利用单片段代换系定位水稻抽穗期QTL

 抽穗期是水稻品种的重要农艺性状之一，对抽穗期QTL进行定位并研究其遗传效应在水稻育种中是至关重要的。本研究利用以6个水稻品种为供体的52个单片段代换系为试验材料，通过t测验比较单片段代换系与受体亲本华粳籼74之间抽穗期的差异，对代换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。以P≤0.001为阈值共鉴定出20个抽穗期QTL，这些QTL分布于水稻的10条染色体。QTL加性效应值为-5.9～1.1，加性效应百分率为-7.4%～1.4%。有8个QTL被定位在小于10.0 cM的区段内。利用1个单片段代换系与华粳籼74杂交发展的F2群体对qHD-3-1进行了定位。在作图群体中，早抽穗和迟抽穗植株数符合3:1的分离比，早抽穗表现为显性。利用微卫星标记将qHD-3-1定位于3号染色体短臂，PSM304和RM569分别位于其两侧，遗传距离分别为2.4 cM和5.1 cM。     

籼稻不同定位群体的抽穗期和株高QTL比较研究

 【目的】通过分析控制不同定位群体水稻抽穗期、株高和产量性状表现的QTL,挖掘同时控制株高与产量性状且对抽穗期影响小的QTL区间,为水稻高产育种提供参考。【方法】以杂交稻恢复系密阳46作为共同父本,分别与保持系协青早B和珍汕97B配组,构建2个籼籼交重组自交系群体,在同一地点多年种植,对不同群体抽穗期和株高相关的QTL定位结果进行比较。【结果】共定位到12个抽穗期QTL和11个株高QTL,其中2个抽穗期QTL在2个群体中都能检测到,分别位于第6染色体短臂和第7染色体长臂近着丝粒区域。通过与前期相同群体产量性状QTL定位结果比较,发现6个多效性区间,其中,1个同时控制抽穗期、株高和产量性状,3个同时控制抽穗期和产量性状,2个同时控制株高和产量性状。【结论】相对于共同的父本密阳46,水稻矮败型保持系协青早B与野败型保持系珍汕97B对抽穗期和株高的遗传控制存在较大差异,并以株高更为明显。第2染色体长臂RM6—RM240的QTL作用较稳定,对株高和产量性状作用方向一致,且对抽穗期无显著影响,对于通过“矮中求高”实现水稻高产育种具有重要的应用价值。     

水稻果皮花青素含量的全基因组关联分析

花青素对人类健康具有重要的保健功能,培育富含花青素的功能性水稻品种是未来绿色健康农业发展的必然需求。然而目前与水稻果皮花青素含量相关的基因资源还十分有限,不利于有色稻米品种的种质创新和遗传改良。为了全面发掘水稻果皮花青素的基因资源,本研究结合花青素无损伤检测和全基因组关联分析方法,以533份水稻种质作为供试材料,检测到了13个果皮花青素含量关联QTL位点,这些QTL位点中包含了除Rc、Rd、Rb及OsMYB3已知与花青素相关的基因外,还包括17个候选基因。通过对候选基因同源性及表达模式分析,初步确定8个MYB基因与1个bHLH基因为新的水稻果皮花青素的候选基因。该研究结果首次全面剖析了水稻果皮花青素的遗传基础,为健康功能性水稻品种的选育提供理论基础与基因资源。     

利用全基因组关联分析挖掘粳稻直链淀粉含量调控基因

直链淀粉含量是评价稻米蒸煮食味品质关键指标,挖掘控制该性状QTLs/基因对于改良稻米品质具有重要意义.研究利用295份粳稻种质组成的自然群体为试验材料,测定2019年和2020年稻米直链淀粉含量,结合重测序得到788 396个高质量SNP,利用Tassel 5.0软件混合线性模型(MLM,Q+K)作全基因组关联分析.结果表明,两年共检测到12个与稻米直链淀粉含量相关QTL,分布在水稻第3、4、11和12染色体上,贡献率范围为8.78％～11.62％,其中qAAC4-2和qAAC12-2在两年中重复检测到.进一步针对这两个QTL区间内所有基因作单倍型分析,结合基因注释和前人研究结果,推测LOC_Os04g33640为影响稻米直链淀粉含量新候选基因.     

