栽培大豆农艺性状的关联分析及优异等位变异挖掘

【目的】发掘大豆农艺性状稳定表达的QTL、优异等位变异及其携带优异等位变异的载体材料,为大豆分子标记辅助选择和分子设计育种等后续研究提供重要依据。【方法】利用大豆基因组上均匀分布的135对SSR引物对通过分层随机抽取的6大生态区的257个栽培大豆品种进行全基因组扫描以获得分子标记信息,2009年和2010年在南京农业大学江浦农场对供试群体株高、分枝数、主茎节数、茎粗和单株荚数进行表型鉴定以获得数量性状表型观测值,用广义线性模型、优化压缩混合线性模型和上位性关联分析3种方法,实施农艺性状表型与SSR标记基因型间的关联分析。【结果】供试品种株高、分枝数、主茎节数、茎粗和单株荚数变异系数介于24.62%-52.34%,品种间和品种与环境互作差异极显著;广义线性模型、优化压缩混合线性模型和上位性关联分析3种方法分别检测到年份间稳定表达的上述5性状的47、11和58个QTL,其中,2种方法间和3种方法间分别有34和4个共同QTL,上位性关联分析检测到1对上位性QTL和32个环境互作QTL;检测得到的主效QTL中,有18个主效QTL与前人鉴定的QTL位置一致或紧密连锁;发掘了一批农艺性状的优异等位基因及携带优异等位基因的载体材料,其中,satt669-145bp、satt102-154bp、satt382-395 bp和satt534-161bp分别是主茎节数、分枝数、茎粗和株高的增效效应最大的等位基因,其载体材料分别为白花豆、合肥两塘焦双青豆、油葫芦和浦霞大豆。【结论】检测到年份间或方法间稳定表达的株高、分枝数、主茎节数、茎粗和单株荚数5个农艺性状的107个主效 QTL。     

酸枣经济性状关联分析及优异等位基因挖掘

【目的】探寻与酸枣主要经济性状相关联的SSR位点,为酸枣优良性状基因挖掘、优良亲本选育及资源开发利用提供理论依据。【方法】以辽西地区的72份酸枣种质为研究对象,在成熟期调查其单果质量、单核质量、单仁质量、果实横径、果实纵径、果核横径、果核纵径、果仁横径、果仁纵径、果仁侧径、果形指数、核形指数、仁形指数、出核率、出仁率、双仁率及可食率,利用SPSS 22.0软件对上述17个经济性状进行统计分析;选用32个SSR标记,利用Structure 2.3.4软件分析72份酸枣种质的群体结构;利用Tassle 2.0软件进行32个SSR标记间的连锁不平衡分析,采用一般线性模型（GLM）和混合线性模型（MLM）相结合的方法进行各经济性状与SSR标记间的关联分析,并对关联位点等位变异的表型效应进行分析,从而获得典型载体材料。【结果】72份酸枣种质17个经济性状的变异系数为7.84%～85.75%,表明供试种质具有较为丰富的表型多样性;通过群体遗传结构分析将72份酸枣种质分为4个类群,说明群体遗传背景较为单一。32对SSR分子标记间的连锁不平衡水平较低,成对存在的不平衡组合有166个,占组合总数的33.47%。在关联分析中,通过GLM模型检测出21个SSR位点与17个主要经济性状显著相关联（P<0.05）,变异解释率为15.35%～69.14%;通过MLM模型检测出17个SSR位点与16个经济性状显著相关联,变异解释率为0.82%～75.37%。对2种模型中共同检测到的16个SSR关联位点各等位片段的表型效应值进行分析,共挖掘出31个具有最大增效与最大减效的优异等位变异和15个典型载体材料。【结论】基于SSR的关联分析结果,筛选出与酸枣16个经济性状相关联的16个SSR关联位点及15个聚合优异等位变异的典型载体材料。     

