中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析 II. 优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上, 本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析, 通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值做比较, 估计等位变异的潜在表型效应增量(减量), 进一步利用该信息估计位点增效(减效)等位变异的平均效应, 鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异, 可根据育种目标性状选择要求, 选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联, 其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小; 等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足, 并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

中国栽培和野生大豆农艺及品质性状与SSR标记的关联分析Ⅱ.优异等位变异的发掘

在前文研究已检出与农艺品质性状显著关联的SSR位点的基础上,本文进一步对与性状关联位点的等位变异作解析,通过将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因（null allele）材料表型均值做比较,估计等位变异的潜在表型效应增量（减量）,进一步利用该信息估计位点增效（减效）等位变异的平均效应,鉴别出一批农艺品质性状优异位点、等位变异及携带优异等位变异的载体材料。发现在栽培及野生种质中检出的优异等位变异有同、有异、有互补性。发现关联位点正、负效应等位变异均值间有差异,可根据育种目标性状选择要求,选取适合的位点及相应等位变异。同一标记位点可与多性状关联,其等位变异在不同性状间各有其表型效应的方向和大小;等位变异在相关性状效应上方向、大小的异同解释了性状间正、负相关的遗传原因。关联作图得到的信息可以弥补家系连锁法QTL定位信息的不足,并直接利用等位变异信息进行亲本选拔、组合选配及后代等位条带辅助选择以提高育种成效。     

亚洲地区中、外大豆品种幼苗期耐淹性与SSR标记的关联分析

利用自然群体进行关联分析是检测目标性状QTL、揭示其遗传基础的有效方法。对国内黄淮和南方地区和东亚、东南亚、南亚291份大豆品种幼苗期耐淹性和64个SSR标记的关联分析结果表明,整个群体由国内和国外2个不同的亚群体组成,2个亚群均存在连锁不平衡。在群体1(国内)中分别检测到相对死苗率、相对失绿率、相对萎蔫率的关联位点3、7和12个,群体2(国外)中相应位点6、3和5个;多个位点兼与2个或者3个耐淹性状关联;部分关联位点与连锁定位结果一致。在2个群体中分别筛选出3个耐淹性状减效最大(最耐淹)的优异等位变异24个和22个。相对死苗率优异等位变异在黄淮、南方地区5个主要系谱中分布不同,育种轮次间有波动。结合基因型和耐性表现,从国内材料中优选出合豆2号、黔豆3号、诱变31、南农493-1,从国外材料中优选出PI208432、PI377576、PI481690等耐淹载体材料,为耐淹育种奠定材料和标记辅助选择育种的基础。     

甜瓜果实性状EST-SSR位点及优异等位变异分析

为发掘甜瓜果实上重要性状的QTL、优异等位变异及其携带优异等位基因的载体材料。利用一般线性模型对192份甜瓜种质的果实表型和41个SSR标记基因型进行关联分析,通过无效等位基因统计相关位点等位变异的表型效应。结果获得显著关联位点12个,其等位变异中,HNM15-158、HNM26-260、HNM45-210和HNM24-143分别是果实单重、可溶性固形物、果实纵径和果实肉厚的增效效应最大的等位基因,对应典型载体材料分别为PI-143215(1)、PI-136192、PI-313970和PI-145594。发掘甜瓜果实性状关联位点优异等位变异不仅可以为甜瓜分子标记辅助育种提供标记信息,还可以促进后续功能基因研究的发展。     

新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性及纤维品质性状SSR关联分析

【目的】探究新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性,发掘特异种质资源和与纤维品质相关的优异等位变异。【方法】以219份新疆早熟陆地棉种质资源为材料,在3个环境下对此群体的15个农艺性状进行鉴定,用128对简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)引物对该群体进行基因型鉴定,使用NTsys-pc2.1进行遗传多样性分析,用Structure 2.3.1和Tassel 5.0对此群体纤维品质性状进行关联分析,依据表型效应值挖掘携带优异等位变异的典型材料。【结果】128对标记在219份资源材料群体中共扩增出244个位点,平均每个标记扩增出1.91个位点;多态信息含量范围为0.13～0.86,平均为0.63;此群体材料间遗传相似性系数分布范围为0.42～0.99,平均为0.61,遗传相似系数在0.5～0.7的占90.19%。通过关联分析检测到11个与纤维品质性状显著关联的标记(P0.01),发掘出7个携带特异等位变异的典型材料。【结论】219份新疆早熟陆地棉种质资源遗传多样性低,基于SSR关联分析发掘了一些与纤维品质性状相关的优异等位变异及典型材料。     

