基于高密度遗传图谱定位大豆蛋白质含量相关的QTL

大豆是重要的粮食作物和经济作物,其籽粒蛋白约为40%,是优质植物蛋白主要来源之一。挖掘控制大豆高蛋白数量性状位点(Quantitativetraitloci,QTL)以及分子标记育种对高蛋白大豆培育具有重要的意义。本研究利用蛋白含量存在明显差异的中黄35 (Zhonghuang 35, ZH35)和中黄13 (Zhonghuang 13, ZH13)杂交构建的包含192个株系的重组自交系群体为供试材料,通过对两亲本及RIL群体重测序,构建了包含4879个bin标记的高密度遗传图谱,总遗传距离为3760.71 cM,相邻标记间的遗传距离为0.77 cM。RIL群体及亲本分别于北京顺义和河南濮阳种植, 2个环境共检测到15个蛋白含量相关QTL位点,分布于5号、12号、15号、17号、18号、19号和20号染色体,贡献率为4.36%～11.39%。其中,北京顺义和河南濮阳检测到qPro-20-1和qPro-20-3, 2个QTL贡献率分别为7.65%和7.58%,重叠区域包括33个基因。本研究有助于精细定位和图位克隆大豆蛋白含量相关基因,并为进一步培育高蛋白大豆品种提供基因资源。     

大麦籽粒蛋白质含量的QTL定位分析

通过栽培大麦Karl与Lewis杂交构建的重组自交系F10代60个骨干家系,种植于贵州高海拔地区,并对其F11代籽粒蛋白质含量(GPC)进行测定及其QTL分析后,发现2个单一QTL(GPC1和GPC2),LOD值分别为3.63和2.93,贡献率分别为49％和26％,加性效应分别为+2.9％和+1.9％.在自交系群体中发现极端表现型家系,分别为高GPC的R9、R 15、R32、R7及低GPC的R121、R 34、R 110、R 136,两极端表现型家系GPC相差高达10％.以上结果均为大麦GPC基因研究及品种改良提供了极具价值的依据和材料.     

水稻糙米蛋白质含量QTL定位及上位性分析

稻米蛋白质含量是水稻(Oryza sativaL.)营养品质育种的重要内容之一。本研究以华恢3号与中国香稻构建的重组自交系(RILs)群体为材料,构建了含有156个SSR标记的遗传连锁图谱,结合近红外分析仪测定两年(2009年,2010年)的糙米蛋白质含量,进行了QTL定位和遗传基础分析研究。两年共定位到3个控制糙米蛋白含量的QTL和16对上位性互作的位点。其中检测到的3个QTLs,分别位于第4、6、8染色体上,单个QTL解释的表型变异率为3.39%~34.2%,两年解释的总表型变异率分别为41.2%和5.95%,这些QTL中只有位于第8染色体短臂在区间RM310~RM547的qbpc8在2009年和2010年被重复检测到。LOD值分别为22.5和3.5,解释表型变异率分别为34.2%和5.95%。这些QTL的发掘,为分子标记辅助选择改良水稻营养品质奠定了基础。     

大豆籽粒维生素E含量的QTL分析

维生素E(VE)具有提高人体免疫力、抗癌、预防心血管疾病等保健作用,从大豆中提取的VE安全性更高。本研究采用高效液相色谱技术(HPLC)检测大豆BIEX群体(Essex×ZDD2315)维生素E的α-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚含量。应用QTLNetwork 2.1软件分别检测到8个和12对控制大豆维生素E及组分含量的加性和互作QTL。α-生育酚含量加性和互作QTL累计贡献值分别为8.68%(2个)和15.57%(4对),γ-生育酚含量加性和互作QTL累计贡献值分别为8.59%(2个)和11.57%(2对),δ-生育酚含量加性和互作QTL累计贡献值分别为5.44%(1个)和17.61%(3对),维生素E总含量的加性和互作QTL累计贡献值分别为11.39%(3个)和9.48%(3对)。未检测到维生素E及组分含量和环境互作的QTL。未定位到的微效QTL累计贡献值为66.16%~75.32%,说明未定位到的微效基因的变异占2/3以上。各性状的遗传构成中,未检测出的微效QTL份额最大,加性QTL和互作QTL贡献相差不大。在育种中应考虑常规方法聚合微效QTL与标记辅助方法聚合主要QTL相结合。     

