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。     

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。     

滇-型杂交水稻质核雄性不育恢复基因的SSR分子标记

用混合品集分析方法(BLA),在保持系和恢复系中的DNA各取20个样混合,对PMRF、OSR-33、RM294、RG304、RG257和RM228六对引物进行筛选,结果发现PMRF、OSR-33和RM228三对SSR引物在保持系和恢复系的混合之间有遗传差异.用这三对引物分别对不同的40个保持系和60个恢复系DNA样品进行扩增.另外,用滇-型杂交粳稻的保持系40份和恢复系60份与不育系进行测交,杂种F1花粉的育性经1%的I-KI染色,其花粉的可育率有高有低.用扩增出的带型与F1花粉的育性进行相关分析,结果表明扩增出带型与花粉的育性呈显著正相关,两种带型对应的花粉可育率均值经t测验差异极显著,表明PMRF、OSR-33和RM228标记与滇-型细胞质雄性不育育性恢复基因连锁,并且PMRF、OSR-33sSR和RM228引物是设计在第10染色体长臂的中部,所以,滇-型细胞质雄性不育育性恢复的一个基因可初步定位于第10染色体长臂的中部.     

水稻S-c座位的PCR标记精细定位及分子标记辅助选择

以粳型品种台中65及其近等基因F1不育系TISL5为材料,利用STS和SSLP标记对水稻F1花粉不育基因座位S-c进行了精细定位,RG227STS和RM218分别位于S-c的两侧,与S-c的距离分别为0.3cM和4.3cM.通过对40个籼、粳和中间型品系标记基因型的鉴定,分析了分子标记基因型与S-c基因型之间的关系,建立了以PCR为基础的分子标记辅助选择体系.利     

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

稻谷粒长、粒宽和长宽比是衡量稻米外观品质的重要指标，稻谷籽粒形状也是影响水稻产量的重要因素。为更好地开展粒形分子育种，对水稻粒形QTL进行了分子定位。以单片段代换系（SSSL）为材料构建分离群体，利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。粒宽QTLGw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间，遗传距离均为0．3cM。     

采用SSR标记辅助选育具有Xa22（t）的云南高原粳稻新种质

以高原粳稻新品种滇粳优1号为轮回亲本，携带Xa22（t）基因的云南地方稻种扎昌龙为供体亲本，回交后代BC3F1290个株行和BC3F2290个株行为供试材料，采用与Xa22（t）紧密连锁标记RM224及其它1l对SSR标记进行辅助选择。290株BC3F1个体在RM224位点上杂合基因型个体的比率为21．04％；其它11对SSR标记位点的轮回亲本纯合基因型个体比率平均为93．07％，但不同染色体标记位点上纯合基因型的比率不同。用云南高原粳稻上的白叶枯病优势菌株YH24对亲本、BC3F1单株和BC3F2株行接种鉴定，     

滇1型杂交水稻质核雄性不育恢复基因的研究

用混合品系分析方法(BLA)，在滇1型杂交水稻的保持系和恢复系中的DNA各取20个样混合，对OSR—33引物进行筛选，结果发现OSR—33引物在保持系和恢复系中有遗传差异。然后又用这对引物分别对保持系和恢复系的单株DNA样品进行扩增。另外，用滇1型杂交粳稻的保持系和恢复系与不育系进行测交，杂种F1花粉的育性经1％的I—KI染色。用扩增出的带型与F1花粉的育性进行相关分析，结果表明扩增出带型与花粉的育性呈显著正相关，两种带型对应的花粉可育率均值经t测验差异极显著，表明OSR—33标记与滇1型细胞质雄性不育育性恢复基因连锁，由于OSR—33引物是设计在第10染色体长臂的中部，所以，滇1型细胞质雄性不育育性恢复的一个基因可初步定位于第10染色体长臂的中部。     

