粳稻超优1号背景回交导入系的耐热性筛选与评价

全球气候变暖不可避免地影响水稻的生产。本研究以粳稻品种超优1号为轮回亲本与9个来自不同国家的供体品种杂交培育的BC₂F₄回交导入群体为材料, 通过开花期高温胁迫, 共初筛到124个耐高温单株; 以粳稻为供体的回交导入群体出现耐热个体的频率高于籼稻供体的导入群体, 表明粳稻资源中同样存在耐热有利基因。经对初筛后代的耐热性重复鉴定和在正常条件下的性状评价, 发现有80个株系的结实率显著高于轮回亲本, 耐热性选择效率为64.5%, 这些耐热导入系的产量及其相关性状在高温胁迫和正常条件下均出现广幅分离, 从中鉴定出耐热性和产量性状均显著好于轮回亲本的8个优良导入系。在3个耐热导入系的聚合F₂群体中, 筛选出耐热个体的平均结实率在80%以上, 极显著高于轮回亲本和最高聚合亲本, 从中获得106株耐热性极显著好于聚合亲本的单株, 显示出较理想的耐热性聚合效果。通过对耐热导入系和轮回亲本在正常和高温胁迫条件下的产量以及相关性状的表型比较分析, 有助于提高对水稻耐热性状筛选中的供体选择、选择效率和筛选方法等一些重要问题的认识。本研究获得的高产耐热聚合系, 将为水稻耐热有利基因发掘和耐热性标记辅助选择聚合育种提供宝贵材料。     

应用明恢86和佳辐占的F2群体定位水稻部分重要农艺性状和产量构成的QTL

应用籼稻品种明恢86和佳辐占为亲本建立的F2群体及相应的SSR分子标记连锁图,用区间定位法的Additive和Free两种模型分别对水稻部分重要农艺性状和产量构成性状的QTL进行了定位分析.结果Additive模型共检测到3个QTL,均位于第1号染色体的RM1-RM283区间,分别控制水稻生育期、株高和每穗粒数,基因成簇分布.Free模型共检测到5个QTL,其中控制水稻生育期、株高和每穗粒数的3个QTL的位置和效应大小与Additive模型基本相同;另外还检测到2个影响结实率和千粒重的QTL分别位于第7号染色体的RM180-RM214和第2号染色体的RM279-RM154区间,其贡献率均较小.同时,分析比较了研究结果与前人不同的原因.     

低磷胁迫下水稻产量性状变化及其QTL定位

为研究低磷胁迫对水稻产量及其构成因素QTL表达的影响, 以耐低磷旱稻IRAT109和磷敏感水稻越富杂交的116个株系的DH群体为材料, 在低磷和正常栽培条件下, 调查了千粒重、结实率、有效穗数、穗粒数及单株产量等性状。结果表明, 结实率、有效穗数和单株产量对低磷胁迫的敏感性较大, 而千粒重、穗粒数对低磷胁迫的敏感性较小。利用水稻分子连锁图中94个RFLP标记和71个SSR标记, 依据以上5性状低磷胁迫下与对照的差值进行QTL定位。共检测出17个QTL, 其中12个对表型变异的贡献率大于10%。3、6和7号染色体上3个标记区域存在QTL成簇分布, 这些高贡献率QTL及成簇分布QTL可作为水稻耐低磷产量性状分子育种的重要候选区域。     

应用导入系群体进行水稻产量相关性状的遗传剖析

以优质高产水稻品种丰矮占为轮回亲本, 以Khazar和IR64作供体亲本, 经连续回交分别构建了2套导入系(introgression lines)群体。对导入系后代分别在广州早造和晚造两种环境下进行重复产量鉴定。对两环境下产量及其组分性状的相关分析表明, 在广州早造和晚造环境下水稻产量构成因素存在很大差异。在早造, 每穗实粒数对产量供献最大, 而在晚造, 单株有效穗数对产量供献最大。应用SSR分子标记对这些导入系的供体片段进行全基因组扫描并应用单向方差分析(one-way ANOVA)剖析了导入系基因型与其产量及其组分的关系, 共检测到27个染色体区段与产量及组分性状相关, 包括10个产量QTL、9个单株穗数QTL、9个每穗实粒数QTL和14个千粒重QTL。大多数QTL只在一个环境条件下表达。在第3、7和9染色体上有3个QTL区域与产量及其两个组分有较大的效应, 值得关注。最终, 本研究在同步进行复杂农艺性状的改良和遗传剖析的研究上做出了有益的尝试。     