大豆油分蛋白质含量相关QTL的实用性验证

本文利用己发表的一些与油分、蛋白质含量主效QTL相连锁的SSR标记,对72份全国各地高油、高蛋白种质资源进行蛋白质和油分含量的分析。通过对9个SSR位点各等位变异的蛋白质和油份含量的方差分析,检测到4个与油分含量相关的等位变异,以及4个与蛋白质含量相关的等位变异。其中satt193、satt491、satt030和satt331分别在DNA片段长度为210～280bp之间检测出与油分含量相关的等位变异。Satt523、satt321、satt231和satt578在DNA片段长度为170-320bp之间检测出和蛋白质含量相关的等位变异。实验证实了与这些位点相连锁OTL的通用性及实用性。     

利用种子性状QTL定位高油玉米蛋白质含量QTL

利用普通玉米自交系8984与高油玉米自交系GY220为亲本构建了284个F2∶3家系群体及含有185个SSR标记的玉米遗传连锁图谱。通过包含母体效应的种子性状QTL作图方法对玉米子粒蛋白质含量进行定位和效应分析,共检测到4个QTL,位于第5和第8染色体上。除qPRO8-2遗传作用方式表现为加性外,其余QTL作用方式均为部分显性。单个QTL贡献率为3.86%~5.17%,累计贡献率为18.54%。所有QTL的增效基因均来自高油亲本GY220。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

白芝麻籽粒油脂、蛋白质及芝麻素含量QTL定位分析

芝麻籽粒油脂、蛋白质和芝麻素含量是芝麻品质育种的3个重要目标。为了解析其遗传机制并检测相关QTL,利用近红外谷物品质分析仪对一个包含224个株系的F9代重组自交系(RIL)群体在2年3个环境下的籽粒品质性状检测,结果表明,群体内株系间差异显著且呈典型正态分布,而同一环境不同重复间表现差异不显著。相关性分析显示,籽粒含油量与蛋白质含量显著负相关,籽粒含油量与芝麻素含量显著正相关,蛋白质含量与芝麻素含量显著负相关;利用该RIL群体已构建的高密度遗传图谱,采用基于混合线性模型的复合区间作图法(MCIM)检测到8个QTL,表型贡献率为0.41%~14.55%;采用多重区间作图法(MIM)检测到13个QTL,可解释5.2%~18.6%的表型变异。其中5个主效QTL被2种方法同时检测到且定位区间相同,2个主效QTL在2个或3个环境中被重复检测到。控制含油量的Qoc-5与芝麻素含量的Qsc-5位于LG5连锁群上的相同区段,加性效应均为正值;而控制蛋白质含量的Qpc-5也位于相邻位置,但加性效应为负值。LG2和LG1连锁群上也存在相似情况,反映品质性状相关QTL之间存在一因多效或紧密连锁。因此,在芝麻品质育种中选择高含油量可以兼顾高芝麻素,但应对蛋白质含量进行负向选择。     

大豆四向重组自交系群体蛋白质含量与油分含量QTL定位

蛋白质和油分含量是大豆重要的育种目标,蛋白质和油分含量QTL定位和优异等位变异的发掘对大豆分子设计育种具有重要意义。本研究以(垦丰14×垦丰15)×(黑农48×垦丰19)衍生的后代株系为材料,构建含有204个株系的大豆四向重组自交系群体,利用区间作图法,应用前期构建的SSR遗传图谱,对2013、2014和2015年在哈尔滨和克山2地共8个环境下的蛋白质和油分含量进行QTL定位分析。结果表明,8个环境中检测到29个蛋白质含量QTL和39个油分含量QTL。在所定位的蛋白质含量QTL中,有5个能够在2个以上环境被定位到,这些蛋白质含量QTL分布在 A1、D2、J、N和O等6个连锁群上,对表型效应的贡献率为 7.65%~20.08%,其中qPC-A1-1、qPC-D2-1、qPC-J-1和qPC-O-2的贡献率在10%以上。在39个油分含量QTL中,有10个在多环境下被重复检测到,这些QTL分布在8个(A1、A2、B1、D1b、G、I、J、N)连锁群上,对表型效应的贡献率为7.30%~25.68%,其中qOC-A2-1、qOC-B1-1、qOC-G-1和qOC-J-1的贡献率在10%以上。     