水稻细菌性条斑病抗性QTL qB1sr5a的精细定位

分别以高抗细菌性条斑病的品种Acc8558和高感的品种H359为供体和受体亲本,通过回交和分子标记辅助选择,育成了只渗入5号染色体短臂上单个供体亲本细条病抗性QTL（qBlsr5a）的近等基因系H359-BLSR5a。将该近等基因系与H359杂交,建立了一个大的F2群体。采用选择极端表型个体并验证其后代（F2：3）株系的方法,在F2群体中鉴定出目标QTL为抗病纯合基因型的个体。通过对这些个体进行分子标记基因型检测和连锁分析,将qBlsr5a定位在SSR标记RM153和RM159之间,大约2.4cM或290kb的范围内。     

水稻籼粳杂交F2群体中分子标记的异常分离及染色体定位

本研究利用粳稻品种石狩白毛和籼稻品种明恢63杂交的F2分离群体共116株，构建了含88个共显性分子标记的连锁图谱，覆盖了水稻(Oryza satiwa L．)基因组1406cM。分析了这些共显性标记在F2群体中的分离情况。结果表明，有27个标记(30．7％)的分离显著或极显著的偏离了预期的孟德尔比例(1：2：1)而表现为异常分离，同时还发现了6个异常分离的热点，即第1染色体上RM302——RM212，第3染色体上RMl43——RM85，第6染色体上RM540——RM276，第7染色体上PAl—A5261．和RM432——RM455，第12染色体上RM519——RM235。偏离分别指向两种亲本基因型。说明相关的异常分离因子以不同的方式控制雌雄配子的传递比例。     

采用SSR标记辅助选育具有Xa22(t)的云南高原粳稻新种质

以高原粳稻新品种滇粳优1号为轮回亲本,携带Xa22(t)基因的云南地方稻种扎昌龙为供体亲本,回交后代BC3F1290株和BC3F2290个株行为供试材料,采用与Xa22(t)紧密连锁标记RM224及其它11对SSR．标记进行辅助选择。290株BC3F1个体在RM224位点上杂合基因型个体的比率为21．04％;其它11对SSR．标记位点的轮回亲本纯合基因型个体比率平均为93．07％,但不同染色体标记位点上纯合基因型的比率不同。用云南高原粳稻上的白叶枯病优势菌株YH24对亲本、BC3F1单株和BC3F2株行接种鉴定,BC3F1中RM224位点上杂合基因型的61个植株表现为抗至中抗,RM224位点上滇粳优1号纯合基因型单株都表现为感病;由RM224位点杂合基因型BC3F1单株衍生的61个BC3F2代株行表现为抗、感分离。     

Identification of the Rf gene conferring fertility restoration of the CMS Dian-type 1 in rice by using simple sequence repeat markers and advanced inbred lines of restorer and maintainer

Cytoplasmic male sterility of Dian‐type 1 (CMS‐D1) was developed 30 years ago in Yunnan. A major gene conferring fertility restoration for the CMS‐D1 system was detected by microsatellite markers in advanced inbred lines consisting of 196 maintainers and 62 restorers developed in breeding programmes of hybrid rice involving the CMS‐D1 system. The gene was mapped between two simple sequence repeat markers, OSR33 and RM228, on chromosome 10, and was temporarily designated as Rf‐D1(t). The genetic distances of the gene to the two microsatellite markers were 3.4 and 5.0 cM, respectively. This linkage was confirmed by using an F2 population derived from a cross between a CMS‐D1 line and a restorer. This study also demonstrated that using OSR33 was reliable and efficient for identification of restoring lines in hybrid rice breeding with the CMS‐D1 system.     