山西大豆自然群体产量及品质性状与SSR分子标记的关联分析

为分析山西大豆品种在产量及品质等重要性状方面与分子标记的关联位点,寻找优异等位变异,优化高产优质种质资源筛选的理论体系,以大豆自然群体为研究材料(该群体包含102份大豆品种,且均无直接亲缘关系),以59对SSR引物对群体进行遗传分析,并应用STRUCTURE2.3.2软件对群体结构进行分析,继而用Tassel2.1软件MLM模型对15个产量性状进行关联分析,发掘优异等位变异。结果表明,102个品种组成的群体可划分成4个亚群,这4个亚群分别包括14,30,16,42个品种,在群体中所占比例分别为13.60%,29.10%,15.90%和41.30%;在所检测的47个标记中,发现有8个位点与株高、株质量、主茎节数、有效分枝、主茎荚数、分枝荚数、瘪粒数、虫蚀数、蛋白含量和脂肪含量这10个性状关联,并发掘出Satt248-A129,Satt168-A226,Sat_299-A286和Sat_299-A286等优异的等位变异。     

陆地棉抗黄萎病性状与SSR标记的关联分析

【目的】对186份陆地棉种质资源的抗黄萎病性状进行关联分析,为抗黄萎病棉花育种材料的利用、分子标记辅助选择提供参考。【方法】采用分布于26条染色体上的140个SSR(Simple sequence repeat)标记,采用GLM(General line model)(P<0.001)模型和 MLM(Mixed linear model)(P<0.01)模型,检测186份陆地棉种质资源的基因型。【结果】(1)2个亚群一个含有96份种质资源,另一个含有90份种质资源;(2)平均每对引物的等位变异为2.54,平均值为0.76,引物多态性信息含量变化范围:0.50~0.99;(3)与棉花抗黄萎病性状相关的SSR位点22个中,能同时在两个以上环境出现的位点有2个,为NAU998和CGR5258,表型变异解释率分别为5.53%和12.07%。【结论】该群体结构,可以分为2个亚群,使用140对 SSR引物做分子标记,共检测出355个等位变异,存在于两个模型下且与棉花抗黄萎病性状相关的SSR位点有22个。     

陆地棉动态株高与SSR标记的关联分析

【目的】分析185份陆地棉品种(系)的开花期株高(PH-ST₁)和吐絮期株高(PH-ST₂)关联度,发掘动态株高的优异等位变异,为进一步棉花高产分子辅助育种提供参考。【方法】利用185份陆地棉品种(系)的基因型,将137对简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)多态性引物开发出的355个多态性位点,并结合5个环境下两个时期的株高表型数据,采用一般线性模型(general linear model, GLM)和混合线性模型(mixed linear model, MLM)进行关联分析。【结果】使用GLM模型和MLM模型,分别检测到54、12个与PH-ST₁显著相关的位点和62、12个与PH-ST₂显著相关的位点;其中,31个位点在3个或3个以上的环境都与株高显著相关。【结论】挖掘了多个可重复检测到的与陆地棉株高相关联的分子标记位点。定位到与株高性状相关的位点有24个。     

陆地棉多标记基因系SSR分析

对陆地棉品种T582和T586两个多标记基因系及其杂交后代F1进行了SSR分析。结果表明,从50对SSR引物中筛选出6对引物具有多态性,占总引物数的12%。SSR序列位点多数呈共显性标记,少数为显性标记。SSR序列的扩增与两端设计引物有很大关系。     

棉花纤维品质性状与SSR标记的关联分析

为了评价棉花资源的群体结构,利用65个SSR标记对81份栽培棉花材料进行扫描,分析了该资源的群体结构,并对8个棉纤维品质性状数据/基因型数据进行关联分析。结果表明,该群体分为两个亚群。关联分析发现,以两年表型平均值检测到18个位点与棉纤维品质性状相关,其中5个位点与两个以上（含两个）性状相关。在这18个位点中Satt8、Satt12、Satt35、Satt105和Satt109这5个位点同时与两年表型值显著关联。明确了由81份材料组成的自然群体的群体结构,并获得了18个与目标性状相关联的SSR位点,其中5个位点同时与两年表型值显著相关,为纤维品质性状的分子标记辅助选择提供依据。     

陆地棉SSR分子标记优化体系的建立

针对陆地棉富含酚类、多糖等次生产物的特点,建立了一种简便、快速的提取高纯度DNA的方法.同时建立了适合陆地棉SSR标记的优化体系和试验方案,并对所构建的QTL定位群体进行了SSRPCR检测,得到了清晰的多态性SSR标记,为SSR分子标记技术在棉花育种中的应用打下了基础.     

