水稻黑条矮缩病抗性QTL定位

发掘水稻黑条矮缩病的抗性基因有助于抗病品种的选育,减少黑条矮缩病对水稻生产的危害。本研究构建了包含222个家系的L5494/IR36重组自交系群体。对该群体进行黑条矮缩病的田间诱发鉴定,抗性亲本IR36发病率为28.70%,感病亲本L5494发病率为84.26%,群体发病率范围为11.21%～89.81%。利用134对分子标记构建覆盖12条染色体的遗传连锁图谱,总遗传距离为1475.97 cM,平均标记间距为11.1 cM。利用QTL IciMapping 4.0对抗黑条矮缩病QTL进行分析,共检测到4个QTL,其中第1、第2、第9染色体上QTL的表型贡献率分别为12.64%、16.00%和8.43%,抗病等位基因来自抗病亲本IR36;第6染色体上QTL的表型贡献率为10.82%,抗病等位基因来自感病亲本L5494。在此基础上,利用93-11为供体、日本晴为背景的近等基因系材料,在qRBSDV-1定位区间内检测到来自93-11的抗性QTL。本研究结果为水稻黑条矮缩病抗性基因定位及分子标记辅助选择育种提供借鉴。     

水稻黑条矮缩病抗性资源的筛选和抗性QTL的定位

通过水稻黑条矮缩病的田间鉴定发现,分蘖盛期的病状最为显著,是病症观察的最佳时期。对江苏省311份粳稻品种进行重病区田间鉴定试验,未发现对黑条矮缩病毒(RBSDV)免疫的品种。江苏省目前正在推广的24个主栽水稻品种发病率在10.0%～30.0%之间,曾推广的287份粳稻品种中,71.5%的品种发病率在10.0%～29.0%之间,其余品种发病率在29%以上。来源于日本的粳稻品种Koshihikari的黑条矮缩病发病率相对较低,籼稻高产品种桂朝2号为感病品种。利用Koshihikari/桂朝2号RILs群体进行抗RBSDV的基因定位,结果在第3染色体上标记RM7～RM5748之间检测到1个抗黑条矮缩病的QTL,来自Koshihikari的等位基因增强了水稻黑条矮缩病的抗性,携带抗性位点的家系明显提高了对RBSDV的抗性。本研究结果将为研究水稻黑条矮缩病和水稻抗黑条矮缩病分子育种提供重要信息。     

普通野生稻对南方水稻黑条矮缩病的抗性机制分析及主效QTL定位

南方水稻黑条矮缩病给水稻生产带来巨大的产量损失,开展水稻对该病的抗性机制分析及抗性基因定位,将为抗病品种培育提供材料基础和理论依据。本研究利用QTL-seq技术结合连锁分析定位抗病野生稻材料Y11的抗性主效QTL。结果表明,Y11对南方水稻黑条矮缩病的抗性源于对病毒的抗性而非抗虫性,属于数量性状。此外,在第6染色体上SSR标记RM20148和RM20297之间检测到一个新的南方水稻黑条矮缩病抗性主效QTL qSRBSDV6。本研究初步阐明了普通野生稻对南方水稻黑条矮缩病的抗性机制,定位到一个新的南方水稻黑条矮缩病抗性主效QTL。研究结果将为南方水稻黑条矮缩病的分子育种奠定基础。     

以标记辅助选择改良江苏主栽粳稻品种“淮稻5号”黑条矮缩病抗性

水稻黑条矮缩病是由灰飞虱传播的一种病毒病,最近在江苏、浙江等省暴发给水稻生产造成严重威胁。本研究在前期对水稻黑条矮缩病抗性基因初步定位的基础上,针对第6染色体短臂上紧密连锁的两个抗性QTL,以抗性亲本“明恢63”为供体,感病亲本“淮稻5号”为轮回亲本,通过标记辅助选择,构建了携带目标抗性QTL的系列近等基因系。自然接种和人工接种鉴定表明新培育的近等基因系其发病率较对照轮回亲本下降25%左右,抗性得到显著改良。农艺性状调查结果显示大多数近等基因系其生育期、株高及产量构成性状等与轮回亲本相似,表明目标区段存在较少的累赘连锁。此外,对有关如何实现目标QTL的精细定位,以及利用标记辅助选择聚合多个抗性QTL培育抗病品种的策略也进行了探讨。     

