不同磷、钾处理小麦苗期氮营养性状的QTL分析

【目的】 对不同浓度磷、钾处理下小麦苗期氮养分效率相关性状进行QTL分析,以深入理解磷、钾与氮养分效率的相互关系,为氮营养相关性状的图位克隆及分子标记辅助选择育种奠定基础。 【方法】 采用苗期液培试验,以“川35050 ×山农483”组合衍生的小麦重组自交系群体(131个株系)为研究材料,设置了中磷中钾(MPMK)、高磷(HP)、低磷1 (LP1)、低磷2 (LP2)、低磷3 (LP3),高钾(HK)、低钾1 (LK1)、低钾2 (LK2)、低钾3 (LK3)共9个处理,对不同磷、钾处理下的氮养分效率相关性状进行研究,并结合分子标记遗传图谱,从整个基因组水平对与小麦苗期氮养分效率相关的10个性状进行QTL定位及遗传分析。 【结果】 不同处理下的10个性状共检测到137个QTL,位于除3D外的20条染色体上,大部分QTL (89.05%)仅在单一处理下被定位到,有3个QTL (QRnue-1A.2、QSnue-1A.1和QTnue-1A.1)可在至少4个处理中被检测到,有5个QTL (QRnue-1A.1、QTnue-1A.1、QSnc-4A、QRnc-6A.3和QSnue-6B)可同时在低磷和低钾环境中被检测到。本研究还检测到至少包含3个以上QTL的QTL簇17个,分别位于1A、1B、2B、2D、3A、3B、4A、4B、5D、6A、6B、6D和7A染色体上,共涉及66个QTL,占QTL总数的48.18%。其中,有5个QTL簇仅与特定磷、钾处理有关,大多数QTL簇均同时定位了不同磷、钾处理的不同性状,许多QTL簇位点还与前人定位的生物量、产量及其他养分有关。 【结论】 磷、钾的供应能够显著影响小麦苗期对氮素的吸收利用及其相关QTL的表达。影响苗期小麦氮养分效率相关性状的QTL大多数仅在特定处理下被检测到,但大多数QTL会形成QTL簇,构成了控制氮养分效率的QTL热点,许多热点区域也与前人定位的许多成株期性状如生物量、产量及其他养分效率有关,这些QTL/基因密集区域及其特点的发现,为我们深入理解小麦氮养分效率的遗传控制特点及其与磷、钾养分供应的关系提供了新的视角,也为这些重要位点的克隆及其应用提供数据支持。     

供氮和不供氮条件下玉米穗部性状的QTL定位

【目的】分析供氮（+N）和不供氮（-N）2种条件下玉米穗部性状QTL定位结果的差异,挖掘在-N条件下特异表达的主效QTL,为玉米的氮高效分子育种提供理论依据。 【方法】以优良玉米自交系许178（氮高效）×K12（氮低效）衍生的150个F₇代重组自交系（recombinant inbred lines,RILs）为试验材料,在+N和-N 2种处理条件下进行2年的田间试验,对玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和单株产量共5个穗部性状进行表性鉴定。使用基于混合线性模型（mixed liner model,MLM）的最佳线性无偏预测法（best linear unbiased prediction,BLUP）,结合2年的表型数据,估计各家系各性状在不同氮水平下的育种值。然后利用QTL IciMapping V4.0软件的完备区间作图法（inclusive composite interval mapping,ICIM）对这5个性状的育种值进行+N和-N条件下的QTL分析。 【结果】玉米的穗长、穗粗和穗行数在不同氮水平下差异不大,而行粒数和单株产量在-N条件下呈现出显著降低的结果。两种氮水平下共定位到20个穗部性状QTL,其中+N条件下定位到11个QTL,包括穗长2个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量5个。-N条件下定位到9个QTL,包括穗长1个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量4个。这些QTL分布在除第2染色体以外的其余染色体上。两种氮水平下定位到5个“一致性QTL”,分别为qEL7a,qED7a,qRNE9b,qGYP1a和qGYP6a,这5个“一致性QTL”具有较高的表型贡献率,在不同氮水平下的贡献率均超过了10.00%。在-N条件下共发现4个特异表达的QTL,分别为qRNE9a,qKNR6a,qGYP3a和qGYP8a,其中qRNE9a和qGYP3a是贡献率超过10.00%的主效QTL。无论是在+N还是-N条件下,都发现了控制不同性状的基因之间紧密连锁或是同一个基因的一因多效现象,这与穗部各性状间的高度相关性表现一致。 【结论】控制玉米穗部性状的基因在不同氮水平下的特异性表达直接导致了玉米穗部性状表型上的差异。5个“一致性”主效QTL和2个在不供氮条件下特异表达的主效QTL,均有利于提高玉米抵抗低氮胁迫的能力。研究中发现的几个控制玉米穗部性状的QTL富集区可能存在一些关键基因,值得进一步研究。     