水稻6个异交相关性状的SSR关联分析

从水稻核心种质和栽培品种中选取95个品种构成品种总群体,调查该群体6个异交相关性状。选用分布在水稻12条染色体上的93个SSR标记对这95个品种进行基因型鉴定。采用TASSEL软件中一般线性模型对标记与性状间的关联进行分析,发掘有利等位变异和相应载体品种。结果表明:品种总群体中6个异交性状的变异系数为9.9%～62.9%。共检测到22个与异交性状相关联的SSR分子标记,其中8个与剑叶角度相关联,2个与花丝长度相关联,4个与花药长度相关联,1个与柱头长度相关联,3个与柱头外露率相关联,9个与开颖角度相关联。发掘了一批携有优良等位变异且效应值较大的载体品种。携有RM480-197 bp和RM535-170 bp条带的‘无芒早稻’分别对增加剑叶角度和花丝长度效应最大。携有RM311-162bp条带的‘敲冰黄’对增加花药长度效应最大。携有RM498-187 bp条带的‘滇屯502选早’对增加柱头长度效应最大。携有RM206-150 bp条带的‘徐稻5号’对提高柱头外露率效应最大。携有RM311-159 bp条带的‘小白野稻’对增加开颖角度效应最大。这些有利等位变异及其载体品种可用作水稻异交性状遗传改良的亲本。     

陆地棉叶绿素质量分数QTL定位

为了在分子水平上探讨棉花叶绿素质量分数的遗传规律,利用重组近交系群体T586×渝棉1号的270个F2:7家系为材料,构建了包括604个标记和覆盖棉花基因组3 140.9 cM的重组近交系遗传连锁图谱;2007-2008年在西南大学歇马科研基地,用日本产叶绿素计(SPAD-502)测定亲本和家系的叶绿素质量分数;采用复合区间作图法(MQM),对棉花叶绿素质量分数进行数量性状位点(QTL)分析.检测到4个与叶绿素质量分数相关的QTL,分别位于第6,15,19和25染色体,其中有2个QTL在1个环境下检测到,解释表型变异的5.4%和4.6%;在2个环境下检测到2个QTL,解释表型变异的8.2%,4.8%,23.9%和14%.本研究的QTL定位将有助于叶绿素质量分数的精细定位和棉花高光效育种的分子标记辅助选择.     

新疆陆地棉种质资源的综合评价

【目的】基于形态指标、产量指标和品质指标,综合评价棉花种质资源在新疆季节性水分匮缺条件下的表现,为旱区棉花主栽品种的确定和品种改良奠定基础。【方法】以126个棉花品种(系)为试验材料,对其在季节性水分匮缺状态下的株高、果枝数、生育期、有效铃数、单铃重、衣分、籽指、籽棉产量、皮棉产量、纤维长度、整齐度、比强度、伸长率、马克隆值、反射率、黄度和纺纱均匀性指数共17项数量性状指标进行测定,运用相关分析、主成分分析、聚类分析、逐步判别分析和多元方差分析等方法对这些棉花种质资源进行综合评价。【结果】首先,相关分析的结果表明,17项数量性状间存在一定的相关性和信息的重叠,因为56对数量性状的相关系数达到极显著水平,22对数量性状的相关系数达到显著水平。第二,主成分分析的结果表明,前8个主成分代表了126个棉花品种的17项数量性状86.34%的信息,其贡献率分别为27.45%、17.18%、11.61%、8.42%、6.66%、5.33%、5.08%和4.63%。第三,聚类分析的结果表明,当类间距离为12.5时,126个棉花品种被聚为7大类,第Ⅰ类有22个品种、第Ⅱ类有17个品种、第Ⅲ类有19个品种、第Ⅳ类有28个品种、第Ⅴ类有19个品种、第Ⅵ类有13个品种、第Ⅶ类有8个品种。第四,逐步判别分析的结果表明,114个棉花品种被正确判别,判对概率为90.48%;12个棉花品种被误判,误判率为9.52%,这说明聚类分析的结果是准确可靠的。最后,多元方差分析结果表明,第Ⅰ类为中产中等品质品种,第Ⅱ类为低产优质类品种,第Ⅲ类为高产优质类品种,第Ⅳ类为中高产中等品质类品种,第Ⅴ类为中高产中上等品质类品种,第Ⅵ类为高产中等品质类品种,第Ⅶ类为低产劣质类品种,同时科学地评价了7个类别的棉花品种,并提出了对应的改良方案。【结论】西北旱区棉花育种一方面在产量上进展明显,除了第Ⅵ类和第Ⅴ类外,大多数品种达不到纺高支纱的要求。适纺中支纱的主栽品种可在第Ⅲ类中选育。第Ⅱ类的纺纱指数达到了适纺高强力优质棉的要求,要着重改良产量指标。今后,西北旱区棉花育种工作要对不同类别的品种,选取适合的育种策略,以达到产量和品质均趋向最优。     