抗大豆胞囊线虫SCN3-11位点的KASP标记开发和利用

大豆胞囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe)是严重危害世界范围大豆生产的害虫, 采用合理轮作和种植抗病品种可有效控制损失。为了开展分子标记辅助选择以加速抗病品种培育, 本研究针对前期发现的与大豆胞囊线虫3号小种(SCN3)抗性显著关联的非同义变异SNP位点Map-5149, 开发高通量、低成本的新型分子标记—竞争性等位基因特异PCR标记(kompetitive allele specific PCR, KASP), GmSNAP11-5149。利用GmSNAP11-5149鉴定了来自8个国家的202份代表性大豆抗感资源, 发现141份材料携带抗病基因型GmSNAP11-5149-AA, 平均雌虫指数为6.2%, 极显著低于58份携带感病基因型GmSNAP11-5149-GG材料的雌虫指数(61.1%), 方差分析表明, GmSNAP11-5149与胞囊线虫的抗性显著相关(F=44.18, P<0.0001), 对抗病材料的选择效率达到92%, GmSNAP11-5149可作为一个实用的分子标记应用于辅助抗大豆胞囊线虫品种选育和抗病种质资源鉴定。     

数量性状基因定位研究中若干常见问题的分析与解答

QTL作图是基因精细定位、克隆以及有效开展分子育种的基础,在利用QTL作图开展数量性状基因定位研究的过程中经常会碰到一些问题,与统计方法有关的一些问题包括LOD的统计学意义是什么？检测QTL的可信度和LOD临界值的关系是什么？如何评价不同的QTL作图方法？提高QTL检测效率的途径有哪些？与遗传参数估计有关的一些问题包括QTL的贡献率是如何计算出来的？如何确定QTL有利等位基因的来源？选择基因型分析的有效性如何？复合性状是否适宜于QTL作图？与作图群体及遗传图谱有关的一些问题包括QTL作图群体中表型数据是否要求服从正态分布？加密标记是否可以显著提高QTL检测功效？缺失分子标记对QTL作图有什么影响？奇异分离标记对QTL作图有什么影响？文章试图结合笔者多年研究工作对这12个有共性的常见问题做出分析和解答,以供科研工作者参考。     

大豆粒形性状QTL的精细定位

在溧水中子黄豆×南农493-1衍生的504个F_2:6家系中选择Satt331~Satt592目标区间7个杂合单株和168个重组单株,衍生成356株RHL-F₂个体(群体I)和168个重组体家系(群体II)。群体II来自142个F_2:6家系,若每个F_2:6家系只保留1个重组家系则构成群体III。采用lasso和复合区间作图(CIM)法检测3个群体粒形性状2种指标的QTL。结果表明, lasso法检测到的粒长关联标记是O19和S21/Satt331,而CIM检测到的QTL区间是S21~S22和O23~O19;lasso法检测到的粒宽关联标记是O19/O21,而CIM检测到的QTL区间是O23~O19/O19~O21;长宽比与S21~S22关联是由于粒长QTL引起的,与O23~O19 /O19~O21关联是由于粒长和粒宽QTL引起的。将原Satt331~Satt592目标区间的粒长QTL剖分为与标记S21~S22和O23~O19/O19~O21关联的2个多效性QTL。根据大豆基因注释数据库,Glyma10g35240和Glyma10g34980可能是控制粒形性状发育的候选基因。     

黄瓜(Cucumis sativus L.)种子含油量性状的QTL定位与分析

应用SRAP和SSR技术,对黄瓜种子高含油量品系Ma7与低含油量品系M6杂交组合的F2群体进行检测,获得102个分子标记,构建了7个连锁群组成的分子标记遗传图谱;图谱总长764 cM,标记间平均长度7.49 cM.应用Windows QTL Cartographer 2.5对种子含油量性状进行QTL扫描,在2009年秋...     

