大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析

利用85个SSR标记,对大豆育成品种群体(190份代表性材料)的基因组进行扫描,在检测群体结构基础上搜索连锁不平衡位点,并采用TASSEL软件的GLM方法对11个大豆农艺性状QTL进行关联分析。结果表明：(1) 在公共图谱上共线性或非共线性的SSR位点组合均广泛存在连锁不平衡(LD),但不平衡程度D′>0.5的组合数只占总位点组合的1.71%,共线位点D′值随遗传距离衰减较快;(2) SSR数据遗传结构分析表明,育成品种群体由7个亚群体组成,矫正后全群体共有45个位点累计136个位点(次)与11个大豆农艺性状QTL关联,其中22个位点(次)与家系连锁定位的QTL区间相重,有43个位点(次) 2年重复出现;(3) 一些标记同时与2个或多个性状关联,可能是性状相关或一因多效的遗传基础;(4) 育成品种群体关联位点与地方品种群体和野生群体只有少数相同,群体间育种性状的遗传结构有相当大差异;(5) 发掘出农艺性状优异等位变异及其载体品种,包括增效最大的产量等位变异Satt347-300 (+932 kg hm^-2,中豆26),生物量等位变异Satt365-294(+3 123 kg hm^-2,黄毛豆),蛋白质含量等位变异Be475343-198 (+0.41%,淮豆4号),脂肪含量等位变异Satt150-273 (+2.32%,科丰15)等。在此基础上作了设计育种的探讨。     

太湖流域粳稻两类群体种子活力性状有利等位变异的发掘

发掘粳稻种子活力性状的优异等位变异和携带优异等位变异的载体材料可为培育适于直播的高活力粳稻品种提供遗传信息和育种材料。以太湖流域粳稻94个品种构成的自然群体和粳稻品种秀水79与粳稻恢复系C堡衍生的247个重组自交家系(RIL)群体为试验材料,利用斜板发芽法发芽,调查生长7d的幼苗根长、苗高和干重3个种子活力性状,采用Tassel软件中的GLM方法和Win QTL Cartographer2.5软件中的CIM方法进行种子活力性状的QTL分析,发掘有利等位变异和相应载体品种。结果表明:(1)在太湖流域粳稻自然群体中共检测到11个与种子活力性状相关联的SSR标记位点,共发掘出42个控制种子活力性状的优异等位变异,其中控制根长的17个,控制苗高的13个,控制幼苗干重的12个。携带种子活力性状优异等位变异且效应值较大的载体材料有滇屯502选早、扬稻6号、开青、籼恢429和C堡等。(2)在RIL群体中共检测到9个与种子活力性状相关的QTL,其中2个控制根长,4个控制苗高,3个控制幼苗干重。除控制幼苗干重的qDW-2a的有利等位变异RM525-143bp来自秀水79以外,其余8个位点的有利等位变异均来自C堡。(3)两类群体均在第1染色体上检测到与根长关联的SSR标记位点,均在第2、第8和第11染色体上检测到与苗高关联的位点,均在第2染色体上检测到与幼苗干重关联的位点,且在自然群体中检测到优于和多于家系群体的等位变异。     

