基于高密度SNP标记对玉米穗部相关性状的QTL定位及候选基因分析

以T32和齐319为亲本构建118份F2∶3家系的双亲分离群体为材料,通过对不同家系的穗部性状进行评价,结合高密度SNP标记的基因型鉴定结果,利用IciMapping4.2软件中的复合区间作图法对5个穗部相关性状(穗长、穗粗、穗行数、行粒数和秃尖长)进行QTL定位。结果表明,共检测到16个QTL,其中,控制穗长、穗粗、穗行数、行粒数和秃尖长的QTL分别为3、2、4、2和5个,单个QTL可解释2.92%～13.53%的表型变异。结合公共数据库,利用生物信息学分析筛选出4个控制穗部相关性状的候选基因Zm00001d031906、Zm00001d027721、Zm00001d002762和Zm00001d002768。     

利用单片段代换系群体定位玉米株型性状QTL

以优良玉米自交系许178背景的综3单片段代换系群体为基础材料,通过一年两点的田间试验,对株高、穗位高、总叶片数、穗上叶片数、叶面积等植株性状进行QTL分析。结果表明,利用显著性检验方法在两点共检测到5个株型相关性状的72个QTL,包括23个株高QTL、12个穗位高QTL、6个总叶片数QTL、15个穗上叶片数QTL、16个叶面积QTL,其中,有10个株高QTL、3个穗位高QTL、3个总叶片数QTL、2个穗上叶片数QTL和1个叶面积QTL在2个试验环境中同时检测到。     

黄早四及衍生自交系株型性状研究

对黄早四及其31个衍生自交系的株高、穗位高、茎粗、雄穗长度、雄穗分枝数、叶向值6个株型相关性状进行因子分析和性状比较,研究黄早四及其衍生自交系的性状对植株株型和长势贡献率的大小及差异。结果表明:主成分1中,株高、茎粗、雄穗长度对植株生长势贡献较大,相对于黄早四,衍生系株高和雄穗长度普遍增加,而茎粗则有所下降;主成分2中,叶向值、雄穗分枝数和穗位高对株型贡献较大,相对于黄早四,各衍生系的叶向值、雄穗分枝数、穗位高普遍较低;株高、雄穗长度、雄穗分枝数和穗位高的最大值均出现在黄早四的基因型占50%的衍生自交系中。     

大豆耐密植相关性状遗传调控机制研究进展

密植是提高大豆单产的重要技术措施之一,大豆耐密植性是大豆品种的基因型与环境共同作用的结果。影响大豆品种耐密植特性的生长性状主要是株型性状和抗倒伏性等,其中株型性状包括株高、分枝数、叶柄长度和叶片大小等。研究人员通过对不同遗传群体进行解析,获得了多个控制相关表型的QTL位点并提出相关的候选基因。迄今在soybase网站中汇集了238个控制株高性状的QTL和68个与株高相关的QTN,21个与分枝相关的QTL,106个与抗倒伏性或茎秆强度相关的QTL位点。本文综述了大豆耐密植性相关性状遗传调控机制研究进展,以促进大豆耐密植遗传调控研究,为耐密植品种的分子设计育种提供参考。     

多环境下粳稻产量及其相关性状的条件和非条件QTL定位

 为了剖析粳稻产量及其相关性状的遗传基础,利用粳稻品种秀水79×Ｃ堡衍生的重组自交系群体,在3个环境下对全生育期、株高、单株穗数、每穗粒数、百粒重、籽粒产量和生物产量进行了非条件和条件QTL定位。共检测到43个主效QTL和29对上位性QTL。利用非条件QTL定位方法检测到37个主效QTL和26对上位性QTL。其中,籽粒产量定位到3个主效QTL qGY1.2、qGY7.1和qGY9,未检测到上位性QTL。利用条件QTL方法分别将全生育期、株高、穗数、每穗粒数、百粒重和生物产量各自调整到同一水平后,籽粒产量共检测到9个主效条件QTL和3对上位性QTL,其中3个主效QTL与非条件下定位到的相同。位于第9染色体长臂区间RM6570-RM5652的qGY9在非条件及全生育期、株高、穗数、粒数和百粒重调整到同一水平后均可检测到,但加性效应、贡献率并不相同,显示该区间来自C堡的片段能够增加株高、穗数和百粒重从而增加产量。通过条件方法在第3染色体长臂区间RM7097-RM448及第6染色体长臂区间RM162-RM5753上定位到的产量QTL增加籽粒产量的等位基因可以降低株高,缩短生育期。     