氮高效吸收水稻磷素吸收利用的特点

为探究氮高效水稻磷素吸收利用的基本特点及其与氮素吸收的关系。在大田条件下,于2012-2013年,以114个染色体单片断代换系水稻为供试材料,研究其产量、氮磷吸收利用等性状,并以成熟期吸氮量和产量将供试材料聚类分成6种不同氮效率类型水稻。结果表明,供试群体成熟期吸磷量差异较大,变幅为2.54~5.46 g·m^-2;氮高效水稻成熟期吸磷量显著高于其他氮效率水稻,增幅达8.99%~47.24%;氮高效水稻结实期总吸磷量显著高于其他类型水稻,各器官吸磷量也有相似的趋势;氮高效水稻单茎吸磷量、干物质量大;吸磷量影响因子对成熟期吸磷量的贡献表明,结实期吸磷量、穗吸磷量、全株含磷率、单穗吸磷量、吸磷强度均高于同组因子,通径分析与相关分析结果一致;氮高效水稻磷素利用效率除吸磷增量籽粒生产效率显著高于其他类型外,其他各指标均处于中等或较低水平;成熟期吸磷量和吸氮量均对产量有正向促进作用,吸氮量贡献更大。综上,氮高效水稻无论是全株还是各器官成熟期磷素吸收量均较大,结实期表现的更明显,但磷素利用效率中等;氮高效水稻磷素吸收能力强与其单茎吸收量、吸氮强度大有密切关系;氮高效水稻磷素吸收与氮素吸收密切相关。本研究结果为水稻磷素高效吸收利用提供了理论参考。     

水稻DH群体(CJ06×TN1)稻米品质相关QTL分析

对于不同品种和不同种植环境中的稻米品质进行数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)检测分析,可为分子遗传育种提供实验数据。本研究以粳稻(Oryza sativa ssp.japonica)春江06(CJ06)和籼稻(Oryza sativa ssp.indica)台中本地1号(TN1)杂交衍生的加倍单倍体群体(double haploid,DH)为试材,在西南地区种植并检测与稻米品质相关的特征值,进行QTL定位与分析,以期了解该生态环境对稻米品质的影响,为水稻品质的分子改良育种提供理论依据。经检测分析,共获得13个与稻米粒型、直链淀粉含量以及淀粉RVA(rapid viscosity analysis)谱特征值相关的QTLs,其中5个与粒型相关、7个与RVA谱相关、1个与直链淀粉相关。上述QTLs分别分布在第1、2、3、6、7、8、10染色体,即q HPV-6、q CPV-6、q BDV-6、q CSV-6、q SBV-1、q SBV-6、q SBV-7、q RL-2、q RLW-2、q RLW-3、q RLW-8-1、q RLW-10、q AC-6;分别调控热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、回复值、消减值、稻米粒长、稻米长宽比和直链淀粉含量。其中7个与RVA相关的QTLs,似然函数比值对数值(logarithm of odds,LOD)在2.55~13.18之间,单个QTL贡献率在7.03%~49.05%之间,除q SBV-1和q SBV-7贡献率较低,其余单个QTL位点的贡献率均在25%以上,属于主效QTLs。此外,与RVA相关的5个QTLs—q HPV-6、q CPV-6、q BDV-6、q CSV-6及q SBV-6均定位于6号染色体同一区间,在该区间内还检测到1个与直链淀粉含量相关的主效QTL(q AC-6),其贡献率达到45.21%;生物信息学分析发现,该区间包含已被克隆的直链淀粉合成相关的Waxy(Wx)基因。粒型方面共检测到5个具有加性效应的QTL位点,LOD值在3.16~8.47之间,单个QTL贡献率在8.95%~27.23%之间,其中q RL-2、q RLW-3、q RLW-8等3个区间内包含了3个已被克隆的主效QTLs—GW2、GS3以及GW8。本研究通过QTL检测分析,为水稻品质的分子改良育种提供了基础资料。     