基于高密度遗传图谱定位新的水稻抽穗期QTLs

【目的】挖掘新的控制水稻抽穗期的QTLs,为水稻花期调控的遗传机理研究和分子育种提供新的基因资源。【方法】以籼稻品种特籼占空间诱变突变体CHA-1和籼稻航恢7号空间诱变突变体H335为亲本进行杂交,构建包含275个株系的重组自交系(RIL)作图群体,利用由两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序所构建的高密度遗传图谱,在2个环境下进行水稻抽穗期QTL定位。【结果】经两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序,构建了包含2 498个Bin标记的高密度遗传图谱。该图谱覆盖水稻12条染色体,各染色体标记数平均208.17,标记间平均遗传距离为0.95 cM。在2个环境下共定位到4个影响抽穗期的QTLs,分布于第3、第6和第8号染色体,其中qHD-6和qHD-8-1位于前人已报道定位的区域并被克隆,另外2个QTLs(qHD-3和qHD-8-2)尚未见报道,并且qHD-8-2能在2个环境中被重复检测到,贡献率分别为8.30%和10.89%。【结论】通过构建的高密度遗传图谱在2个环境中共检测到4个影响抽穗期的QTLs,其中qHD-3和qHD-8-2是新的抽穗期QTL位点,可用于后续抽穗期调控基因的精细定位及克隆研究,也可用于水稻抽穗期的分子调控机理研究与育种。     

水稻主要农艺性状的QTL分析

【目的】通过对水稻Oryza sativa主要农艺性状的遗传研究,挖掘优异主效QTL,为利用分子标记辅助选择进行高产、优质育种提供理论基础.【方法】以粳稻品系中野1211与籼稻品系中大304构建的重组自交系群体188个家系为试验材料,利用该重组自交系群体构建的含有142个SSR标记分子连锁图,采用区间作图法对抽穗期、单株有效穗数、株高、穗长、每穗实粒数、每穗总粒数、结实率、穗着粒密度、粒长、粒宽、粒形、千粒质量和单株质量13个主要农艺性状进行早、晚季的全基因组QTL定位.【结果和结论】除株高没有检测到相关的QTL之外,其余的每个性状检测到的QTL数目为2~15个.12个性状共检测到73个QTL,分布于水稻的12条染色体上,其中仅在早季能检测到的有34个,仅在晚季能检测到的有23个,两季都能检测到的只有16个.单个QTL的贡献率在5.3%~28.4%之间,其中超过20%以上的有10个.检测到的新位点为12个.早晚两季在多数染色体的多处区段上均检测到多个紧密连锁的QTL.检测到的12个新位点为水稻主要农艺性状的QTL定位增加了新的遗传信息,重复检测到的16个QTL可用于水稻分子标记辅助育种.     

利用2个相关群体定位和比较水稻株高与抽穗期QTL

利用一个共同亲本构建的2个重组自交系群体对控制水稻株高和抽穗期进行基因定位和比较分析。结果表明:2个群体共定位到11个控制抽穗期的数量性状位点(QTLs)和11个株高QTLs。控制抽穗期的主效QTL在珍汕97/南洋占群体内位于第7染色体RM500-RM445标记之间;在珍汕97/德陇208群体内定位于第7染色体RMRG4499-RM445标记之间。而控制株高的主效QTL在2个群体中分别定位于第1染色体RM472-RM104之间和第7染色体MRG4499-RM445之间。比较定位结果发现,抽穗期主效QTL在2个群体内都被定位于第7染色体中部位置并且有共同标记RM445,很有可能是同一个基因。说明抽穗期是由主效QTL控制的数量性状,遗传稳定。株高主效QTL在珍汕97/南洋占群体内被定位于第1染色体接近末端标记RM104附近。在珍汕97/德陇208群体内则定位于第7染色体,与该群体控制抽穗期QTL共享RM445标记。     

水稻遗传图谱构建及粒形相关性状的QTL定位

[目的]构建水稻遗传连锁图谱,并对水稻粒形相关性状进行QTL分析,为水稻高效育种提供理论依据和育种材料.[方法]对具有极端粒形差异的两份水稻材料K1561和G1025进行杂交、自交获得F2分离群体,通过软件Map-maker/Exp 3.0构建水稻遗传连锁图谱,并利用软件QTLNetwork-2.0对2011年F2群体、2012年F2∶3家系群体的粒形相关性状数据进行相关性状的QTL定位.[结果]两个亲本的粒形性状指标差异明显,以千粒重相差最大;F2、F2∶3两个群体的相关粒形指标基本上呈连续分布状态且分布频率范围广.与F2单株相比,F2∶3家系的千粒重、粒长和粒宽的平均值更偏向于大粒亲本K1561.构建了含161对SSR标记的水稻遗传连锁图谱;共检测到18个粒形相关性状的QTL,分别分布于第1、2、3、7、9和12染色体上.其中,控制千粒重、粒长、粒宽和长宽比的QTL分别有7、5、5和1个,除qGL/GW12外,其他增效等位基因均来源于大粒亲本K1561.两个群体均能检测到的QTL有8个,分别为qTGW3、qTGW7、qTGW9.2、qTGW12、qG L1、qGL9、qGW12和qGL/GW12,其平均加性遗传力为6.04％、12.59％、6.29％、22.08％、4.86％、15.39％、22.12％和10.83％.[结论]定位获得3个效应值较大的新QTL位点qTGW12、qGL9和qGW12,为进一步定位并克隆这些粒形相关基因、阐明水稻产量和品质的控制机理提供了较好的遗传材料.     