基于高通量测序的青稞产量相关性状的基因定位及候选基因挖掘

青稞是青藏高原最具特色的农作物,主要分布在海拔3 000 m以上的高寒地带。为寻找控制青稞的抗倒、早熟以及穗部性状、株高、分蘖等产量相关性状的基因,采用简化基因组测序技术(specific-locus amplified fragment sequencing,SLAF)对300份青稞自然群体进行全基因组测序,对抗倒相关性状和SNP标记检测结果利用MLM和GLM模型进行全基因组关联分析(GWAS),共挖掘到与抗倒性密切相关的分子靶点184个,并筛选出91个可能与青稞抗倒密切相关的基因。采用简化基因组测序技术(genotyping-by-sequencing,GBS)构建包含了3 662个SNP标记,7条染色体遗传图距为160.21～227.21 c M,所有连锁群的平均图距为0.57 c M。利用这一图谱定位了5个与紫粒相关的QTL,在区间内找到5个与花青素合成相关的结构基因和1个调控基因,并进行了功能验证。同时利用该遗传图谱在1H、2H和4H上定位了与早熟相关的QTL 4个;与产量相关的QTL共92个,其中在1H、3H、4H上定位到与株高相关QTL 5个;在2H上定位到与穗数相关QTL 2个;在4H、5H上定位到与穗长相关QTL 2个;在7H上定位到与穗粒数相关QTL 6个;在3H、5H、6H上定位到与穗粒质量相关QTL 9个。     

8622×GY220 F2:3家系植株性状的分离特征及相关分析

利用普通玉米自交系8622与高油玉米自交系GY220杂交构建的F2:3家系为材料,在春播环境条件下对8个植株性状进行了初步分析.结果表明:F1各植株性状介于双亲之间或高于双亲;F2:3家系间各性状均存在极显著差异,并呈连续正态分布,存在明显双向超亲分离;株高与穗位高、顶高、穗上叶片数、雄穗长,穗位高与雄穗长,顶高与顶高/株高、穗上叶片数、雄穗长,穗上叶片数与雄穗分枝数间均呈显著或极显著的表型和遗传正相关;穗位高与顶高、顶高/株高、穗上叶片数间均呈显著或极显著的表型和遗传负相关.     

小麦株高和旗叶相关性状的QTL定位

合理的株型对提高小麦产量、品质、抗性以及光能利用效率具有重要作用。为了实现小麦株型相关QTLs的精细定位和定向改良,本研究以普通小麦品系Shanghai 3/Catbird和Naxos为亲本创制的F10代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)为材料,于2016年和2017年分别在郑州和原阳两地进行表型鉴定,对株高、旗叶长和旗叶宽等株型相关性状进行QTL定位。结合覆盖全基因组的基因型检测结果,利用基于完备区间作图法的QTL IciMapping软件进行遗传连锁图谱构建及QTL分析,共鉴定到3个在多个环境下稳定存在的株型相关性状的新QTLs,分别位于6A和2B染色体上,命名为Qph-6A、Qfll-6A和Qflw-2B,单个QTL在不同环境中可分别解释表型变异的8.33%~13.93%、8.10%~8.18%和9.14%~9.46%。     

利用重测序的水稻染色体片段代换系群体定位剑叶形态QTL

 剑叶形态性状（剑叶长、剑叶宽和剑叶面积）是水稻理想株型育种的重要目标性状之一。发掘新的控制水稻剑叶形态性状的基因资源,准确鉴定和定位水稻剑叶形态性状QTL,对开展水稻剑叶形态性状分子生物学研究和理想株型分子育种都具有重要意义。 以通过高通量测序而准确获知代换片段位置及长度的一套用籼稻品种9311为受体、粳稻品种日本晴为供体构建的,包括128个染色体片段代换系群体为材料,对剑叶形态性状及其与主穗颖花之间的相关性进行分析,结果表明剑叶面积与剑叶长、宽呈极显著正相关,主穗颖花数与剑叶长、剑叶面积呈极显著正相关。利用多元回归分析方法,结合Bin map,共鉴定出与水稻剑叶长、宽和面积相关的QTL分别为4、4和6个,贡献率介于4.08%~60.40%。上述QTL的准确定位,为进一步精细定位及克隆相应QTL以及开展水稻剑叶形态性状分子育种奠定了基础。     