应用明恢86和佳辐占的F2群体定位水稻部分重要农艺性状和产量构成的QTL

应用籼稻品种明恢86和佳辐占为亲本建立的F2群体及相应的SSR分子标记连锁图，用区间定位法的Additive和Free两种模型分别对水稻部分重要农艺性状和产量构成性状的QTL进行了定位分析。结果Additive模型共检测到3个QTL，均位于第1号染色体的RMl-RM283区间，分别控制水稻生育期、株高和每穗粒数，基因成簇分布。Free模型共检测到5个QTL，其中控制水稻生育期、株高和每穗粒数的3个QTL的位置和效应大小与Additive模型基本相同；另外还检测到2个影响结实率和千粒重的QTL分别位于第7号染色体的RMl80-RM214和第2号染色体的RM279-RMl54区间，其贡献率均较小。同时，分析比较了研究结果与前人不同的原因。     

用(培矮64s/Nipponbare)F2群体对水稻产量构成性状的QTL定位分析

用水稻测序品种培矮64s和Nipponbare为亲本构建的含137个SSRs标记的连锁遗传图谱和(培矮64s/Nipponbare)F2群体的180个单株,对水稻的单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、结实率、穗着粒密度、千粒重等6个产量构成性状进行了QTL定位分析.共检测到6个性状的22个QTLs,分布在第1、2、4、5、6、9、10、11、12等9条染色体的14个区域,表型贡献率5.0%～19.3%;相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTLs;集中分布的QTLs之间既有同向连锁,也有反向连锁.对不同水稻群体定位的同源QTL进行了比较,对QTL在染色体上的集中分布,以及用QTL定位结果和生物信息学方法相结合预测基因的功能等进行了探讨.     

利用4个姊妹近等基因系群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73株BC4F1单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC4F2SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318～RM1367、第3染色体的RM5477～RM6417和第6染色体的RM3370～RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477～RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

利用4个姊妹近等基因群体定位水稻粒重和粒形QTL

粒重是决定水稻产量的三要素之一。利用世界上粒重最大的品种之一SLG-1(供体亲本)与小粒品种日本晴(Nipponbare,轮回亲本)杂交,在各回交世代选择粒重较大单株与日本晴回交,构建水稻粒重和粒形的姊妹近等基因系(SNILs)。对获得的73 株BC₄F₁单株进行粒重频率分布统计,选择粒重频率分布在4个峰值处的代表性单株,自交获得4个BC₄F₂ SNILs群体。利用BSA法(分离群体分组混合分析法),从均匀分布在水稻染色体上的1 513对SSR标记中筛选出与粒重和粒形相关的多态性标记19对,以LOD≥2.5作为选择阈值,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL扫描,共检测到6个区域的12个QTL,贡献率从7.22%到53.38%。这些QTL所在区域包含已克隆的粒长GS3和粒宽GW2,也包含没有精细定位的第2染色体的RM6318-RM1367、第3染色体的RM5477–RM6417和第6染色体的RM3370–RM1161等3个区域控制粒重和粒形的5个QTL。其中第3染色体上RM5477–RM6417区间存在粒形贡献率较大的新的QTL。构建含有这些粒重QTL的姊妹近等基因系,为进一步精细定位或克隆新的粒重或粒形QTL奠定了基础。     

利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

产量及其相关性状如单株有效穗数、千粒重、穗实粒数、穗总粒数和结实率等是水稻重要的农艺性状,了解产量及其相关性状QTL的加性及上位性效应对以分子标记聚合育种改良水稻产量具有重要意义。本文以16个单片段代换系及15个双片段代换系分析了水稻产量相关性状QTL的加性及上位性效应。共检出影响产量及其相关性状的13个QTL,包括产量性状1个、单株有效穗数1个、千粒重4个、穗实粒数4个、穗总粒数2个和结实率1个,分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,检出12对双基因互作。结果显示,2个正向(或负向)产量性状QTL聚合,往往会产生负向(或正向)的上位性效应,能否产生更大(或更小)的目标性状,取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。本研究结果对实施高产分子标记聚合育种方法有重要参考价值。     