利用水稻F_2群体对其抽穗期和株高的QTL定位

利用遗传作图群体对水稻抽穗期和株高进行QTL定位,以明确控制性状的基因,揭示性状的遗传机制。将粳型品种月之光与籼型品种明恢63杂交(月之光×明恢63),获得一个含189个家系的F2遗传作图群体;利用该群体建立含127个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱覆盖12条染色体,连锁群总长度2 123cM,标记间平均距离16.7cM。F2群体抽穗期和株高均表现为连续的数量变异,呈正态分布,且出现明显的双向超亲分离,抽穗期和株高之间呈现极显著的正相关。以QTL作图软件Cartgrapher 2.5对F2群体抽穗期和株高性状进行了QTL定位分析,共定位到4个与抽穗期相关的QTLs,分别分布于第1、6、8、12号染色体上,第8号染色体上的qHD8 LOD值为10.70,贡献率达48.0%,是主效基因,与已克隆的DTH8在相近位置,可能是DTH8。定位到4个与株高相关的QTLs,分别位于第1、3、8、12号染色体上,表型贡献率为6.3%～21.1%,第1号染色体上检测到的qPH1能解析21.1%的表型变异,是主效基因,位于矮秆基因sd1附近,可能是sd1。定位到的这些QTLs是进行分子标记辅助选择改良相应性状的候选基因位点。     

基于GWAS的西瓜种子性状候选QTL鉴定

【目的】为探究控制西瓜种子大小的遗传机制。【方法】以144份纯合西瓜种质为试材,对多环境下种子大小相关性状进行多样性指数分析、相关性分析和全基因组关联分析。【结果】144份种质资源种子长度、种子宽度与种子百粒重两两之间均呈极显著正相关;多样性指数分别为4.69、4.78和4.80;全基因组关联分析检测到3个过阈值的QTL区域,分别位于4、7和10号染色体上,其中位于7号染色体上的种子大小性状相关QTL区域在多次环境中均被检测到。【结论】西瓜种子大小是复杂的数量性状,其QTL在多个染色体上均有分布。     

水稻抗白叶枯病基因全基因组关联分析

对水稻多样性群体(RDP–I)中的216份种质接种白叶枯生理小种P2并进行抗性鉴定,发现温带粳稻亚群平均抗性水平最高,其平均病斑长度最短;奥斯稻亚群平均抗性水平最低,平均病斑长度最长。通过全基因组关联作图鉴定了分布在水稻第1、2、4、6、7、8、9、10、11、12号染色体上的59个QTL,这些位点包含5个已知的抗白叶枯病基因。从较高阈值SNP位点以及附近2Mb区段进行候选基因的预测,筛选出40个抗白叶枯病相关基因,并最终鉴定出16个抗性较好的水稻种质资源。     

玉米杂交种苏玉16农艺性状的QTL分析

采用强优势玉米杂交种苏玉16(JB×Y53)的两个亲本自交系,配置F2和相应F2∶3作图群体。利用154个SSR标记构建了分子标记连锁图谱,覆盖全基因组1 735.0 cM,标记间平均图距为11.3 cM。同时考察F2和F2∶3群体的株高、穗位高、抽穗期和散粉期等共10个重要农艺性状,采用联合F2和F2∶3群体的作图方法定位有关QTL。此外,采用QTL Cartographer V2.5软件分别对F2和F2∶3群体进行了有关QTL的重演性验证。结果表明,采用联合作图方法在调查的10个性状上共定位到93个QTL,采用QTL Cartographer V2.5软件共定位到96个QTL,其中56个能用两种方法重演验证。     