高氮和低氮条件下玉米穗位叶持绿性状的QTL定位

【目的】玉米叶片持绿性与籽粒产量、品质性状密切相关,本研究利用单片段代换系群体,对高氮和低氮条件下的玉米穗位叶持绿性状进行了QTL定位,旨在为持绿相关基因的精细定位以及克隆相关主效QTL奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两个亲本许178和综3构建的172个玉米单片段代换系为研究材料,采用完全随机区组设计,在高氮(N 240 kg/hm^2)和低氮(N 75 kg/hm^2)条件下,进行了两年大田试验。以吐丝后第10天穗位叶的SPAD值作为玉米持绿性的表型值,根据代换系与亲本许178表型值的T-test结果,利用该群体的SSR遗传图谱,在P <0.01条件下定位持绿性状的QTL。【结果】在基因组范围内,两个氮水平下共定位53个穗位叶持绿QTL (贡献率为–2.45%～–22.65%)。上述QTL在玉米的10条染色体上均有分布,其中以第1染色体上检测到的数量最多(14个),第7染色体上检测到的数量最少(1个)。高氮条件下检测的QTL为29个,6个在两年试验条件下被重复检测,分别为qhnSG1d、qhnSG2a、qhnSG3a、qhnSG4a、qhnSG8b和qhnSG10c,其中qhnSG8b和qhnSG10c为高氮特异QTL,两年内QTL的贡献率分别为–4.47%、–9.17%、–9.46%和–5.05%;低氮条件下检测的QTL为16个,2个QTL在两年大田环境被重复检测,分别为qlnSG1f和qlnSG2b。其中qlnSG1f为低氮特异QTL,两年内QTL贡献率分别为–9.70%和–10.85%。【结论】通过对玉米穗位叶持绿性状分析,将高氮特异持绿染色体片段定位到umc1077～umc2350区段内,低氮特异染色体片段定位到umc1013～umc2047区段内。     

氮胁迫与非胁迫条件下玉米叶形相关性状的QTL分析

【目的】叶片是植物光合作用的重要器官,也是蒸腾作用和抗逆的主要器官。在施氮 (N+) 与不施氮 (N–) 条件下鉴定玉米叶片相关性状的QTL,为高光效玉米新品种选育提供重要的理论依据。【方法】利用玉米骨干系综3为供体,许178为受体,通过杂交、回交和分子标记辅助选择的方法,构建了一套以许178为背景的综3单片段代换系 (SSSLs) 群体,其中包含160个单片段代换系。以这套SSSLs以及许178为材料,在施氮和不施氮条件下,通过一年三点 (贵州贵阳、德江和云南罗平) 的表型评价,利用复合区间作图法对叶面积、叶绿素含量和穗下绿叶数3个叶片相关性状进行QTL定位。【结果】在基因组范围内,两种氮处理条件下共检测到42个主要叶片相关性状QTLs,分布于10条染色体上。N+条件下,在3个地点共检测出8个叶面积的QTLs,5个穗下绿叶数的QTLs,8个叶绿素QTLs。其中,qLAI1b在3个环境中同时被检测到;qLAI1b在德江、贵阳和罗平点对叶面积的贡献率分别为14.41%、14.47%和16.38%,来自于综3的等位基因起增效作用。同时,穗下绿叶数QTL (qLN7a和qLN7b) 在3个环境中均被检测到。在氮胁迫 (N–) 条件下,3个环境中共检测出9个叶面积QTLs,7个穗下绿叶数QTLs,8个叶绿素QTLs;其中,位于bin3.08的叶面积QTL qLAI3b,片段大小为120.48 cM,在德江、贵阳和罗平的贡献率分别为20.4%、12.8%和13.2%,来自于许178的等位基因起增效作用;玉米穗下绿叶数QTL,位于bin9.01区的穗下绿叶数QTL qLN9 (umc1957～umc1867～umc2078),片段大小为62.7 cM。位于bin4.08的叶绿素含量QTL qCHL4a,片段大小为18.69 cM,在德江、贵阳和罗平点对叶绿素含量的贡献率分别为17.6%、10.6%和11.4%,且来自于亲本综3的等位基因起减效作用。【结论】不同氮素处理下,检测出一些共有的玉米氮响应的主效 QTLs,如qLAI3b (umc1844～umc1320～bnlg1182)、qLN7a (umc1642～umc2160～umc1929)、qLN7b (phi328175)。这些区段可能在玉米氮素吸收、转运和利用过程中起重要作用,可作为下一步精细定位和图位克隆玉米叶片相关基因的重要候选区域。     