用(培矮64s/Nipponbare)F2群体对水稻产量构成性状的QTL定位分析

用水稻测序品种培矮64s和Nipponbare为亲本构建的含137个SSRs标记的连锁遗传图谱和（培矮64s/Nipponbare）F₂群体的180个单株，对水稻的单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、结实率、穗着粒密度、千粒重等6个产量构成性状进行了QTL定位分析。共检测到6个性状的22个QTLs，分布在第1、2、4、5、6、9、10、11、12等9条染色体的14个区域,表型贡献率5.0%-19.3%;相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTLs;集中分布的QTLs之间既有同向连锁.对不同水稻群体定位的同源QTL进行了比较,对QTL在染色体上的集中分布,以及用QTL定位结果和生物信息学方法相结合预测基因的英勇等进行了探讨。     

应用SSR标记定位水稻再生力和再生产量及其构成的QTL

用两个籼稻品种明恢86和佳辐占为亲本建立的F2群体及相应的SSR分子标记连锁图,对水稻再生力和再生产量及其构成的基因进行了定位。结果定位了影响水稻再生力(再生穗数)的1个QTL,影响再生产量的1个QTL和影响产量构成的2个QTL,各QTL的加性效应均来自亲本明恢86,起增效作用。影响水稻再生穗数、结实率和单株产量的QTL位于同一染色体的相同区段上,且加性效应方向相同,这很好地解释了再生穗数与单株产量、结实率呈极显著正相关的关系。     

利用重组自交系剖析大穗型香稻保持系川香29B产量相关性状的遗传基础

为了剖析大穗型香稻保持系川香29B产量相关性状的遗传基础,本研究以川香29B为母本,美国水稻品种Lemont为父本杂交,构建包含177个家系的重组自交系群体。采用SSR分子标记构建遗传连锁图谱,对单株产量(grain yield per plant,GY)、单株有效穗数(number of panicles per plant,NP)、穗长(panicle length,PL)、一次枝梗数(number of primary branches per panicle,NPB)、二次枝梗数(number of secondary branches per panicle,NSB)、每穗总粒数(total number of spikelets per panicle,TNS)、每穗实粒数(number of filled grains per panicle,NFG)、着粒密度(spikelet density,SD)、结实率(seed setting ratio,SSR)和千粒重(1 000-grain weight,TGW)10个性状进行QTL分析,共检测到31个加性效应QTLs,分布在1、2、3、4、5、6、8和10染色体上,贡献率介于0.01%~11.76%。控制穗长、二次枝梗数和每穗总粒数的3个QTLs(q PL-5-1,q NSB-3-2和q TNS-3-1)效应较大,LOD值分别是10.33、8.31和8.62,贡献率为11.76%、9.27%和9.76%。在第3染色体区间RM569-RM489、RM5532-RM3513、RM3684-RM570和RM570-RM514均检测到2个及以上控制不同产量相关性状的QTLs。在育种中利用与这些QTL连锁的SSR标记进行辅助选择,将可能有助于多个性状的协同改良。     

发掘人工合成小麦中千粒重QTL的有利等位基因

以人工合成小麦Am3为供体亲本,普通小麦莱州953为轮回亲本,经5次回交然后自交,培育出含85个株系的F_2:3群体。以该群体为材料,用348对多态性SSR标记,进行全基因组扫描,发掘人工合成小麦中千粒重QTL的有利等位基因。利用复合区间作图法检测到3个千粒重QTL,其对表型变异的贡献率为10.9%~33.79%。其中,Am3的等位基因能够增加千粒重2.3~4.8 g。相关分析表明,该导入系群体的千粒重与穗粒数、穗数和株高无显著相关性。千粒重QTL与穗粒数、穗数性状的QTL不在同一位置,这有利于高千粒重基因与其他产量性状基因的聚合。采用混合线性模型作图法检测到1个千粒重QTL(QGw.caas-3D),该QTL与环境互作效应小,而且与复合区间作图法在3个环境中都检测到的QTL相同,表明QGw.caas-3D是一个稳定的主效QTL。     