冀228纤维均一化全长cDNA文库的构建与鉴定分析

【目的】构建优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,降低纤维中存在的高峰度基因的拷贝数,提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。【方法】以优质陆地棉冀228开花后8-40 d纤维为材料,将纤维全长cDNA与Gateway供体载体pDONR222重组,构建了棉花纤维的非剪切型全长cDNA原始文库。利用均一化技术获得均一化全长cDNA文库,进而测序获得大量的EST序列。采用生物信息分析手段,对所测EST进行拼接、比对、COG功能注释和GO注释。【结果】构建了优质陆地棉冀228纤维均一化全长cDNA文库,该文库初级文库库容为1.06×10⁷,初级文库的滴度为3.56×10⁶ cfu·mL^-1,平均片段长度为1.2 kb。qRT-PCR检测均一化程度结果表明,棉花2个高峰度表达基因在该文库中的表达量均下降了1 000倍。随机选取2 384个克隆进行单向测序,获得2 169条高质量的表达标签（EST）,拼接成1 745个单一基因（Unigene）;同源比对分析表明,70%的Unigenes与已知功能基因具有较高的同源性。基因进行COG功能分类结果显示,较多的COG功能分类集中在“翻译、核糖体结构和生物转化”、“碳水化合物运输与代谢”和“翻译后修饰、蛋白转移及蛋白伴侣”功能上。根据基因的GO注释结果,参与细胞构成、细胞器和膜构成的基因比例最高,参与细胞过程和新陈代谢等过程的基因比例较高,具有结合和催化功能的基因较多,这些基因可能在棉纤维发育中发挥比较重要的作用。【结论】构建了优质陆地棉栽培品种冀228纤维均一化全长cDNA文库,经文库质量检测、均一化程度检测和随机选取克隆的测序分析结果表明,文库的代表性和重组片段的完整性均达到了分离筛选目的基因的建库要求,整个文库有着很高的非冗余性。构建的cDNA文库具有既能获得与已知序列同源性很高的基因,又能挖掘出优质陆地棉冀228特有的基因或同源序列的作用,能够提高发现纤维发育相关基因随机序列和稀有基因的效率,将为公共数据库提供丰富的陆地棉EST资源。     

长绒棉新海21号叶片叶绿素含量动态分析

长绒棉新海21号叶片叶绿素含量的测定表明:打顶前叶片叶绿素含量有随着叶位下降而增高的趋势,各节位叶片叶绿素含量有随天数增长呈二次多项式的函数关系,并呈极显著关系,在叶片展平后70～80 d叶绿素含量达到高峰;叶绿素含量的高峰期出现在始花期后30 d左右,方差分析结果表明,不同时期不同长势棉株同节位叶片叶绿素含量趋于一致,同一节位叶片叶绿素含量在不同时期有明显的变化.     

海岛棉抗枯萎病性状与 SSR标记的关联分析

【目的】运用SSR( Simple sequence repeat) 分子标记关联分析204份海岛棉种质资源的抗枯萎病性状,为抗枯萎病棉花育种材料的利用、分子标记辅助选择提供参考。【方法】采用前期实验室研究的抗病基因序列,设计出40对SSR分子标记,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测筛选标记引物特异性,并鉴定204份海岛棉种质资源。【结果】(1)从40对引物中筛选出6对引物具有多态性,多次重复后选用CHS-04和CHS-05两个分子标记,均来自类黄酮代谢途径;(2)引物CHS-04扩增条带与群体抗病性一致率介于41.67%~52.94%,平均值为46.67%;引物CHS-05扩增条带与群体材料一致率介于30.39%~54.68%,平均值为35.78%。【结论】引物CHS-04和CHS-05可以作为海岛棉枯萎病抗性的分子标记鉴定指标。     