长期施肥稻田土壤基础地力和养分利用效率变化特征

【目的】 研究长期不同施肥措施对土壤基础地力和氮磷钾养分吸收利用效率的影响,探明土壤基础地力和氮、磷、钾养分吸收利用效率的相互关系。 【方法】 采集双季水稻种植制度下 33 年长期定位施肥试验的不施肥 (CK)、施氮磷钾肥 (NPK) 和氮磷钾肥配施稻草 (NPKS) 3 个处理的土壤,设置施肥与不施肥盆栽试验,监测水稻产量、土壤基础地力产量和基础地力贡献率、水稻氮磷钾养分吸收量、氮磷钾养分利用效率,分析氮、磷、钾利用效率对土壤基础地力贡献率的响应。 【结果】 早晚稻土壤基础地力产量和基础地力贡献率三个处理土壤大小顺序均为 NPKS > NPK > CK,NPKS 处理土壤早晚稻两季平均基础地力产量和基础地力贡献率较 CK 处理土壤分别增加 113.8% 和 93.7%,NPK 处理分别增加 100.7% 和 81.9%。在同一施肥水平条件下,早、晚稻均以土壤基础地力较高的 NPKS 处理氮、磷、钾肥偏生产力,土壤养分依存率,氮、磷、钾素收获指数较高,氮、磷、钾肥回收利用率,肥料农学效率,肥料对产量的贡献率则较低。回归分析表明,氮、磷肥回收利用率,氮、磷、钾肥农学效率,氮、钾素生理利用率均随土壤基础地力贡献率的提高呈显著或极显著降低;氮、磷、钾肥偏生产力,氮、磷、钾素土壤依存率随土壤基础地力贡献率的提高呈显著或极显著提高。 【结论】 长期施氮磷钾肥或长期氮磷钾肥配施稻草均能提高土壤基础地力,以长期氮磷钾肥配施稻草的效果更显著。在较高基础地力土壤上生产,可以在保证作物高产稳产的情况下实现减量化施肥,实现农业生产的可持续性。      

高低氮条件下玉米SSSL群体生物量、氮浓度及氮累积量的QTL定位

  【目的】  玉米生物量、氮浓度以及氮累积量与籽粒的产量和品质密切相关,本研究利用单片段代换系群体,对高氮和低氮条件下玉米成熟期的生物量、氮浓度和氮累积量进行了QTL定位,旨在为氮高效相关基因的精细定位以及克隆氮高效相关的主效QTL奠定基础。  【方法】  以氮效率具有显著差异的‘许178’和‘综3’为亲本构建的玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,设置高氮 (0.15 g/kg) 和低氮 (0.05 g/kg) 两种处理进行盆栽试验。在成熟期取样,测定植株的生物量、氮浓度以及氮累积量。根据代换系与亲本‘许178’表型值的T-test结果, 利用该群体SSR遗传连锁图谱,在P < 0.05条件下定位所测定性状的QTL。  【结果】  在高氮和低氮条件下,共定位到133个QTL (贡献率为 –40.75% ～12.69%)。其中包括49个生物量QTL,在高氮条件下检测到26个、低氮条件下检测到23个;24个氮浓度QTL,其中17个茎秆氮浓度QTL (包括8个高氮条件下检测到的QTL和9个低氮条件下检测到的QTL),7个叶片氮浓度QTL (5个高氮条件下检测到的QTL和2个低氮条件下检测到的QTL);60个氮累积量QTL,包括33个茎秆氮累积量QTL (27个高氮条件下检测到的QTL和6个低氮条件下检测到的QTL),27个叶片氮累积量QTL (11个高氮条件下检测到的QTL和16个低氮条件下检测到的QTL)。上述QTL在玉米的10条染色体上均有分布,其中以第4条染色体上检测到的数量最多 (19个),第5条染色体上检测到的数量最少 (6个)。  【结论】  本研究定位到的生物量和叶片、茎秆氮累积量高氮特异QTL片段有umc1077 ～umc2350 (bin 10.04)、umc2350 ～bnlg1028 (bin 10.04) ,低氮特异QTL片段有umc2377 ～bnlg1647 (bin 3.01)、end ～phi072 (bin 4.00)、bnlg1444 ～umc2041 (bin 4.08)、bnlg1863 ～bnlg2046 (bin 8.03)。这些染色体片段中极可能包含控制玉米氮效率相关的关键基因,在后期的试验中我们将逐步对这些QTL进行精细定位。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