水稻黑条矮缩病抗性评价方法及抗性资源筛选

水稻黑条矮缩病是水稻主要病毒病害之一。目前由于缺乏规模、高效的黑条矮缩病抗性鉴定体系,制约了抗黑条矮缩病水稻资源的发掘,限制了抗黑条矮缩病的育种进程和基础研究。本研究通过分析水稻黑条矮缩病田间鉴定所需灰飞虱的有效接种密度、带毒率及播期等,提出水稻黑条矮缩病田间鉴定有效接种的灰飞虱密度在800万头 hm^-2左右较为合理,而带毒率应不低于5%。并进一步对现有黑条矮缩病人工接种鉴定的循回期、接种虫量、接种时间及虫龄等进行了优化。利用上述鉴定体系,2010年对来源于20个国家的共1240份水稻种质进行黑条矮缩病田间鉴定,初步获得发病率低于10%的品种34个;2011、2012连续两年对该34个品种进行多年多点重复抗性鉴定,发现来自东南亚地区的3个品种Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160连续3年发病率均低于10%,表现较高的黑条矮缩病的抗性。进一步分期播种鉴定的结果表明,Kanyakumari29在3个播期、3个鉴定点的发病率均低于12%,而Madurai 25和Vietnam 160发病率均低于9%。此外,在人工接种条件下Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160的发病率均低于9%。因此,多年多点田间鉴定和人工室内接种鉴定的结果均表明,Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160稳定、高抗黑条矮缩病。综上所述,本研究建立的田间鉴定与室内鉴定相结合的黑条矮缩病鉴定体系准确、可靠,可用于黑条矮缩病的大规模鉴定,该体系的建立及高抗黑条矮缩病水稻资源的发掘为水稻抗黑条矮缩病基因的鉴定及育种利用提供了重要的方法和材料基础。     

水稻品种‘连粳7号’对黑条矮缩病的抗性分析

为分析水稻品种‘连粳7号’对水稻黑条矮缩病的抗性,获得与抗性基因紧密连锁的分子标记,通过田间自然接种和室内人工接种方法,对‘连粳7号’及其与感病品种‘培矮64’衍生来的F_2:3群体进行黑条矮缩病抗性鉴定。结果表明,‘连粳7号’发病率最高为12.25%,最低为5.5%。‘连粳7号’的亲本中,仅‘中粳川-2’的抗性与‘连粳7号’相近。另外,‘连粳7号’对灰飞虱不具有抗性,所以‘连粳7号’对黑条矮缩病的抗性是品种本身对病毒的抗性所致。连粳7号/培矮64 F_2:3群体中,各个家系表型呈现连续分布,并具有超亲分离特点,说明抗性由多基因控制。最终,通过BSA法获得与抗性位点紧密连锁的标记RM287。综上,‘连粳7号’对黑条矮缩病具有较强抗性,抗性来自亲本‘中粳川-2’,标记RM287将为利用分子标记辅助培育抗黑条矮缩病水稻新品种提供有力工具。     

玉米抗穗粒腐病QTL定位

用已构建的包括88个AFLP标记和151个SSR标记的遗传图谱和230个F₂植株用于抗病QTL定位研究,在四川雅安、绵阳对F2株系进行抗病性鉴定,采用复合区间定位法进行抗病QTL检测。在雅安检测到位于第2、3、4、6和9染色体上的抗病QTL 6个,解释表型变异的8.3%~25.7%;在绵阳检测到位于第1、6、7和9染色体上的抗病QTL 4个,解释表型变异的11.3%~26.4%。在10个抗病QTL中,位于第6和第9染色体上的2个同时在两点被检测到,贡献率均超过15%,表明玉米穗粒腐病确实存在遗传抗病性。利用2个环境抗病指数的平均值进行抗性QTL检测,共检测到位于第1、6和7连锁群上的3个抗性QTL,单个QTL的贡献率在8.9%~17.2%之间。结果有助于了解玉米穗粒腐病的抗性机制,并为分子标记辅助选择提供理论支撑。     

玉米抗纹枯病QTL定位

以玉米自交系R15（抗）×掖478（感）的229个F₂单株为作图群体,构建了包含146个SSR标记位点的遗传连锁图谱,全长1 666 cM,平均图距11.4 cM。通过麦粒嵌入法对F2:4群体进行人工接种纹枯病菌,并以相对病斑高为病级划分标准鉴定了玉米纹枯病的抗性。用复合区间作图法分析抗病QTL及遗传效应,共检测到9个抗性QTL,分布于第1、2、3、4、5、6和10条染色体上,单个QTL可解释表型方差的3.72%~7.19%,其中有2个QTL位于染色体6.01抗病基因簇附近。     