利用耐低磷选择回交导入系群体定位水稻产量性状QTL

水稻磷素利用率低是影响水稻产量的重要因素之一。为了发掘水稻耐低磷有利基因、培育磷高效品种,选用生产上大面积推广应用的恢复系‘蜀恢527’、‘明恢86’作为轮回亲本,以‘爷驼崽’为供体亲本,构建了2个BC2F4耐低磷选择回交导入系群体。分别在正常施肥量条件下和低磷条件下对2个群体进行产量性状鉴定和分析,同时对2个群体进行了分子标记检测,利用性状-标记间的单向方差分析,对耐低磷选择回交导入系群体的产量性状进行QTL定位。分析结果表明：在不同环境、不同遗传背景下单株有效穗数、每穗实粒数与单株产量之间呈极显著正相关;产量构成因素中,单株有效穗数受低磷胁迫影响较大,是造成低磷条件下减产的主要原因。2个群体在正常条件和低磷条件下共检测到控制单株有效穗数QTL 11个,控制每穗实粒数QTL 10个,控制结实率QTL 10个,控制千粒重QTL 9个,控制单株产量QTL 13个;检测到一因多效的位点12个。研究结果对低磷品种的选育、相关有利基因的发掘利用和分子标记辅助选择有重要参考作用,选择导入系也为耐低磷育种提供了材料。     

影响水稻穗部性状及籽粒碾磨品质的QTL及其环境互作分析

利用优质恢复系测258为轮回亲本与粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC₁F₇回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)和碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)的主效QTL并剖析其环境互作效应。双亲在穗实粒数、千粒重、粒长和粒宽及整精米率等性状上存在显著差异。各产量相关性状间呈极显著正相关,而与千粒重和粒长呈极显著负相关。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。在南宁和三亚环境下检测到影响产量相关性状、粒型及碾磨品质的主效QTL共计57个,包括二次枝梗数的6个,穗实粒数4个,穗总粒数、粒重和穗重各5个,粒长9个,粒宽7个,粒厚1个,糙米率4个,精米率5个和整精米率6个,分布在除第11染色体外的所有染色体上。多数影响枝梗数、穗粒数和粒重的QTL成簇分布,而且与影响BR、MR和HR的QTL分布在不同染色体区域。在第2、第3、第4、第5和第6染色体上鉴定出影响穗粒数、粒重、粒型及碾磨品质的重要QTL,这些QTL在以往不同遗传背景和环境下被多次检测到。在第8染色体RM152~RM310区间鉴定到1个影响粒长和粒宽的新的QTL,能同步增加粒宽和粒长。鉴定出的这些稳定表达的QTL具有标记辅助选择育种的应用价值。整精米率是受环境影响最大的性状,其QTL的环境互作效应明显。对QTL的环境互作效应特点及其在品种标记辅助改良中的作用进行了深入探讨。     

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。     

利用F2和F3群体定位水稻粒形和千粒重QTL

水稻籽粒的粒长、粒宽和粒厚共同塑成了水稻粒形,并决定水稻籽粒的千粒重及外观品质,而千粒重是决定水稻产量三要素之一。本研究以籼型温敏核不育系广占63-4S为母本,以大粒籼稻TGMS29为父本杂交衍生的F2和F3群体,对影响水稻籽粒粒形和千粒重的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)进行定位。2014年和2015年检测到影响籽粒粒长的QTL 5个,粒宽QTL 8个,粒厚的QTL 4个,千粒重QTL 4个。其中,两年重复检测到2个粒长QTL,分别位于第1染色体RM1和RM490之间,可解释的表型变异为21.3%、22%,和第2染色体RM240和RM208之间,可解释的表型变异为12.8%、15.7%。两年均被检测到的粒宽QTL位于第3染色体RM251和RM571之间,可解释表型变异分别为53.60%、55.00%。两年均被检测到的千粒重QTL位于第1染色体RM220和RM1之间,可解释表型变异分别为15.1%、15.4%。这些QTLs的鉴定为稻米粒形和千粒重的遗传研究提供了帮助,也为稻米品质和产量的改良提供了宝贵的基因资源。     