小麦成熟期产量及钾效率相关性状的全基因组关联分析

  【目的】  探明不同钾供应条件下控制产量及钾效率相关性状的稳定的显著关联分子标记位点,为小麦产量及钾效率相关性状的遗传控制机理研究及相关基因的克隆提供参考。  【方法】  利用134个小麦品种 (系) 组成的群体为试验材料,设置正常供钾 (T1) 和不施钾 (T2) 两个处理,进行了2年田间试验 (E1、E2)。对小麦成熟期株高、穗长、穗粒数及钾吸收、利用效率等23个性状进行了表型鉴定,分别定义了同年同一处理和同一处理两年平均共6个环境平均值。采用GLM+Q一般线性模型和MLM+K+Q混合线性模型相结合的方法,利用群体差异SNP分子标记 (90K SNP芯片) 对小麦产量和钾效率相关性状进行全基因组关联分析。  【结果】  与正常钾处理相比,不施钾处理条件下籽粒钾利用效率显著升高,单株钾累积量、单株钾含量及总小穗数等性状显著降低。供试小麦各性状的群体变异系数为6.98%～350.38%,有14个性状的遗传力在50%以上,以株高的遗传力最高 (92.03%)。利用保留的7485个多态性好的群体差异 (SNP) 进行了全基因组关联分析,共检测到1420个分子标记位点与供试23个性状在P ≤ 0.001水平存在显著关联,分布在21条染色体上。有1097个 (77.25%) 分子标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;能在至少两个关联分析环境中被检测到的相对稳定分子标记位点有323个,其中113个位点与钾效率相关性状有关,Tdurum_contig26281_139、Kukri_c307_2053等分子标记位点可以提高钾吸收效率,Ex_c19038_571、BS00039148_51等分子标记位点能够提高钾利用效率。在至少4个关联分析环境中被检测到的位点有22个,分别与株高、千粒重、穗粒数等5个性状相关。与株高和千粒重显著关联的分子标记位点RFL_Contig4069_2628和BS00003632_51可同时在全部6个关联分析环境中检测到,平均贡献率为9.59%和13.66%,环境稳定性非常好,与株高的降低和千粒重的提高显著关联。  【结论】  不同钾供应水平下与产量及钾效率相关性状显著关联的分子标记位点存在显著差异,77.25%的分子标记位点仅在特定环境下被检测到。但也有22个显著关联分子标记位点 (涉及9个产量及钾效率相关性状) 在至少4个关联分析环境 (共6个环境) 下被检测到,形成高频表达分子标记位点。其中与株高和千粒重分别显著关联的两个分子标记位点在所有6个关联分析环境中均稳定被检测到,能显著降低株高和提高千粒重。这些分子标记位点的相关基因对相关性状的调控效应受钾处理环境影响小,具有较高的理论和应用价值,值得深入研究。     

Genome-wide association study to identify chromosomal regions related to panicle architecture in rice (Oryza sativa)

Panicle architecture directly affects the grain yield of rice; meanwhile, crop domestication has increased the complexity of rice panicle size and branching pattern. Genome-wide association study (GWAS) was performed to investigate the genetic basis underlying panicle architecture using 183 rice accessions from around the world and a 7 K SNP array. Phenotyping was conducted at Texas A&M AgriLife Research Center in Beaumont, TX. GWAS was performed using MLM (Q?+?K) model using GAPIT software. At p-value?<?0.001, a total of 49 GWAS QTLs controlling various panicle architecture traits were mapped. Considering the recurring and linked SNPs across the panicle architecture traits, 42 independent QTL regions were identified. Among these, 27 QTL regions co-localized with known genes or previously reported QTLs or significant SNP markers, while 15 were potentially novel QTL regions. The results of our study offer useful information on genetic bases controlling panicle architecture in rice, which could be further validated and utilized for designing markers for use in markers assisted selection (MAS) in rice breeding programs.