Molecular mapping of the fertility-restoration gene Rf4 for WA-cytoplasmic male sterility in rice

The wild abortive cytoplasmic male sterility (CMS‐WA) system, an ideal type of sporophytic CMS in indica rice, is used for the large‐scale commercial production of hybrid rice. Searching for restorer genes is a good approach when phenotyping is very time‐consuming and requires the determination of spikelet sterility in testcross progeny. To establish more precisely the genetical and physical maps of the Rf4 gene, high‐resolution mapping of this locus was carried out using simple sequence repeat (SSR) markers and newly designed markers in a F₂ population. The genetic linkage analysis indicated that five SSR markers (RM6737, RM304, RM171, RM5841 and RM228) on the long arm of chromosome 10 were linked with the Rf4 gene. Rf4 was flanked by two SSR markers RM171 and RM6737 at distances of 3.2 and 1.6 cM, respectively. Also, within the region between Rf4 gene and RM171, a newly designed primer pair, AB443, produced two sterile‐specific markers, AB443‐400 and AB443‐500, 0.5 and 1.03 cM from the gene. The flanking markers identified give promise for their application in molecular marker‐assisted selection (MAS) and they are also suitable for starting chromosome walking to clone Rf4 gene in the near future.     

Validation of molecular markers linked to fertility restorer gene(s) for WA-CMS lines of rice

The present study was carried out with the objective to validate the molecular markers, which have been previously reported to be linked to fertility restorer (Rf) gene(s) for WA-CMS lines of rice. Two mapping populations involving fertility restorer lines for WA-cytoplasm, viz., (i) an F₂ population derived from the cross IR58025A/KMR3R consisting of 347 plants and (ii) a BC₁F₁ population derived from the cross IR62829A/IR10198R//IR62829A consisting of 130 plants were analyzed. Nine SSR and three CAPS markers reported to be linked to Rf genes along with two previously unreported SSR markers were analyzed in the mapping populations. In both the populations studied, the trait of fertility restoration was observed to be under digenic control. Eight SSR markers (RM6100, RM228, RM171, RM216, RM474, RM311, MRG4456 and pRf1&2) showed polymorphism between the parents of the F₂ population, while the SSR markers RM6100 and RM474 showed polymorphism between the parents of both the F₂ and BC₁F₁ populations. Only one CAPS marker, RG146FL/RL was polymorphic between the parents of the BC₁F₁ population. RM6100 was observed to be closely segregating with fertility restoration in both the mapping populations and was located at a distance of ~1.2 cM. The largest phenotypic variation was accounted for the region located between RM311 and RM6100. Using the marker-trait segregation data derived from analysis of both the mapping populations, a local linkage map of the genomic region around Rf-4, a major fertility restoration locus on Chromosome 10 was constructed, and RM6100 was observed to be very close to the gene at a distance of 1.2 cM. The accuracy of the marker RM6100 in predicting fertility restoration was validated in 21 restorers and 18 maintainers. RM6100 amplified the Rf-4 linked allele in a majority of the restorers with a selection accuracy of 94.87%. Through the present study, we have established the usefulness of the marker RM6100 in marker-assisted selection for fertility restoration in segregating populations and identification of restorers while screening rice germplasm for their fertility restoration ability.     

红米色素着生位置及其基因定位

分别对红米和白米做了石蜡切片观察,其色素位于果皮和种皮中;并对红米水稻材料红宝石进行了遗传研究及基因定位。红宝石与白色水稻R272的杂交F1表现为红色,表明色素基因受显性基因控制;同时,其F2群体米色性状遗传分离规律符合3∶1的分离比例,表明红色米皮的性状受1对显性基因控制。利用R272/红宝石的F2群体和微卫星标记,将该基因定位在第7染色体上RM8006和RM21186两个标记之间,其遗传距离分别为4.0cM和2.1cM,在物理图上这两个标记的距离为1.7Mb,并将该基因初步命名为Red。     

普通野生稻的抗水稻白叶枯病(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)新基因Xa-23（t）的鉴定和分子标记定位