粳稻育成品种种子耐贮性的SSR关联分析

旨在发掘粳稻育成品种中与种子耐贮性相关联的优异等位变异和携带优异等位变异的载体材料。利用太湖流域和黑龙江省粳稻育成品种构成的群体为实验材料,调查了100 个品种种子耐贮性指数,利用259 对SSR标记对基因组进行扫描,采用Structure 软件进行群体分析,根据GLM(general linear model)方法对标记与耐贮藏性状进行关联分析;并以携带无效等位基因(null allele)材料的表型均值作为对照,鉴别出携带优异等位变异的载体材料。（1）太湖流域粳稻育成品种的耐贮藏能力、遗传多样性高于黑龙江省;（2）与种子耐贮性关联的标记总计有71 个,与苗高关联的SSR标记有17 个,贡献率最大的是RM6811(50.54%),增加表型效应值最大的等位变异是RM5753-215,载体材料为‘台粳16 号选紫’;与根长关联的SSR 标记有26 个,贡献率最大的是RM5753(49.3%),增加表型效应值最大的等位变异是RM5753-207,载体材料为‘垦稻12 号’;与干重关联的SSR 标记有28 个,贡献率最大的是RM5340(50.49%)和M24481 (50.51%),增加表型效应值最大的等位变异是RM180-101,载体材料为‘连粳4号’。     

新疆陆地棉经济性状优异等位基因位点的遗传解析

【目的】基于SSR(Simple sequence repeat,简单序列)标记展开对陆地棉经济性状的关联分析,挖掘优异等位变异位点,解析新疆陆地棉经济性状的遗传基础,为新疆陆地棉的遗传机理研究和高效的陆地棉分子设计育种提供理论依据。【方法】利用筛选出覆盖棉花全基因组的73对SSR标记对新疆156份陆地棉品种进行多态性扫描;采用R语言绘制boxplot图,利用TASSEL软件进行关联分析,挖掘与产量、纤维品质性状相关联的优异等位变异位点。【结果】通过对6个环境下新疆陆地棉品种的产量、品质相关性状进行关联分析,获得与产量性状相关的等位变异位点10个,表型变异解释率为6.69%～9.88%,平均值为8.43%;与纤维品质性状相关的等位变异位点23个,表型变异解释率为3.73%～13.22%,平均值为7.52%。其中22个QTL(Quantitative trait locus)已被报道,有10个QTL的关联性状与前人研究一致。【结论】新疆陆地棉品种的群体遗传结构简单,连锁不平衡水平低,6个环境条件下表型性状变化趋势较稳定。基于SSR的关联分析,发掘了与产量和纤维品质相关的优异等位变异基因及聚合优异等位基因位点的典型材料。     

利用关联分析发掘小麦自然群体旗叶叶绿素含量的优异等位变异

为揭示小麦自然群体干旱胁迫条件下旗叶叶绿素含量的变化, 筛选相关标记的优异等位变异, 以262份小麦种质资源组成的自然群体为材料, 分别种植在北京的2个试验地点, 均设雨养和灌溉处理, 于开花期和灌浆期检测旗叶叶绿素含量。以分布于21条染色体的169个SSR标记检测所有材料的基因型, 利用STRUCTURE 2.3.2软件分析群体结构, 用TASSEL软件的MLM (mixed linear model)方法对小麦自然群体的旗叶叶绿素含量进行关联分析。在此基础上, 将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值比较, 估计等位变异的表型效应, 鉴别优异等位变异。共检测到2048个等位变异, 每位点2~37个等位变异, 平均12个。每位点的标记多态性信息量(PIC)为0.008~0.936, 平均0.628。在22个标记位点共检测出40个(次)与旗叶叶绿素含量极显著的关联, 其中11个标记位点有2次以上的关联, Xwmc419-1B和Xgwm501-2B分别有3次关联。在Xcfa2123-7A、Xgwm232- 1D和Xgwm429-2B位点分别检测到效应值大于4.0的等位变异。     