8622×GY220 F2∶3家系植株性状的分离特征及相关分析

利用普通玉米自交系8622与高油玉米自交系GY220杂交构建的F_2∶3家系为材料,在春播环境条件下对8个植株性状进行了初步分析。结果表明：F₁各植株性状介于双亲之间或高于双亲;F_2∶3家系间各性状均存在极显著差异,并呈连续正态分布,存在明显双向超亲分离;株高与穗位高、顶高、穗上叶片数、雄穗长,穗位高与雄穗长,顶高与顶高/株高、穗上叶片数、雄穗长,穗上叶片数与雄穗分枝数间均呈显著或极显著的表型和遗传正相关;穗位高与顶高、顶高/株高、穗上叶片数间均呈显著或极显著的表型和遗传负相关。     

普通×爆裂玉米自交系F7重组近交系植株性状初步分析

利用普通玉米自交系丹232与爆裂玉米自交系N04为亲本构建了含有259个家系的重组近交系(RILs)群体,对株高、穗位高、顶高、顶高/株高、茎粗、穗上位叶片数、叶面积、雄花分枝数、雄穗长9个植株性状初步分析。结果表明：RILs群体各性状分离明显,且基本符合正态分布,表现为数量性状遗传特点,是一个较为理想的作图群体。但RILs系内各性状都存在不同程度的变异,需要增加自交代数。     

不同供氮水平下玉米株型相关性状的QTLs定位和上位性效应分析

用自交系Mo17与黄早四构建的RIL群体239个株系及双亲为研究材料,在高氮(施N300kg/hm2)和低氮(不施N)条件下,测定株高、穗位高、单株总叶数、穗位叶长、穗位叶宽和穗位叶面积等株型相关性状。采用QTLMapper1-6统计软件检测控制这些性状的加性效应QTLs和加性×加性上位性QTLs,共检测到19个加性效应QTLs和14对上位性QTLs,定位在玉米所有染色体上,其中1个加性效应QTL控制株高;3个加性效应QTLs和3对上位性效应控制穗位高;4个加性效应QTLs和3对上位性效应与单株总叶数有关;有4个加性效应QTLs和3对上位性效应影响穗位叶长;2个加性效应QTLs和3对上位性效应控制穗位叶宽;5个加性效应QTLs和2对上位性效应控制穗位叶面积。对应用分子标记辅助育种选育玉米株型的可能性进行了讨论。     

玉米子粒氮浓度全基因组关联分析

利用 253 份玉米自交系为关联群体，利用一般线性模型(GLM)、混合线性模型(MLM)、固定和随机模型交替概率统一(FarmCPU)和基因组相关预测集成工具(GAPIT)，分别对其子粒氮浓度进行全基因组关联分析。结果表明，共鉴定 25个与子粒氮浓度显著关联的 SNP(P<1.72E-05)。其中，GLM、FarmCPU和GAPIT方法分别检测到12、15和1个位点。S3_202120604、S1_2007087 47和S5_10258682在GLM和FarmCPU两种方法中均能检测到。Bin1.06、Bin3.07、Bin5.04、Bin1.07和Bin5.02可能是影响子粒氮浓度的重要区段。共挖掘30个相关候选基因，其中 Zm00001d031747、Zm00001d031749、Zm00001d031753、Zm00001d043502和Zm00001d01339等可能是影响玉米子粒氮浓度的关键候选基因。     

玉米黄改骨干系植株性状的利用潜力评价

利用NCII设计,对玉米生产上常用的5个骨干黄改系的株型性状进行配合力及遗传参数分析。结果表明,株高与雄穗长呈极显著正相关,与雄穗分枝数呈极显著负相关;雄穗分枝数与雄穗长、穗位高和棒三叶夹角呈极显著负相关。雄穗长、雄穗分枝数和穗位高的遗传力较高,适宜在早代选择;株高和棒三叶夹角的遗传力较低,适宜在高代进行选择。黄改系lx9801的株高和雄穗长一般配合力高,特殊配合力方差大,在杂交组合的株高和雄穗长选配中具有重要的利用价值;浚926和浚928的利用应注意改良其穗位偏高的缺点。自交系昌7-2在株高上的特殊配合力和总配合力效应都较好,雄穗分枝数多,适合作父本;自交系K17的株高特殊配合力方差大,穗位高的总配合力效应小,在降低穗位高方面具有较大的利用潜力。     