中国野生大豆群体农艺加工性状与SSR关联分析和特异材料的遗传构成

选用204对SSR标记对全国野生大豆群体(174份代表性样本)的基因组扫描,采用TASSEL软件的GLM (general linear model)方法对百粒重、开花期、成熟期、干豆腐得率、干豆乳得率和耐淹性性状值关联分析,解析与性状关联位点的优异等位变异,鉴别出一批与农艺、加工性状关联的优异等位变异及携带优异等位变异的载体材料;进一步分析极值表型材料的遗传构成。结果表明: (1)累计51个位点(次)与性状关联,有些标记同时与2个或多个性状相关联,可能是性状相关的遗传基础;关联位点中累计16位点(次)与连锁分析定位的QTL一致;(2)与地方品种群体和育成品种群体的关联位点比较,发现野生群体关联位点只有少数与之相同,群体间育种性状的遗传结构有明显差异。(3)与多性状关联的位点其等位变异对不同性状的效应方向可相同可不同,如GMES5532a-A332对百粒重和耐淹性的相对死苗率都是增效效应,而GMES5532a-A344对百粒重是减效效应,对相对死苗率是增效效应;(4)极值表型材料间的遗传构成有很大差异。表型值大的材料携带较多增效效应大的位点等位变异,例如N23349的百粒重是9.08 g,含有4个增效效应较大的位点等位变异;表型值小的材料携带较多减效效应大的位点等位变异,如N23387的百粒重是0.75 g,含有4个减效效应较大的位点等位变异。关联作图得到的信息可以弥补连锁定位信息的不足,尤其是全基因组位点上复等位变异的信息为育种提供了亲本选配和后代等位条带辅助选择的依据。     

水稻耐盐碱胁迫优异等位变异的发掘

本研究以281个水稻品种构成的自然群体为试验材料,调查了盐、碱胁迫下水稻种子萌发能力相关性状,选择260对SSR标记对基因组进行扫描,采用Structure软件进行群体分析,利用GLM（General Linear Model）方法对标记与幼苗耐盐碱能力进行关联分析;并以试验材料表型均值为对照,鉴别出携带优异等位变异及载体材料。检测到15个与盐胁迫下种子萌发能力关联的SSR位点,其中第10条染色体上分别与标记RM184和RM171连锁位点的贡献率较大,达到29.51%和31.67%,优异等位变异RM184-211表型效应值最大为0.31,载体材料为‘滇屯502选早’。检测到与碱胁迫下种子萌发能力相关联的20个SSR位点,其中第3染色体与RM168和第4染色体与RM6314连锁位点的贡献率较大,分别达到39.17%和50.02%,优异等位变异RM6314-179表型效应值最大为0.58,载体材料为‘越6(N202)’。     

水稻纹枯病抗性关联分析及抗性等位变异发掘

采用苗期微室接种鉴定法,用144个分布于水稻全基因组的多态性标记,利用TASSEL软件GLM (Q)、MLM (Q+K)和MLM (PCA+K) 3种模型对456份水稻材料组成的自然群体进行纹枯病抗性关联分析。结果发现,有13个标记位点至少在两种模型中均被检测到与纹枯病抗性显著关联,单个位点可解释表型变异的1.84%~8.42%;其中10个标记位点位于以往报道的连锁定位的抗纹枯病QTL附近,3个标记位点(RM1036、RM5371和RM7585)是未曾报道的新的抗病相关位点。抗性等位变异RM7585-150对纹枯病发病病级减效效应最大;有259份材料携带抗性等位变异RM5371-129,占供试材料总数的56.8%,只有26份材料携带抗性等位变异RM1036-82,占供试材料总数的5.7%。水稻纹枯病发病病级与其含有的抗性等位变异数量呈极显著的负相关。本研究结果将为水稻抗纹枯病分子标记辅助育种提供理论依据。     

粳稻品种资源耐盐性状的SSR标记关联分析

为了发掘影响粳稻芽期和幼苗期耐盐相关性状的分子标记关联位点。以新疆历年选育及主栽的46份粳稻品种组成的自然群体为研究材料,1.2%氯化钠溶液对芽期和幼苗期进行胁迫处理,并对其相对发芽势(RGV)、相对盐害率(RSI)、相对苗高(RSH)及幼苗胁迫的盐害级别(STL)进行调查。同时鉴定46份品种的基因型和标记与性状的关联分析,挖掘其优异变异。结果表明,相对盐害率的变异幅度最大,相对苗高变化呈现较均匀的正态分布,相对盐害率与相对发芽势和相对苗高呈显著正相关;SSR标记关联分析结果表明,分别检测到6、12、8和8个与粳稻相对发芽势、相对苗高、相对盐害率和盐害等级相关联的位点;其中有13个与前人报道的位点重合。其中,位点RM211同时与3个耐盐性状显著关联,可能是一个重要的粳稻芽期耐盐性相关联的位点。     