水稻耐盐碱胁迫优异等位变异的发掘

本研究以281个水稻品种构成的自然群体为试验材料,调查了盐、碱胁迫下水稻种子萌发能力相关性状,选择260对SSR标记对基因组进行扫描,采用Structure软件进行群体分析,利用GLM（General Linear Model）方法对标记与幼苗耐盐碱能力进行关联分析;并以试验材料表型均值为对照,鉴别出携带优异等位变异及载体材料。检测到15个与盐胁迫下种子萌发能力关联的SSR位点,其中第10条染色体上分别与标记RM184和RM171连锁位点的贡献率较大,达到29.51%和31.67%,优异等位变异RM184-211表型效应值最大为0.31,载体材料为‘滇屯502选早’。检测到与碱胁迫下种子萌发能力相关联的20个SSR位点,其中第3染色体与RM168和第4染色体与RM6314连锁位点的贡献率较大,分别达到39.17%和50.02%,优异等位变异RM6314-179表型效应值最大为0.58,载体材料为‘越6(N202)’。     

大豆育成品种农艺性状QTL与SSR标记的关联分析

利用85个SSR标记,对大豆育成品种群体(190份代表性材料)的基因组进行扫描,在检测群体结构基础上搜索连锁不平衡位点,并采用TASSEL软件的GLM方法对11个大豆农艺性状QTL进行关联分析。结果表明：(1) 在公共图谱上共线性或非共线性的SSR位点组合均广泛存在连锁不平衡(LD),但不平衡程度D′>0.5的组合数只占总位点组合的1.71%,共线位点D′值随遗传距离衰减较快;(2) SSR数据遗传结构分析表明,育成品种群体由7个亚群体组成,矫正后全群体共有45个位点累计136个位点(次)与11个大豆农艺性状QTL关联,其中22个位点(次)与家系连锁定位的QTL区间相重,有43个位点(次) 2年重复出现;(3) 一些标记同时与2个或多个性状关联,可能是性状相关或一因多效的遗传基础;(4) 育成品种群体关联位点与地方品种群体和野生群体只有少数相同,群体间育种性状的遗传结构有相当大差异;(5) 发掘出农艺性状优异等位变异及其载体品种,包括增效最大的产量等位变异Satt347-300 (+932 kg hm^-2,中豆26),生物量等位变异Satt365-294(+3 123 kg hm^-2,黄毛豆),蛋白质含量等位变异Be475343-198 (+0.41%,淮豆4号),脂肪含量等位变异Satt150-273 (+2.32%,科丰15)等。在此基础上作了设计育种的探讨。     

中国栽培和野生大豆农艺品质性状与SSR标记的关联分析 I. 群体结构及关联标记

关联作图是一种利用连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)检测自然群体中基因位点及其等位变异的方法。利用60个SSR标记, 对全国大豆地方品种群体(393份代表性材料)和野生大豆群体(196份代表性材料)的基因组变异进行扫描, 分析两类群体的连锁不平衡位点、群体结构, 并采用TASSEL软件的GLM (general linear model)方法对16个农艺、品质性状观测值进行标记与性状的关联分析。结果表明: (1)在公共图谱上不论共线性的或是非共线性的SSR位点组合都有一定程度的LD, 说明历史上发生过连锁群间的重组; 栽培群体的连锁不平衡成对位点数较野生群体多, 但野生群体位点间连锁不平衡程度高, 随距离的衰减慢。(2) 群体SSR数据遗传结构分析发现, 栽培群体和野生群体分别由9和4个亚群体组成, 亚群的划分与群体地理生态类型相关联, 证实地理生态类型划分有其遗传基础。(3) 栽培群体中累计有27个位点与性状相关; 野生大豆种质中累计有34个位点与性状相关。部分标记在两类群体中都表现与同一性状关联, 检出的位点有一致性, 也有互补性; 一些标记同时与2个或多个性状相关联, 可能是性状相关乃至一因多效的遗传基础; 关联位点中累计有24位点(次)与遗传群体连锁分析定位的QTL一致。     