水稻株型相关性状的QTL分析

以南方籼型杂交稻恢复系泸恢99和北方粳型超级稻沈农265杂交衍生的重组自交系群体(recombinant inbred lines, RILs)为试验材料, 对株型性状(株高、穗长、分蘖和叶片性状)进行不同环境下的数量性状基因位点(quantitative trait locus, QTL)分析。共检测到39个相关QTL, 分布在水稻第1、第2、第3、第6、第7、第8和第9染色体上, LOD值介于2.50~16.90之间, 有11个QTL能在两年中被检测到。株型相关的QTL在染色体上成簇分布, 主要分布于第1、第6和第9染色体上, 这可能与株型性状间显著或极显著相关有关。其中, 在第9染色体上RM3700B–RM7424区间存在1个QTL簇, 含4个QTL, 即qPH9、qPL9、qFLL9和qSLL9, 这4个QTL在两年中均被检测到。此外, 进一步鉴定出5个能稳定表达的QTL, 其中, qPH8、qFLW6和qSLW6效应较大。这些信息综合反映了株型相关性状遗传的复杂性, 有助于我们更全面地了解和掌握株型性状的遗传基础。     

利用DH群体动态检测水稻抗褐飞虱数量性状基因位点

利用籼粳交珍汕97／武育粳2号F1花培获得的190个双单倍体群体(doubled—haploid population,DH系)及其构建的179个SSR分子标记遗传图谱,通过对DH系群体苗期重复接虫试验和2个不同时期对褐飞虱危害程度进行动态调查,并应用Mapmaker／exp Version3．0和Windows QTL Cartographer V2．0对水稻抗褐飞虱数量性状基因位点(quantative trait locus,QTL)进行动态检测和遗传效应分析。结果表明,在苗期对褐飞虱抗性的检测中,共检测到6个抗性QTL,分别位于第2、3、4、8和10染色体上,各QTL的LOD值分别为2．22-4．64,贡献率为5．04％～13．73％,第3染色体和第4染色体上各有1个OTL的加性效应为正值,表明来自于亲本武育粳2号的这2个位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性,其余4个QTL的加性效应均为负值,表明来自于亲本珍汕97的这些位点的等位基因可以提高水稻对褐飞虱的抗性。     

水稻条纹病毒和介体灰飞虱抗性的QTL分析

水稻品种Kasalath高抗条纹病毒和介体灰飞虱。为剖析不同抗性类型基因之间的关系，利用回交重组自交系群体Nipponbare/Kasalath//Nipponbare分析了对条纹病毒和介体灰飞虱抗性的数量性状基因座。结果在第11染色体S2260–G257标记区间检测到1个与条纹病毒抗性相关的QTL（qSTV11），LOD值为9.2, 贡献率为35.79%；在第3染色体R1618–C595 和R2170–C1135标记区间各检测到1个与介体灰飞虱抗性相关的QTL (qSBPH3-a, qSBPH3-b)，LOD值和贡献率分别为3.12和2.96, 11.69% 和11.36%,表明条纹病毒和介体灰飞虱抗性由不同基因所控制,而且两者之间不相关。此外，还分别检测到两对与条纹病毒和介体灰飞虱抗性相关的上位性QTL，暗示水稻对条纹病毒和介体灰飞虱的抗性受主效和上位性QTL的共同影响。进一步分析发现SSR标记BJ11-8与qSTV11紧密连锁, 为分子标记辅助选择高抗条纹叶枯病水稻品种提供了基础。     

基于染色体片段置换系群体检测水稻株型性状QTL

株型是由多个形态和生理性状集成的复合性状,它与水稻产量密切相关。挖掘优异株型等位基因或QTL,对水稻超高产育种具有重要意义。本研究利用籼稻昌恢121和粳稻Koshihikari构建的208个染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSLs),在3个环境下,对控制株高、剑叶形态和分蘖数的QTL进行检测,共鉴定到35个株型性状QTL,分布于11条染色体上(除9号染色体以外),解释表型变异2.00%～22.86%。值得关注的是qPH-1-1、qFLW-6和qFLA-3均能在3个环境下被检测到,其中qFLW-6为1个新鉴定到的剑叶宽QTL。对qPH-1-1和qFLA-3位点进行鉴定,验证了这2个位点等位基因的加性效应和环境稳定性。本研究为株型性状QTL的进一步精细定位、克隆及分子辅助聚合育种奠定了基础。     

QTL analysis for the resistance to small brown planthopper (Laodelphax striatellus Fallén) in rice using backcross inbred lines

Small brown planthopper (SBPH) is a serious pest of rice ( Oryza sativa L.) in China. An indica variety 'Kasalath' is highly resistant to SBPH. A mapping population consisting of 98 BC₁F₉ lines, derived from a backcross of 'Nipponbare'/'Kasalath'//'Nipponbare', was applied to detect quantitative trait loci (QTL) for resistance to SBPH. In the modified seedbox screening test, three QTLs for SBPH resistance were mapped on chromosomes 3 and 11, explaining 49.9% of the phenotypic variance. In the antixenosis test, a total of three QTLs conferring antixenosis against SBPH were detected on chromosomes 3, 8 and 11, which accounted for 36.4% of the total phenotypic variance. In addition, two QTLs expressing antibiosis to SBPH were detected on chromosomes 2 and 11, explaining 13.8% and 14.7% of the phenotypic variance, respectively. Qsbph11e , Qsbph11f and Qsbph11g were located in the region between S2260 and G257 on chromosome 11, indicating that the locus is significant in conferring resistance to SBPH in 'Kasalath'. The molecular markers linked to these QTLs should be useful in the development of varieties with horizontal resistance to SBPH.     

