲本许178影响较小,而对亲本黄C的影响较大,F_2:3群体在不同时期的株高均值在2种施肥水平下没有显著差异,但变异范围存在一定的差异。利用包含199个SSR标记的遗传连锁图谱与复合区间作图法,在N－条件下,拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、灌浆期分别定位1、1、2和2个非条件QTL,可分别解释各时期株高表型变异的8.42%、13.86%、24.33%和22.66%;在N＋条件下,相应时期分别定位1、1、2和4个非条件QTL,可分别解释各时期株高表型变异的8.10%、12.92%、21.30%和44.41%。在N－条件下,拔节期至喇叭口期、开花期至灌浆期分别定位了1和5个条件QTL,可分别解释该时期株高动态变异的9.14%和50.98%;在N＋条件下,相应时期分别定位1和4个条件QTL,可分别解释该时期株高动态变异的13.33%和44.47%。这些非条件QTL和条件QTL多数表现以显性和部分显性为主。