新疆陆地棉经济性状优异等位基因位点的遗传解析

【目的】基于SSR(Simple sequence repeat,简单序列)标记展开对陆地棉经济性状的关联分析,挖掘优异等位变异位点,解析新疆陆地棉经济性状的遗传基础,为新疆陆地棉的遗传机理研究和高效的陆地棉分子设计育种提供理论依据。【方法】利用筛选出覆盖棉花全基因组的73对SSR标记对新疆156份陆地棉品种进行多态性扫描;采用R语言绘制boxplot图,利用TASSEL软件进行关联分析,挖掘与产量、纤维品质性状相关联的优异等位变异位点。【结果】通过对6个环境下新疆陆地棉品种的产量、品质相关性状进行关联分析,获得与产量性状相关的等位变异位点10个,表型变异解释率为6.69%～9.88%,平均值为8.43%;与纤维品质性状相关的等位变异位点23个,表型变异解释率为3.73%～13.22%,平均值为7.52%。其中22个QTL(Quantitative trait locus)已被报道,有10个QTL的关联性状与前人研究一致。【结论】新疆陆地棉品种的群体遗传结构简单,连锁不平衡水平低,6个环境条件下表型性状变化趋势较稳定。基于SSR的关联分析,发掘了与产量和纤维品质相关的优异等位变异基因及聚合优异等位基因位点的典型材料。     

寒地水稻直链淀粉含量关联分析

直链淀粉含量是衡量水稻蒸煮食味品质的重要指标之一,寒地水稻直链淀粉含量适中,口感较好,广受消费者喜爱。本研究利用267对SSR标记对158份寒地水稻种质资源材料进行多态性扫描,分析群体遗传结构与位点间连锁不平衡,并使用TASSEL软件的MLM(mixed linear model)方法对直链淀粉含量进行标记与性状的关联分析。结果表明:群体结构分析将参试材料分为3个群体;关联分析结果在水稻的第1、第3、第6、第7、第8染色体上共检测到10个与水稻直链淀粉含量显著关联(p0.01)的位点,分别为RM2615、RM1152、RM148、RM570、RM1164、RM1377、RM276、RM25、RM141和RM1360,贡献率最高的位点是位于第6染色体上的RM2615(32.07%);10个显著关联位点的27个等位变异中仅包括1个减效位点(RM2615-482 bp),其余均为增效位点,增效表型效应值最大的等位变异为RM1152-296 bp(0.050 1)。研究得到的与寒地水稻直链淀粉含量相关的SSR位点及其表型效应可为改良寒地水稻直链淀粉含量、培育优质寒地水稻品种的分子辅助育种工作提供理论依据。     

中国栽培和野生大豆农艺品质性状与SSR标记的关联分析 I. 群体结构及关联标记

关联作图是一种利用连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)检测自然群体中基因位点及其等位变异的方法。利用60个SSR标记, 对全国大豆地方品种群体(393份代表性材料)和野生大豆群体(196份代表性材料)的基因组变异进行扫描, 分析两类群体的连锁不平衡位点、群体结构, 并采用TASSEL软件的GLM (general linear model)方法对16个农艺、品质性状观测值进行标记与性状的关联分析。结果表明: (1)在公共图谱上不论共线性的或是非共线性的SSR位点组合都有一定程度的LD, 说明历史上发生过连锁群间的重组; 栽培群体的连锁不平衡成对位点数较野生群体多, 但野生群体位点间连锁不平衡程度高, 随距离的衰减慢。(2) 群体SSR数据遗传结构分析发现, 栽培群体和野生群体分别由9和4个亚群体组成, 亚群的划分与群体地理生态类型相关联, 证实地理生态类型划分有其遗传基础。(3) 栽培群体中累计有27个位点与性状相关; 野生大豆种质中累计有34个位点与性状相关。部分标记在两类群体中都表现与同一性状关联, 检出的位点有一致性, 也有互补性; 一些标记同时与2个或多个性状相关联, 可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础; 关联位点中累计有24位点(次)与遗传群体连锁分析定位的QTL一致。     