Quantitative trait loci analysis of soluble sugar contents in soybean

The soluble sugar content in soybean seeds, mainly sucrose, stachyose, raffinose and trace amounts of glucose and fructose, is important for the increasing global market demand for various soyfoods including tofu, soymilk, natto, bean sprouts and edamame due to their nutritional value and health benefits. The objective of this study was to conduct quantitative trait loci (QTL) analysis and identify molecular markers for soluble sugar content in soybean seeds for marker‐assisted selection (MAS) in soybean breeding. The content of the five previously mentioned sugars were measured and associated QTLs were mapped based on a F₂ population that was derived from a cross between V97‐3000 and V99‐5089. Eleven QTLs were detected for the five sugar contents: one for glucose, three each for fructose and sucrose, and two each for raffinose and stachyose. However, only one QTL for sucrose, one QTL for raffinose, and two QTLs for stachyose were identified with LOD > 3.0 and R² > 10% from this research. The QTL on chromosome 11 [linkage group (LG) B1] was identified as associated with sucrose, raffinose and stachyose in the same region as previously reported for sucrose and stachyose. The SSR marker, Satt359, on the QTL B1 region had an significant association with sucrose (LOD = 5.192; R² = 0.134), raffinose (LOD = 3.95; R² = 0.104), and stachyose (LOD = 13.572; R² = 0.314); therefore it can be used to assist breeding selection for sucrose, raffinose and stachyose contents simultaneously.     

数量性状基因的完备区间作图方法

结合分子标记和表型数据的QTL作图已成为数量性状遗传分析的常规方法。复合区间作图是近10多年来广泛应用的一种QTL定位方法,但它在算法上有一些缺陷,致使QTL效应可能会被侧连标记区间之外的标记变量吸收,同时不同的背景标记选择方法对作图结果的影响较大,并且难以推广到上位型互作QTL的定位。针对这些问题,笔者提出完备区间作图方法。本文介绍了该方法的遗传和统计原理,并通过一个大麦加倍单倍体群体说明其在定位加性QTL和加性×加性互作QTL中的应用。完备区间作图包含两个步骤：首先利用所有标记的信息,通过逐步回归选择重要的标记变量并估计其效应;然后利用逐步回归得到的线性模型校正表型数据,通过一维扫描定位加(显)性效应QTL,通过二维扫描定位上位型互作QTL。这种作图策略简化了复合区间作图中控制背景遗传变异的过程,提高了对QTL的检测功效。     

利用种子性状QTL定位高油玉米淀粉含量QTL

以普通玉米自交系8984与高油玉米自交系GY220为亲本组配得到284个F2:3家系群体,利用185个SSR标记构建玉米遗传连锁图谱。通过包含母体效应的种子性状QTL作图方法对玉米籽粒淀粉含量进行QTL定位和效应分析,共检测到7个与淀粉含量相关的QTL,分别位于第5,8,10染色体上,除qSTA8-3的遗传作用方式表现为加性外,其余QTL作用方式为部分显性。单个QTL贡献率为5.87%～10.93%,累计贡献率为53.37%。所有QTL的增效基因均来自普通玉米亲本8984。淀粉含量QTL qSTA5-2贡献率较大,可以作为进一步精细定位的主要目标QTL。     

CIMMYT小麦种质C615抗叶锈病QTL分析

由Puccinia triticina引起的叶锈病是小麦主要病害之一, 引进种质C615具有叶锈病成株期抗性, 但其抗病性遗传机制尚不清楚。本研究以抗病亲本C615与高感叶锈病亲本宁麦18构建的F_2:7代重组自交系群体为材料, 利用337对多态性SSR标记构建遗传连锁图谱, 结合2016、2017连续两年的叶锈病鉴定结果进行复合区间作图, 结果在1BL、2DS、3BS、4DL和6BS染色体上共发现了5个抗性QTL, 暂命名为QLr.njau-1BL、QLr.njau-2DS、QLr.njau-3BS、QLr.njau-4DL和QLr.njau-6BS。其中, QLr.njau-1BL、QLr.njau-3BS和QLr.njau-4DL在两年均被检测到, 分别解释10.1%~15.7%、10.9%~13.5%和8.2%~9.0%的表型变异; 另2个QTL只在一年被检测到, 解释6.2%和9.2%的表型变异。除QLr.njau-2DS外的4个抗性QTL均来源于抗病亲本C615。QLr.njau-1BL和QLr.njau-4DL分别与已报道的慢病性基因Lr46、Lr67在同一区域, QLr.njau-3B可能为一个新的抗叶锈病QTL。此外, 本研究在C615/扬麦13 (轮回亲本)BC₄F₅回交群体中选出了15个农艺性状优良且抗叶锈病的株系, 利用与C615所含抗性QTL紧密连锁的7个SSR标记对其进行基因型检测, 结果显示所有这15个株系均含有来自C615的抗性QTL, 且有3个株系聚合了全部抗性位点, 表明C615可作为抗源亲本用于高产、抗病育种。本研究结果将为分子标记选育抗叶锈品种提供材料和技术支撑。