大豆Soja亚属内种子大小的遗传差异及半野生类型分类归属

Soja亚属包括野生、半野生和栽培大豆三种类型,其中半野生型变异丰富,与野生和栽培大豆形态重叠。然而半野生大豆是属于野生种内还是栽培种的变异类型还存在争议。本研究使用421份包括两组野生大豆百粒重类型、三组半野生大豆百粒重类型和小粒秣食豆类型大豆地方品种对Soja亚属内进行了SSR标记的遗传多样性差异评价和对半野生大豆的分类地位归属问题进行了分析。结果显示,小粒组野生大豆(2.5g以下)和大粒组(2.5~3.0g)有明显的分化。大粒野生大豆和小粒半野生大豆(3.01~5.0g)遗传关系密切,百粒重5.01~10.0g和超过10.0g的半野生大豆组遗传关系密切。大粒野生大豆在遗传上与半野生大豆类型密切。从小粒野生大豆到大粒半野生大豆各类型的遗传分化与它们的百粒重大小有密切关联,即使与小粒秣食豆的百粒重相重叠甚至超过小粒秣食豆的半野生大豆都与小粒栽培大豆有显著的遗传差异。我们所获得的结果清楚地表明:半野生大豆属于野生种内的变异而非栽培种内变异。百粒重大小可以当作评价野生大豆物种内的遗传分化或进化程度的主要指标之一有其遗传上的理论依据。     

大豆百粒重相关基因的全基因组发掘分析

百粒重是大豆重要的产量性状之一,利用正向和反向遗传学方法鉴定与籽粒大小/粒重相关的基因具有重要的理论和实践意义。利用拟南芥和水稻等模式植物中已明确功能的调控籽粒大小/粒重的基因,基于序列相似和结构域相同的原则,在大豆全基因组内筛选到175个同源基因,通过基因表达谱分析发现有22个基因在大豆种子中特异性表达。利用56份大豆种质资源重测序数据查找这些基因内的SNP位点,共得到2769个SNP位点,从中筛选得到在野生大豆和栽培大豆中分化明显的SNP位点121个。通过扩增测序对其中的16个导致非同义变异的SNP位点进行验证,发现有5个SNP位点在野生大豆中为一种变异,而在栽培大豆中为另一种变异。利用2368份大豆种质资源的重测序数据获得了其中的4个SNP位点的变异数据,结合其中1695份材料的百粒重表型分析,发现每个SNP位点对应的野生和突变基因型材料的百粒重表型间都存在极显著差异,并且每个SNP位点中野生基因型材料的百粒重大部分≥12g,突变基因型材料的百粒重大部分＜12g,因此上述4个SNP位点所在的基因（Glyma.05G019800、Glyma.07G022800、Glyma.13G259700和Glyma.13G261700）可能与大豆籽粒大小/粒重的调控有关。获得了与大豆百粒重相关的4个候选基因,为大豆百粒重QTL的精细定位和功能标记的开发以及调控大豆籽粒大小/粒重的基因的功能研究提供了参考。     

Inheritance of seed weight and growth habit in 10 intercross chickpea (Cicer arietinum) nested association mapping populations

Objective of investigation

Chickpea is a major global food legume for which seed weight and plant growth habit are important yield and harvestability components for plant breeding. This study tested seed weight and plant growth habit inheritance and identified quantitative trait loci (QTL).

Experimental material

A 10 nested association mapping (NAM) populations of chickpea were created from crosses between ‘Gokce’, a cultivar and wild crop relative accessions of Cicer reticulatum and Cicer echinospermum. Families were then developed to the F2:4 generation.

Method of investigation

A 10 families were grown at the Field Experiment Station, Harran University near Şanlıurfa, Turkey during 2019.

Data collection

A 100-seed weight and prostrate or erect growth habit was scored in the field. Two families were genotyped for 60 single-nucleotide polymorphisms (SNP).

Result and conclusions

A 100-seed weight showed polygenic control, and three QTLs were found. Growth habit was controlled by one or two QTLs. The two traits were significantly correlated for five populations. The crop wild relatives of chickpea contain variations at novel loci affecting seed weight compared to the literature.     