粳稻育成品种种子耐贮性的SSR关联分析

旨在发掘粳稻育成品种中与种子耐贮性相关联的优异等位变异和携带优异等位变异的载体材料。利用太湖流域和黑龙江省粳稻育成品种构成的群体为实验材料,调查了100 个品种种子耐贮性指数,利用259 对SSR标记对基因组进行扫描,采用Structure 软件进行群体分析,根据GLM(general linear model)方法对标记与耐贮藏性状进行关联分析;并以携带无效等位基因(null allele)材料的表型均值作为对照,鉴别出携带优异等位变异的载体材料。（1）太湖流域粳稻育成品种的耐贮藏能力、遗传多样性高于黑龙江省;（2）与种子耐贮性关联的标记总计有71 个,与苗高关联的SSR标记有17 个,贡献率最大的是RM6811(50.54%),增加表型效应值最大的等位变异是RM5753-215,载体材料为‘台粳16 号选紫’;与根长关联的SSR 标记有26 个,贡献率最大的是RM5753(49.3%),增加表型效应值最大的等位变异是RM5753-207,载体材料为‘垦稻12 号’;与干重关联的SSR 标记有28 个,贡献率最大的是RM5340(50.49%)和M24481 (50.51%),增加表型效应值最大的等位变异是RM180-101,载体材料为‘连粳4号’。     

ICRISAT花生微核心种质农艺性状和黄曲霉抗性关联分析

以国际半干旱热带地区作物研究所(ICRISAT)花生微核心种质146份资源为品种,鉴定农艺性状和黄曲霉抗性,用26对SSR引物检测多态性位点,在分析连锁不平衡、群体结构和Kinship的基础上进行关联分析。连锁不平衡的分布显示R²平均值为0.185,表明26对SSR引物扩增的120个位点之间具有较低的连锁不平衡程度。群体结构分析结果将146份花生品种分为2个亚群,分别对应疏枝亚种和密枝亚种,与植物学分类和遗传分化分析的结果基本一致。关联分析表明,共有39个位点与10个农艺性状(株高、总分枝数、第一分枝数、小叶宽、结果分枝数、百果重、出仁率、单株生产力、种子长、种子宽)相关联,表型变异解释率为1.50%~20.34%,16个SSR位点与黄曲霉侵染病情指数、黄曲霉产毒量相关联,表型变异解释率为5.23%~17.19%,与农艺性状、黄曲霉抗性同时相关联的SSR位点有13个。关联位点的等位变异效应分析表明,10个农艺性状和2个黄曲霉抗性性状共有63个增效等位变异和47个减效等位变异,并发掘了ICG6022等携有优良等位变异的载体品种。     

利用关联分析发掘小麦自然群体旗叶叶绿素含量的优异等位变异

为揭示小麦自然群体干旱胁迫条件下旗叶叶绿素含量的变化, 筛选相关标记的优异等位变异, 以262份小麦种质资源组成的自然群体为材料, 分别种植在北京的2个试验地点, 均设雨养和灌溉处理, 于开花期和灌浆期检测旗叶叶绿素含量。以分布于21条染色体的169个SSR标记检测所有材料的基因型, 利用STRUCTURE 2.3.2软件分析群体结构, 用TASSEL软件的MLM (mixed linear model)方法对小麦自然群体的旗叶叶绿素含量进行关联分析。在此基础上, 将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值比较, 估计等位变异的表型效应, 鉴别优异等位变异。共检测到2048个等位变异, 每位点2~37个等位变异, 平均12个。每位点的标记多态性信息量(PIC)为0.008~0.936, 平均0.628。在22个标记位点共检测出40个(次)与旗叶叶绿素含量极显著的关联, 其中11个标记位点有2次以上的关联, Xwmc419-1B和Xgwm501-2B分别有3次关联。在Xcfa2123-7A、Xgwm232- 1D和Xgwm429-2B位点分别检测到效应值大于4.0的等位变异。     