     

不同水分条件下水稻苗期根系性状的QTL分析

以超级杂交稻协优9308(协青早B/中恢9308)衍生的234个重组自交系(RIL)为材料,在正常水分和20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫处理下对水稻苗期最长根长、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根冠比进行QTL定位分析。采用复合区间作图法,共检测到影响8个根部性状的21个QTL,单个QTL可解释的表型变异介于4.80%～11.35%。其中,正常水分条件下检测到7个QTL,分布在第2、3、9、10、11染色体上;水分胁迫条件下检测到14个QTL,分布在第2、3、5、6、9染色体上。不同水分条件下检测到的QTL位点差异很大,表明不同水分条件下的遗传机制不同。在第3和第6染色体上各检测到1个根部性状的QTL簇,尤其在第3染色体RM6283-RM7370区间发现苗期根系性状与抗旱性及产量相关性状之间存在连锁关系,利用这些QTL紧密连锁的分子标记进行辅助选择,可望同时对多个相关性状进行遗传改良。     

非洲栽培稻基因渗入系粒形和剑叶形态性状的QTL定位

非洲栽培稻作为重要的水稻种质资源,其基因渗入系可以为普通栽培稻的遗传背景提供新的有利基因,如果能将这些优良基因引入普通栽培稻中,可为水稻分子设计育种提供新的基因资源。本研究以非洲栽培稻基因渗入系YIL60与轮回亲本中9B(Z9B)杂交衍生的包含188个株系的F₂和F_2:3群体为材料,对粒形性状包括粒长、粒宽、籽粒长宽比、千粒重,剑叶形态性状包括剑叶长、剑叶宽进行数量性状点位(QTL)检测。结果共检测到16个QTL,包括2个粒长QTL、3个粒宽QTL、2个籽粒长宽比QTL、2个千粒重QTL、1个剑叶长QTL、6个剑叶宽QTL,分布于第1、第6、第7、第10和第11号染色体上,贡献率为2.25%~25.64%;有4个多效性QTL区间,有4个QTL qGW7-1、qFLL10、qFLW10、qTGW7在F₂和F_2:3群体中被重复检测到,其中在第7号染色体RM3859-RM3394区间检测到同时控制粒长、粒宽、籽粒长宽比和千粒重的QTL,贡献率最高达17.10%,是一个来源于非洲栽培稻的新粒形QTL。本研究为进一步开展粒形、剑叶形态性状基因的精细定位、克隆和分子标记辅助育种工作奠定了一定的理论基础。     

Selenium effects and quantitative trait locus (QTL) mapping for mineral nutrient efficiency traits in wheat at the seedling stage

A nutrient solution culture experiment was conducted in the greenhouse to investigate the effects of selenium (Se) on biomass and the mineral nutrient efficiency of macroelements phosphorus, potassium, calcium and magnesium (P, K, Ca and Mg) and microelements iron, manganese, copper and zinc (Fe, Mn, Cu and Zn) in wheat at the seedling stage using a set of recombinant inbred lines (RILs). Quantitative trait locus (QTL) analysis was also performed for all 60 traits. The results showed that 0.1 μmol/L Se can significantly affect the phenotypic traits relation to biomass and nutrient efficiency and the corresponding QTLs. A total of 260 QTLs were located on 19 chromosomes, and 96.54% of these QTLs were only detected in one treatment. A total of 23 important QTL clusters and 31 cooperative uptake and utilization (CUU) loci that colocalized with QTLs for nutrient uptake and/or utilization of at least two elements were also identified. These CUU loci involved 190 out of the 248 QTLs (76.66%) for nutrient efficiency traits, indicating that CUU-QTLs were common for macroelements (P, K, Ca and Mg) and microelements (Fe, Mn, Cu and Zn). Additionally, these loci may be hot spots for genetic control of mineral nutrient efficiency traits.     