Identification of Quantitative Trait Loci Associated with Aluminum Tolerance in Rice (Oryza Sativa L.)

Summary Quantitative trait loci (QTL) analysis for Al tolerance was performed in rice using a mapping population of 98 BC₁F₁₀ lines (backcross inbred lines: BILs), derived from a cross of Al-tolerant cultivar of rice (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) and Al-sensitive cultivar (cv. Kasalath). Three characters related to Al tolerance, including root elongation under non-stress conditions (CRE), root elongation under Al stress (SRE) and the relative root elongation (RRE) under Al stress versus non-stress conditions, were evaluated for the BILs and the parents at seedling stage. A total of seven QTLs for the three traits were identified. Among them, three putative QTLs for CRE (qCRE-6, qCRE-8 and qCRE-9) were mapped on chromosomes 6, 8 and 9, respectively. One QTL for SRE (qSRE-4) was identified on chromosome 4. Three QTLs (qRRE-5, qRRE-9 and qRRE-10) for RRE were detected on chromosomes 5, 9, 10 and accounted for 9.7–11.8% of total phenotypic variation. Interestingly, the QTL qRRE-5 appears to be syntenic with the genomic region carrying a major Al tolerance gene on chromosome 6 of maize. Another QTL, qRRE-9, appears to be similar among different rice populations, while qRRE-10 is unique in the BIL population. The common QTLs for CRE and RRE indicate that candidate genes conferring Al tolerance in the rice chromosome 9 may be associated with root growth rates. The existence of QTLs for Al tolerance was confirmed in substitution lines for corresponding chromosomal segments. These results also provide the possibilities of enhancing Al tolerance in rice through using marker-assisted selection (MAS) and pyramiding QTLs.     

Analysing genetic control of cooked grain traits and gelatinization temperature in a double haploid population of rice by quantitative trait loci mapping

Cooking quality in rice grains is a complex trait which requires improvement. Earlier reports show varying genetic influence on these traits, except for a common agreement on waxy (Wx) and alkali degeneration (Alk) loci on chromosome 6. The present study involved 86 doubled haploid lines derived from an indica × japonica cross involving IR64 and Azucena. Grain parameters viz., raw grain length (RGL), raw grain breadth (RGB), cooked grain length (CGL), cooked grain breadth (CGB), gelatinization temperature (GT), grain shape (RGS), length elongation ratio (LER) and breadth expansion ratio (BER) were subjected to mixed model mapping of quantitative trait loci (QTL). Segregation data of 175 markers covering a distance of 2395.5 cM spanning the entire genome were used. Fifteen main effect QTLs were detected spread over the genome, except on chromosomes 4, 8 and 11. Thirty epistatic interactions significantly influencing the traits were detected. Twelve of the main effect QTLs were involved in epistatic interactions. One main effect QTL associated with LER was detected near Alk locus. QTLs located for grain length on chromosomes 9 and 10 are reported for the first time. Detection of many epistatic loci and involvement of main effect QTLs in interactions demand for judicious selection of QTLs in marker-assisted selection programmes.     

利用Mudgo/武育粳3号F2群体分析水稻抗灰飞虱QTL

灰飞虱是我国水稻生产上的重要害虫。Mudgo是一个高抗灰飞虱的籼稻品种,对灰飞虱具有强的排驱性和抗生性抗性。利用Mudgo/武育粳3号F₂群体,构建了含有177个单株的F₂群体的遗传连锁图谱。该连锁图包含104个SSR标记和3个Indel标记,覆盖整个水稻基因组1 409.9 cM,每两个标记之间的平均距离为13.2 cM。采用改进的苗期集团筛选法对177个F_2:3家系进行了抗性鉴定,通过Windows QTL Cartographer 2.5进行复合区间作图分析,在第2、3、12染色体上分别检测到抗灰飞虱QTL Qsbph2b、Qsbph3d和Qsbph12a,分别位于标记RM5791~RM29、RM3199~RM5442和I12-17~RM333 1之间,单个LOD值分别为3.25、3.11和6.82,贡献率分别为17.3%、15.6%和35.8%,各QTL增强抗性的等位基因效应均来自Mudgo。其中Qsbph12a与标记RM3331和I12-17紧密连锁。结合表型鉴定的结果,Qsbph12a应为抗灰飞虱主效QTL,与该位点紧密连锁的标记可用于抗灰飞虱快速选择辅助育种。