引进陆地棉种质材料纤维品质及农艺性状关联分析

引进陆地棉(Gossypium hirsutum)种质材料的性状-标记关联分析是发掘其优异基因并在分子标记辅助育种中使用的科学依据。本研究利用199个SSR标记和42个In Del标记对94份国外陆地棉种质材料和27份新疆本地品种的纤维品质和农艺学性状进行全基因组关联分析。遗传结构和Neighbor-Join聚类分析将陆地棉种质群体划分为2个亚群,连锁不平衡分析发现有9.42%的位点组合存在LD(p0.01,r2≥0.05);基于混合线性模型的关联分析结果显示,能够同时在2个播期检测到的与6个纤维品质性状、4个产量性状和4个农艺性状显著关联的标记位点分别有18个、10个和5个,平均表型变异解释率分别为6.06%(1.17%~13.86%)、4.62%(1.18%~15.28%)和6.75%(1.87%~9.98%)。上述关联位点中共检测到188个等位变异,其中表型效应值大于0.6的优异等位变异有12个。研究结果可进一步用于分子辅助育种,并为基因精细定位提供参考资料。     

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析 II. 优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上, 本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析, 通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值做比较, 估计等位变异的潜在表型效应增量(减量), 进一步利用该信息估计位点增效(减效)等位变异的平均效应, 鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异, 可根据育种目标性状选择要求, 选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联, 其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小; 等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足, 并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

亚洲地区中、外大豆品种幼苗期耐淹性与SSR标记的关联分析

利用自然群体进行关联分析是检测目标性状QTL、揭示其遗传基础的有效方法。对国内黄淮和南方地区和东亚、东南亚、南亚291份大豆品种幼苗期耐淹性和64个SSR标记的关联分析结果表明,整个群体由国内和国外2个不同的亚群体组成,2个亚群均存在连锁不平衡。在群体1(国内)中分别检测到相对死苗率、相对失绿率、相对萎蔫率的关联位点3、7和12个,群体2(国外)中相应位点6、3和5个;多个位点兼与2个或者3个耐淹性状关联;部分关联位点与连锁定位结果一致。在2个群体中分别筛选出3个耐淹性状减效最大(最耐淹)的优异等位变异24个和22个。相对死苗率优异等位变异在黄淮、南方地区5个主要系谱中分布不同,育种轮次间有波动。结合基因型和耐性表现,从国内材料中优选出合豆2号、黔豆3号、诱变31、南农493-1,从国外材料中优选出PI208432、PI377576、PI481690等耐淹载体材料,为耐淹育种奠定材料和标记辅助选择育种的基础。     

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析Ⅱ.优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上,本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析,通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因（null allele）材料表型均值做比较,估计等位变异的潜在表型效应增量（减量）,进一步利用该信息估计位点增效（减效）等位变异的平均效应,鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异,可根据育种目标性状选择要求,选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联,其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小;等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足,并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性及纤维品质性状SSR关联分析