玉米叶夹角和叶向值的QTL定位

叶夹角和叶向值是评价玉米株型的重要指标。本研究以甜玉米自交系组合T14×T4的F2为作图群体,构建了包含192个SSR标记位点的遗传连锁图谱,覆盖玉米基因组1260cM,平均图距6.56cM。通过测定F2、F2:3家系的叶夹角和叶向值,应用复合区间作图法在两个世代中共检测到26个QTL,其中14个与叶夹角相关的QTL,分别位于第2、5、6、7和8染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.3%～26.2%;12个与叶向值相关的QTL,分布于第1、2、3、7和10染色体上,单个QTL可解释的表型变异为3.1%～20.7%。在第2、3、5染色体上分别检测到1、1、2个同时在F2、F2:3家系都稳定表达的QTL,分别落在区间bnlg1329～bnlg1613、umc1148～umc2275和umc1097～umc1692,可作为相关数量性状基因的候选基因。发现1个同时控制叶夹角和叶向值性状的QTL,位于第2染色体上的bnlg1017-umc2129区间,对两性状的表型贡献率分别为10.8%和10.6%。本研究的结果有望为玉米耐密型育种及分子辅助选择育种提供一定的理论依据。     

秸秆还田条件下氮磷钾用量对软米粳稻产量和品质的影响

【目的】 秸秆全量还田和毯苗机插技术在水稻种植中被越来越多地采用。本文研究了不同氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 肥用量对软米粳稻产量和稻米品质的影响,提出适应该条件和特定水稻品种的施肥技术。 【方法】 2014—2015年,以软米粳稻南粳9108为材料,在江苏省兴化市钓鱼镇进行大田试验,在秸秆全量还田条件下,采取毯苗机插栽培方式,设置氮、磷、钾肥3种类型肥料,各类型肥料设置0、1、1.5、2、2.5、3等6个用量水平,其中2水平为肥料常规用量,氮、磷、钾肥常规用量分别为270 kg/hm2、108 kg/hm2、216 kg/hm2。分析了不同肥料用量下软米粳稻的产量、稻米品质和淀粉RVA谱值。 【结果】 软米粳稻产量和稻米品质对不同肥料的响应程度表现为氮肥 > 钾肥 > 磷肥。在供试氮肥水平范围内,粳稻产量以N2水平最高;糙米率、精米率、整精米率和蛋白质含量则随施氮水平的增加而增加,直链淀粉含量降低,胶稠度变短,RVA谱特征值中峰值黏度和崩解值降低,热浆黏度和消减值增大,且高氮 (N3) 与低氮 (N1) 处理间差异显著。在供试磷肥水平范围内,粳稻产量以P2水平较高;增施磷肥能提高稻米加工品质,而蛋白质含量、直链淀粉含量及胶稠度对磷肥用量的响应无明显变化规律,淀粉RVA谱特征值有变劣趋势。在供试钾肥水平范围内,随着钾水平提高,机插软米粳稻产量、糙米率、精米率、整精米率先增加后减少,产量以K2水平最高,加工品质以K2.5水平最高,蛋白质含量有增加趋势,直链淀粉含量下降,峰值黏度和崩解值呈先增后减,消减值呈先减后增。 【结论】 在秸秆全量还田和毯苗机插栽培条件下,软米粳稻增施氮肥、磷肥和钾肥利于提高稻米加工品质,而减少氮肥、稳施磷肥、增加钾肥利于改善稻米蒸煮食味品质。综合考虑,在秸秆全量还田条件下机插软米粳稻肥料用量以N 270 kg/hm2、P 108 kg/hm2、K 216 kg/hm2水平能较好地协调高产与优质的关系。      

波兰小麦×普通小麦品系中13重组自交系(RIL)群体穗部性状的QTL分析

小麦穗部性状是与籽粒产量关系密切的重要农艺性状。本研究以一个由99个株系组成的来源于波兰小麦(Triticum polonicum L.)和普通小麦(Triticum aestivum L.)品系中13杂交后代的F8重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为实验材料,利用微卫星(simple sequence repeat,SSR)标记对穗长、穗粒数和有效小穗数进行数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL)定位分析。所构建的A染色体组和B染色体组共14个连锁群的遗传连锁图谱由115个SSR标记位点组成,图谱全长822.9cM,标记间的平均遗传距离为7.16cM。采用复合区间作图法在两年的环境中检测到分布在2A、3A、3B、5B和7B染色体上的6个穗长QTL,5个穗粒数QTL和2个有效小穗数QTL,表型变异贡献率分别为9.21%～22.94%,9.18%～19.71%和11.48%～13.01%。两年中都在3A染色体上的Xbarc12～Xbarc310区间内检测到控制穗粒数的主效QTL,说明该QTL较少受环境条件的影响,是一个稳定可靠的穗粒数QTL。该QTL与最近标记的遗传距离为0.01cM,可用于小麦产量性状的分子标记辅助育种。