基于协方差估计的多因变量回归模型的多性状QTL定位研究

【目的】基于协方差估计的多因变量回归（multivariate regression with covariance estimation,MRCE）模型进行多性状QTL定位分析,为动植物数量性状基因定位提供理论参考。【方法】构建适用QTL定位的MRCE模型,设计3个模拟试验对模型进行检验,通过计算机生成基因型和2个相关性状的表型值,并用2组数据对模型进行实际应用,其中一组为水稻DH群体数据,选自qtlnetwork软件;另一组为水稻永久F₂群体数据,由珍汕97×明恢63,含有210个株系的重组自交系（RIL）群体随机交配生成,分析MRCE模型在以上2组数据多性状QTL定位中的应用效果。【结果】用MRCE模型进行QTL定位的模拟试验结果表明,遗传变异所占方差比越大,相关系数绝对值越大,遗传率越大,则功效越好,估计值越接近效应值。MRCE的QTL定位应用结果显示,从水稻DH群体中识别出8个QTL与ph6性状有关,6个QTL与ph8性状有关;从1998年水稻永久F₂群体数据中识别出3个QTL与穗粒数相关,10个QTL与粒质量相关;从1999年数据识别出3个QTL与穗粒数相关,6个QTL与粒质量相关。【结论】利用MRCE模型进行多性状QTL定位是可行的。     

不同年份水稻抽穗期和穗部性状QTL分析

穗部性状与水稻品种的丰产潜力密切相关,而抽穗期是决定水稻品种能否在一个地区种植的决定因素,了解穗部性状和抽穗期的遗传基础及其与产量性状的关系,对水稻高产育种具有重要意义。以粳稻笹锦和籼稻北陆129杂交、回交衍生的回交重组自交系(BILs)群体为试验材料,对抽穗期和穗部相关性状进行QTL分析。结果表明,抽穗期和穗粒数在亲本间存在显著的差异,且抽穗期与结实率间存在显著负相关。检测到8个控制抽穗期的QTL,其中qHD3、qHD7和qHD8在2年中都被检测到,贡献率介于7.03%~27.48%之间,具有较强的延长抽穗期功能;检测到5个控制颖花数的QTL,其中qGN1a和qGN5在2年里都被检测到,贡献率介于8.37%~20.05%之间;检测到5个控制实粒数的QTL,其中qSN1a是1个稳定表达的主效QTL位点;检测到4个控制结实率的QTL,其中qSSR12是1个稳定表达的主效QTL位点。比较分析发现,qHD1a与qSSR1、qHD12与qSSR12存在遗传重叠效应,qHD1b与qGN1c和qSN1b、qSN2与qSSR2、qSSR6与qGN6和qSN6存在遗传重叠效应,这表明抽穗期和穗粒数是影响籽粒灌浆结实的主要因素。这些QTL将为水稻分子育种提供理论参考。     

控制水稻种子休眠和抽穗期的数量基因位点

以Nipponbare（japonica）／Kasalath（indica）／／Nipponbare BC1F10的98个家系为材料,连续2年进行了水稻种子休眠和抽穗期基因的定位分析。用WinQTLCart 1．13a软件从全基因组角度检测了休眠性数量性状基因位点（QTLs）。检测结果显示,2003年分别在第5、6和7染色体上,2004年则分别在第4、5、7和11染色体上检测到控制种子休眠性的QTLs位点;贡献率分别介于8．91％-11．09％和8．70％-11．80％。表明第7染色体上位于标记R1357～R1245之间的种子休眠性QTL位点是一个在年度之间稳定表达的控制种子休眠性的基因位点。抽穗期的QTL定位分析表明,4个控制抽穗期的基因位点能在不同年份稳定表达,其他位点受年度间的环境条件影响较大。此外,除第6染色体R2171-R2123间的位点延长抽穗期的基因效应来源于亲本Nipponbare外,其余稳定表达位点的延长抽穗期的基因效应皆来自亲本Kasalath。分析表明,种子休眠与抽穗期没有直接关系,它们分别为不同的基因所控制。     

基于关联分析的水稻剑叶宽基因定位与分析

叶形是影响粳稻光合作用和碳水化合物积累的重要因素之一，而叶宽是决定水稻叶形的核心性状之一。挖掘和利用新的叶宽相关基因/QTL可以进一步丰富分子育种理论，提升叶宽性状遗传改良的效率。本研究利用295份粳稻品种的自然群体，于2020年和2021年对各品种的剑叶宽进行考察。结合高通量重测序获得的788 396个高质量多态性SNP,对粳稻剑叶宽相关性状进行全基因组关联分析(GWAS),共检测到45个关联SNPs,分布在水稻的12条染色体上，表型贡献率范围为8.61%～15.76%。其中，qFL10在两年间被重复检测到，定位区间在10.11 Mb～10.23 Mb,此区段内包含15个基因。     