【目的】探究新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性,发掘特异种质资源和与纤维品质相关的优异等位变异。【方法】以219份新疆早熟陆地棉种质资源为材料,在3个环境下对此群体的15个农艺性状进行鉴定,用128对简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)引物对该群体进行基因型鉴定,使用NTsys-pc2.1进行遗传多样性分析,用Structure 2.3.1和Tassel 5.0对此群体纤维品质性状进行关联分析,依据表型效应值挖掘携带优异等位变异的典型材料。【结果】128对标记在219份资源材料群体中共扩增出244个位点,平均每个标记扩增出1.91个位点;多态信息含量范围为0.13～0.86,平均为0.63;此群体材料间遗传相似性系数分布范围为0.42～0.99,平均为0.61,遗传相似系数在0.5～0.7的占90.19%。通过关联分析检测到11个与纤维品质性状显著关联的标记(P0.01),发掘出7个携带特异等位变异的典型材料。【结论】219份新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性低,基于SSR关联分析发掘了一些与纤维品质性状相关的优异等位变异及典型材料。     

甜瓜果实性状EST-SSR位点及优异等位变异分析

为发掘甜瓜果实上重要性状的QTL、优异等位变异及其携带优异等位基因的载体材料。利用一般线性模型对192份甜瓜种质的果实表型和41个SSR标记基因型进行关联分析,通过无效等位基因统计相关位点等位变异的表型效应。结果获得显著关联位点12个,其等位变异中,HNM15-158、HNM26-260、HNM45-210和HNM24-143分别是果实单重、可溶性固形物、果实纵径和果实肉厚的增效效应最大的等位基因,对应典型载体材料分别为PI-143215(1)、PI-136192、PI-313970和PI-145594。发掘甜瓜果实性状关联位点优异等位变异不仅可以为甜瓜分子标记辅助育种提供标记信息,还可以促进后续功能基因研究的发展。     

小麦果聚糖合成酶基因6-SFT-D多态性及其与6-SFT-A2的累加效应

小麦6-SFT是果聚糖合成的关键酶基因。以23份六倍体普通小麦(AABBDD)、5份D基因组材料(DD)为多样性代表群体材料,通过测序分析小麦6-SFT-D基因的序列多态性,根据多态性开发6-SFT-D基因的功能标记,分析由154份六倍体普通小麦构成的自然群体的6-SFT-D基因单倍型(haplotype)与表型性状的关联特性和基因累加效应。在28份多样性代表群体中,共检测到6-SFT-D基因的4个多态性位点,均为单核苷酸多态性(SNP)位点,构成3种6-SFT-D基因单倍型;而在自然群体中只检测到6-SFT-D的两种单倍型。根据6-SFT-D基因2850 bp位点的T/C变异开发等位变异特异PCR标记。关联分析表明,6-SFT-D单倍型分别与灌溉条件下的千粒重和穗长显著关联,单倍型Hap I是提高千粒重的优异等位变异;在雨养和灌溉条件下,同时具有6-SFT-D与6-SFT-A2优异等位变异小麦材料的千粒重显著高于其他基因型材料,说明6-SFT-D和6-SFT-A2优异等位变异对于提高千粒重表现累加效应。     

黄淮麦区小麦品种(系)产量性状与分子标记的关联分析

为了获得与小麦产量性状关联的分子标记,筛选相关标记的等位变异,以128份黄淮麦区小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定产量性状,并选用在小麦全基因组21条染色体上的64个SSR标记、27个EST-SSR标记和47个功能标记检测所有材料的基因型。91个SSR和EST-SSR标记共检测到315个等位变异,单个引物检测到2~7个等位变异,平均3.5个;47个功能标记共检测到107个等位变异,单个引物检测到2~5个等位变异,平均2.3个。关联分析表明,49个位点与4个环境的产量性状及其均值显著关联(P≤0.005),其中38个位点在2个或以上环境或均值下被重复验证,16个位点与2个或以上性状相关联。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如降低株高的等位变异Ax2*-null和UMN19*-A362,增加穗长的等位变异barc21-A220,增加可育小穗数的等位变异gpw2111-A156,增加总小穗数的等位变异swes65-A120,增加穗数的等位变异VRN-A1*-A1068,增加穗粒数的等位变异cfd5-A215和增加千粒重的等位变异wmc626-A170。研究结果对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有一定的指导意义。