小麦D基因组产量性状QTL定位

粗山羊草是普通小麦的D染色体组供体,为了寻找粗山羊草中对小麦产量性状遗传改良有益的基因,通过对四倍体硬粒小麦与粗山羊草杂交合成的双二倍体Am6-1和普通小麦品种Ph85-16的回交一代进行产量性状变异特点分析,发现粗山羊草的D组染色体对小麦的产量性状具有显著影响,千粒重、穗长、穗粒数和每穗小穗数明显高于Ph85-16;同时利用130对SSR引物对几个与产量性状相关的QTL位点进行了定位,初步寻找到4个主效QTL,它们分别为与穗长相关的QSl．sdau-5D,其贡献率为31．58％,与株高相关的QPh．sdau-1D,其贡献率为25．38％,与穗粒数相关的QGs．sdau-5D,其贡献率为44.65％,与千粒重相关的QTgw．sdau-3D,其贡献率为61．62％。     

利用DH群体分析水稻产量与蒸煮品质的遗传相关性

以粳稻农垦57和武运粳8号杂交衍生的DH群体为材,分析了各株系产量和蒸煮品质之间的关系。结果表明,在DH群体中有效穗数、每穗粒数、着粒密度、单株产量与PKV、 HPV、BDV、CPV、SBV、CSV显著或极显著相关,而其他产量性状与品质指标间没有显著的相关关系。利用在亲本间表现多态性的60个SSR标记分析了DH群体各株系的基因型,单标记分析和复合区间作图结果显示,第7染色体上RM234~RM505区间内存在同时控制单株产量、PKV、HPV和CPV的QTL,在第6染色体的RM454~RM162同时存在控制着粒密度、BDV、SBV的QTL。没有发现共同控制单株产量和最能反映蒸煮品质的BDV和SBV的相关QTL。总之,水稻产量和蒸煮品质性状确实存在一定程度的相关性,但通过优化产量构成因子的结构,选择合适的品质性状相关基因可以实现优质与高产的重组,从而培育优质、高产水稻新品种。     

利用极端材料定位水稻粒形性状数量基因位点

利用极端大粒材料GSL156(千粒重71.9 g)与特小粒材料川七(千粒重12.1 g,轮回亲本)杂交、回交获得的BC₂F₂ 216个个体为作图群体,在北京进行稻谷粒长、粒宽、粒厚、长宽比、千粒重等粒形性状的鉴定。采用单标记分析和复合区间作图法,利用SSR标记对粒形性状进行数量性状基因座检测。结果表明,上述粒形性状在BC₂F₂群体均呈正态连续分布,表现为由多基因控制的数量性状;共检测到与粒形性状相关的QTL 28个,分布于第1、2、3、4、5、6和12染色体上。其中qGL3-2、qGL3-3、qGT12-1、qGT2-1、qGT5-1、qGW1-1、qGW12-1、qGW2-1、qGW5-1、qRLW3-1、qTGW12-1、qTGW2-1、qTGW3-3和qTGW5-1对表型变异的贡献率分别为13.70%、52.51%、21.13%、18.79%、20.92%、14.59%、18.33%、30.03%、20.05%、24.53%、13.47%、11.43%、21.30%和15.68%,为主效QTL。其中,第3染色体上检测出来的QTL最多。在所有检测到的28个QTL中,6个QTL的增效等位基因来源于小粒亲本川七,而其余QTL的增效等位基因均来源于大粒亲本GSL156,基因作用方式主要表现为加性或部分显性。第3染色体RM7580~RM8208区间是分别与粒宽、长宽比和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,第2染色体的RM7636~RM5812区间、第5染色体的RM3351~RM26区间和第12号染色体的RM1103~RM17区间是分别与粒宽、粒厚和千粒重相关的3个主效QTL的共同标记区间,这些区间对粒形贡献率较大,为进一步精细定位或克隆这些新的粒重或粒形QTL奠定了基础。同时大粒亲本对稻谷粒长、粒宽、粒厚和千粒重等性状的增效作用显著。