大豆叶柄角的QTL定位分析

叶柄角是大豆株型的重要构成因素,影响大豆冠层结构、光合作用效率以及最终产量。解析大豆叶柄角的遗传基础对提升大豆产量具有重要意义。本研究以2个叶柄角具有显著差异的亲本BLA和SLA以及它们衍生的RIL群体为材料,构建高密度的遗传图谱,对大豆不同部位的叶柄角进行QTL分析,并利用近等基因系验证部分QTL。遗传分析结果显示,叶柄角呈连续正态分布,符合数量性状遗传特征。利用GBS技术构建了包含859个Bin标记的大豆高密度遗传图谱,总遗传长度为2326.9cM,标记间平均距离为2.763cM;共检测到14个调控叶柄角的QTL,LOD值在2.58~4.80之间,可解释遗传变异范围在6.9%~12.4%之间,其中5个QTL定位在第12染色体上且成簇存在;构建的qLA12和qLA18的近等基因系表型结果显示,叶柄角在同一对近等基因家系间差异显著,表明qLA12和qLA18是2个可信的QTL。本研究为进一步克隆调控叶柄角功能基因奠定了基础,为大豆理想株型育种提供了遗传材料。     

利用非条件和条件QTL解析油菜产量相关性状的遗传关系

基于前期研究中构建的Sollux/Gaoyou DH群体在9个环境中的表型数据和新版遗传图谱,对油菜角果长度进行QTL定位,估测QTL的加性、上位性和环境互作效应。并通过条件QTL方法,解析角果长度与角果粒数和粒重之间的遗传关系,以期利用标记辅助,探讨通过选择角果长度基因型以增加角果粒数、提高千粒重,最终达到增加产量的可能性。结果共检测到在3个环境以上稳定表达的控制角果长度QTL 8个,加性效应值在0.09~0.26 cm之间,效应总和解释群体遗传总变异的60%。8对上位性QTL效应值在0.035~0.075 cm之间,效应总和为加性总效应的38%。QTL与环境互作效应只在少数位点和个别环境中显著。条件QTL研究表明,q SLA2、q SLC1-2和q SLC8-1位点,角果长度的变化对角果粒数影响较大;而通过选择q SLA7、q SLC1-2、q SLC8-1和q SLC8-2长角果标记基因型,可望同时提高角果粒数和千粒重。6个主效QTL 11个连锁标记基因型和表现型的关联分析,验证了条件QTL分析结果,表明通过对q SLA2、q SLA7、q SLC8-1和q SLC8-2位点6个连锁标记(ZAAS423、SUC1-3、ZAAS12a、ZAASA7-28、ZAAS433和ZAAS437)长角果基因型的聚合,可增长角果约2 cm,间接增加角果粒数2粒,同时提高千粒重0.4 g,从而可望实质性地提高油菜产量水平。     

大豆产量和产量构成因子及倒伏性的QTL分析

随机选取中豆29×中豆32重组自交系群体中165个家系作为2年田间试验材料,分析大豆单株产量、产量构成因子及倒伏性等性状的相关性和遗传效应,并检测各性状QTL。结果表明,38个与产量、产量构成因子及倒伏性状等有关的QTL,主要集中在C2、F和I连锁群。表型相关分析结果与QTL定位结果一致。在F连锁群上,2年均检测到倒伏QTL qLD-15-1,解释的表型变异超过20%,与百粒重和分枝荚数QTL分别位于相同和相邻标记区间,表明产量相关性状与倒伏性存在一定的关联。在I连锁群上,每荚粒数QTL和二、三、四粒荚数QTL不仅于同一位置,解释的表型变异为32%~65%,并且2个年份均重复出现,每荚粒数和四粒荚数QTL与二、三粒荚数QTL的增效基因分别来自不同的亲本。这4个粒荚性状QTL的共位性与表型相关分析结果一致,证实每荚粒数和四粒荚数与二、三粒荚数分别由不同的机制调控,对于育种上探讨以改良大豆粒荚性状为途径提高大豆产量,提供了重要依据。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。