经抗谱评价、 抗性类型比较、 遣传分析鉴定出一个来自普通野生稻的抗白叶枯病新基因Xa-23（t）(暂名)。 结果表明它是迄今已知基因中抗谱最广, 抗性导入效应很强的一个完全显性的全生育期抗性基因。 用携有新基因Xa-23（t）的一对近等基因系(JG306／／Xa-23（t）)构建F2群体中选出160个单株用SSR(微卫星)标记进行基因定位     

水稻抗白叶枯病新基因Xa32（t）的鉴定和初步定位

通过多菌系接种鉴定及抗谱分析,并与目前国际上已知抗白叶枯病基因比较,证明在水稻抗源C4064中含有一个新的抗白叶枯病基因,暂命名为Xa32(t)。应用分离集团分析法(BSA),借助SSR和EST等分子标记,对该基因进行了分子标记定位。通过对F₂分离群体及F₃家系单株进行遗传连锁性检测,发现6个位于水稻第11染色体长臂末端的分子标记RM27256、RM27274、RM2064、ZCK24、RM6293和RM5926与Xa32(t)基因连锁。它们与Xa32(t)基因间的遗传距离分别为2.1、1.0、1.0、0.5、1.5和2.6 cM。其中标记RM6293和RM5926位于染色体近端粒一侧,其他4个标记RM27256、RM27274、RM2064和ZCK24位于基因的另一侧。将Xa32(t)定位在水稻第11染色体长臂末端2.0 cM范围内。     

水稻抗白叶枯病新基因Xa32（t）的鉴定和初步定位

通过多菌系接种鉴定及抗谱分析,并与目前国际上已知抗白叶枯病基因比较,证明在水稻抗源C4064中含有一个新的抗白叶枯病基因,暂命名为Xa32(t)。应用分离集团分析法(BSA),借助SSR和EST等分子标记,对该基因进行了分子标记定位。通过对F₂分离群体及F₃家系单株进行遗传连锁性检测,发现6个位于水稻第11染色体长臂末端的分子标记RM27256、RM27274、RM2064、ZCK24、RM6293和RM5926与Xa32(t)基因连锁。它们与Xa32(t)基因间的遗传距离分别为2.1、1.0、1.0、0.5、1.5和2.6 cM。其中标记RM6293和RM5926位于染色体近端粒一侧,其他4个标记RM27256、RM27274、RM2064和ZCK24位于基因的另一侧。将Xa32(t)定位在水稻第11染色体长臂末端2.0 cM范围内。     

水稻抗白叶枯病基因Xa23的PCR分子标记定位及辅助选择

用Xa23的近等基因系CBB23及其感病轮回亲本JG30构建了包含2562个单株的F2作图群体.通过分析571个感病单株,找到2个新的与Xa23基因连锁的SSR标记RM187和RM206,它们与Xa23之间的遗传图距分别为7.1 cM和1.9 cM.通过筛选1200个RAPD引物,获得2个与Xa23基因连锁的RAPD标记RpdH5和RpdS1184,与Xa23之间的遗传图距分别为7.0 cM和7.6 cM     

水稻多蘖矮杆突变体htd7(t)的遗传分析与基因定位

分蘖是水稻最重要的农艺性状之一,其决定水稻的最终产量。多蘖矮杆突变体htd7(t)是粳稻品种‘日本晴’经350 Gy 的60Co-γ射线辐射处理后产生的突变体。为了克隆HTD7(t)基因,将htd7(t)与‘9311’配制正反杂交组合进行遗传分析发现,htd7(t)多蘖矮杆性状是受1 对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将HTD7(t)初步定位在第11 染色体分子标记RM21 与RM254 之间,遗传距离分别为5.6 cM和3.2 cM。利用已经公布的水稻基因组数据,在该基因附近新发展了13 对InDel 标记,对HTD7(t)进行精细定位。根据定位结果构建覆盖HTD7(t)基因的BAC 重叠群,最终将HTD7(t)定位在InDel11-3 和InDel11-5之间的64.8 kb的物理距离内。