利用重组自交系群体在长日照和短日照条件下进行水稻抽穗期QTL分析

在海南岛冬季短日照条件下,分2次种植珍汕97和明恢63构建的重组自交系群体,利用超高密度SNP遗传连锁图检测抽穗期QTL,将结果与武汉夏季长日照条件下7组抽穗期QTL定位结果进行比较,探究长日照和短日照条件下QTL的差异。两地结果的主要差别在于:武汉长日照条件下抽穗期的主效QTL定位在第7染色体着丝粒附近,但该QTL在海南短日照条件下无显著效应;在海南条件下检测到第6染色体物理位置9.12~9.65 Mb处一个效应很大的QTL,在武汉条件下效应不显著。本研究结果进一步完善了该群体抽穗期的遗传研究,增进了对水稻长短日照条件下抽穗期遗传基础的理解。     

基于单片段代换系的水稻抽穗期QTL上位性研究

【目的】探索水稻抽穗期的遗传机制.【方法】以华粳籼74的8个单片段代换系为材料,构建了7个聚合了双QTL的次级F2作图群体,并通过分子标记的选择区分出每个群体的9种基因型以估算水稻抽穗期QTL的各类上位性分量.【结果和结论】除QTL HD3/HD8间的上位性互作不显著外,其他QTL对均存在显著的上位性效应,占85.7%;在检测的28个不同类型的上位性效应中,有60.7%的估计值达到5%或1%的显著水平,其中加加、加显或显加、显显上位性分别占71.3%、42.8%、85.6%.研究结果进一步证实了上位性作用在数量性状遗传体系中的普遍性和重要性,并为水稻抽穗期的分子聚合育种提供了依据和材料.     

普通小麦（T．aesfivumL．）不同作图群体抽穗期QTL分析

【目的】对小麦抽穗期进行数量性状位点（QTL）分析。【方法】以旱选10号／鲁麦14和温麦6号／山红麦两个作图群体为材料，在大田及温室条件下，观察小麦抽穗期等性状。利用混合线性模型，进行QTL分析。【结果】抽穗期在两个作图群体中均呈现连续分布，表现为多基因控制的数量性状；共检测到9个QTL位点，分别位于染色体2D、3B（2个）、3D、4A、5B、6B、6D和7D上，对抽穗期的贡献率在3．97％～22．91％之间；有15组QTL位点之间存在基因互作效应，互作的加性效应大小范围为0．77～2．16d，互作效应对性状的贡献率在4．35％～21．44％之间。【结论】抽穗期QTL的检测受环境影响较大；抽穗期QTL位点在染色体上的分布较多；不同染色体间则存在基因互作现象。     

多环境下玉米保绿相关性状遗传位点的挖掘

【目的】功能性保绿通常被认为是包括玉米在内的主要作物品种的理想性状。挖掘新的控制玉米保绿相关位点和候选基因,为玉米保绿遗传研究提供理论基础。【方法】以150份由许178和K12组配的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,通过Windows QTL Cartographer V2.5的复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对3个保绿相关性状（保绿度（visual stay green,VSG）、吐丝期绿叶数（green leaf number at silking stage,GLNS）和成熟期绿叶数（green leaf number at mature stage,GLNM））进行QTL定位。同时,以139份自然材料组成的关联群体为材料,基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）,结合50 790个高质量SNP标记,对这3个性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。【结果】基于CIM,利用单环境下的表型值和最佳线性无偏估计值（best linear unbiased prediction,BLUP）对GLNM、GLNS和VSG进行定位,共检测到37个QTL,分布在除第10染色体以外的其他染色体上,LOD范围为2.58—11.36,表型贡献率为4.34%—22.40%。GLNM、GLNS和VSG性状分别检测到14、12和11个位点。其中,4个遗传稳定的QTL（qGLNS2-1、qVSG1-1、qVSG1-2和qVSG7-1）,在3个及以上不同单环境中同时被检测到。利用MLM对保绿相关性状进行全基因组关联分析,共检测到44个超过阈值线的显著SNP,根据SNP标记在B73参考基因组的物理位置,发现共有15个位点落在连锁分析定位到的QTL区间内。【结论】通过QTL定位和全基因组关联分析共同检测到4个遗传稳定的共定位遗传区段（对应的B73参考基因组V4版物理位置区间为第1染色体6.2—8.2 Mb、第2染色体209.1—221.4 Mb、第6染色体96.8—102.1 Mb、第7染色体4.9—11.4 Mb）,并挖掘到4个与光合作用和抗逆相关的候选基因（Zm00001d006119、Zm00001d018975、Zm00001d006535和Zm00001d036763）。