玉米雄穗相关性状QTL分析

以掖478和齐319构建染色体片段代换系群体（CSSLs），分析石家庄、新乡、昌平、顺义4个地点的雄穗主轴长（TL）和雄穗分枝数（TBN）的表型鉴定数据。结果表明，在2个以上环境中共检测到27个雄穗主轴长QTL，分布在1、2、3、4、5、7、8、9和10号染色体上，其中，1号染色体上雄穗主轴长QTL位点最多；共检测到23个雄穗分枝数QTL，分别位于1、2、4、6、7、8和10号染色体，其中，1号染色体上雄穗分枝数QTL位点最多。验证了北方春玉米环境稳定的3个雄穗主轴长QTL和10个雄穗分枝数QTL，发掘到黄淮海环境特异的5个雄穗主轴长QTL和3个雄穗分枝数QTL。在4个环境下均能检测到5个雄穗主轴长QTL（qTL1-3、qTL1-4、qTL2-1、qTL3和qTL4-2）和1个雄穗分枝数QTL（qTBN1-7），可为控制雄穗主要性状的基因克隆和机理解析提供参考。     

Application of Molecular Markers in Breeding for Nitrogen Use Efficiency

Summary

Nitrogen use efficiency (NUE) is defined as dry matter yield produced per unit of N supplied and available in the soil. NUE is approximately 33% for cereal production worldwide. Increased cereal NUE must accompany increased yield needed to feed the growing world population. Consequently, continued efforts are needed to include plant selection under low N input which is not often considered a priority by plant breeders. Molecular markers have accelerated plant breeding in a number of areas including biotic (disease and insect) resistance and abiotic (drought, low nitrogen fertilization and frost) tolerance. Marker-based technology has already provided scientists with a powerful approach for identifying and mapping quantitative trait loci (QTL) and would lead to the development of a better understanding of genetic phenomena. Two main NUE studies have been discussed. The first study identified QTL for NUE in maize involved the grain yield and secondary morphological traits of interest, such as plant height, ear leaf area, ears per plant and kernels per ear. This was compared with second study of QTL for yield and its components with genes encoding cytolistic gult-amine synthestase and leaf N0₃ ^- content. These secondary traits were correlated with yield and demonstrated segregation with high heritability under low nitrogen conditions. Marker assisted selection (MAS) should be able to offer significant advantages in cases where phenotypic screening is particularly expensive or difficult, including breeding projects involving multiple genes, recessive genes, late expression of the trait of interest, seasonal considerations, or geographical considerations. In addition to reducing costs of conventional breeding, MAS also has the potential to generate time savings. Possibly, the greatest contribution of QTL mapping to plant breeding will be the basic understanding of the genetic architecture of quantitative traits, thereby relating specific genetic loci with the biological mechanisms associated with desirable phenotypes.     

玉米株型性状的QTL定位

以玉米自交系L26和095组配的F2世代为作图群体,采用SSR分子标记技术和复合区间作图法对玉米茎粗等7个株型性状进行基因定位。共检出21个QTL,其中茎粗检测到1个位点(qSD1),穗位高、株高均检测到3个QTL位点(qEH1-qEH3、qPH1-qPH3),雄穗分枝数检测到5个QTL位点(qTBN1-qTBN5),叶片数检测到4个QTL位点(qLN1-qLN4),叶型系数检测到3个QTL位点(qLSC1-qLSC3),叶向值检测到2个QTL位点(qLOV1-qLOV2)。21个QTL中,qTBN1、qTBN4、qLN1、qLN3、qLN4这5个QTL解释表型变异率超过30％,表现出明显的主效QTL效应。研究还发现,有5个影响不同性状的QTL位于染色体上相同标记区间内或与相同标记连锁,分为Ch3-2和Ch8-1两个区段,表现出了成簇分布的特性。     

玉米株高主效QTL qPH2.4的定位分析

课题组前期以玉米自交系郑58为轮回亲本,以昌7-2为供体亲本,通过分子标记辅助选择获得染色体单片段代换系Z12和W16。Z12和W16在bin2.07区域均含有1个来源于昌7-2的染色体片段,株高均显著高于轮回亲本郑58。利用郑58和Z12为材料构建F2分离群体,基于重测序和混合分离分析(BSA)策略,将株高主效QTL qPH2.4定位于第2染色体13.95 Mb(201 457 953~215 022 157 bp)的区域内。利用在目标区间内筛选出的20对多态性分子标记对包含743个单株的郑58×Z12 F2分离群体和包含1 720个单株的郑58×W16 F2分离群体进行基因型分析,结合田间株高数据进行QTL定位,将株高主效QTL qPH2.4定位在InDel分子标记ph-18和ph-19之间,区间的遗传距离为0.57 cM,物理距离为626 kb。参考B73基因组(RefGen_v4)注释信息,该区间内存在17个注释基因,其中,包含可以调控油菜素内酯信号的基因Zm00001d006677。