大麦SSR标记遗传多样性及其与农艺性状关联分析

【目的】分析大麦亲本材料的遗传多样性,寻找与部分农艺性状相关联的分子标记,为大麦杂交组合的配置及分子标记辅助育种提供依据。【方法】利用86个SSR标记对113份大麦亲本材料进行多态性扫描,并进行遗传多样性分析。挑选57个标记进行群体遗传结构分析,在此基础上采用Tassel 2.1 GLM（general linear model）和MLM（mixed linear model）方法进行标记与农艺性状的关联分析。【结果】86个标记共检测出200个等位变异,变异范围为1—5个;基因频率的变异范围为0.0088—1.0000,Shannon指数变异范围为0.0000—1.2236;遗传相似系数（GS）变异范围在0.5504—0.9897,平均值为0.7477。通过群体遗传结构分析将供试材料分为4个亚群。以GLM分析,发现9个与株高、穗长、芒长、穗粒数和小穗着生密度相关联的标记,各标记对表型变异的解释率在0.0507—0.2766;以MLM分析,发现6个与株高、芒长和小穗着生密度相关的标记,各标记对表型变异的解释率在0.0238—0.1999。【结论】利用SSR标记分析了113份大麦亲本材料的遗传多样性及群体遗传结构,并通过2种关联分析模型,分别寻找到了9个与株高、穗长、芒长、穗粒数相关联,6个与株高、芒长和小穗着生密度相关联的标记,这些标记位于1H、2H、3H、4H和7H染色体。     

早熟陆地棉基于性状主成分和SSR分子标记的遗传距离分析

[目的]为早熟陆地棉杂交亲本选配提供参考.[方法]将12个品种初步划分成两组亲本,对基于表现型和基因型差异的遗传距离进行分析.[结果]对17个性状进行主成分分析结果表明,前5个特征根和相应的特征向量累积贡献率达86.443;,可以反应所有性状的绝大部分变异信息.用5个主成分因子得分计算两组亲本间的遗传距离,发现P1.1与P2.5,P1.4与P2.3、P2.5,P1.5与P2.2、P2.4的遗传距离最远;P1.1、P1.2与P2.1、P2.6,P1.6与P2.6的遗传距离最近.用SSR扩增结果计算两组亲本间的遗传距离,发现P1.1与P2.1、P2.2、P1.2与P2.1、P2.2,P1.3与P2.4的遗传距离最远;P1.1与P2.3、P2.6、P1.2、P1.6与P2.6,P1.6与P2.1的遗传距离最近.这两组遗传距离之间无显著相关性(R=0.115).[结论]早熟陆地棉基于主要性状主成分和SSR分子标记结果的遗传距离差异较大,建议在选配亲本时同时考虑亲本间的表现型和基因型差异.     

棉花叶片叶绿素含量消长动态的分析

对早熟棉区棉花不同品种、不同叶位叶片的叶绿素含量进行的系统测定表明：叶片的叶绿素含量受品种遗传性的影响，同一片叶叶绿素的含量在全生育期的初期较少，然后逐渐增多，到生育后期则减少，但并不呈单峰出现。棉花叶绿素含量最高值出现在盛花期，同一植株中，叶绿素含量则以倒5～6叶为最高。     

稻米蒸煮品质性状与分子标记关联研究

【目的】调查分析代表性水稻种质重要的品质性状和淀粉RVA谱变异,筛选与性状显著关联的分子标记,为稻米品质改良提供依据。【方法】以48份国内外水稻多样性种质为材料,进行稻米品质性状变异调查分析;利用快速淀粉粘滞测定仪(rapid visco analyzer)鉴定材料淀粉RVA谱。利用已报道的稻米淀粉合成相关基因等位标记及稻米籽粒相关QTL连锁分子标记对种质材料进行基因分型。利用GLM模型进行分子标记与品质性状的关联检测,并对显著关联标记进行逐步回归分析;评估等位基因及其组合对目标性状的表型影响效应,同时鉴别对应优异等位基因型及载体品种。【结果】供试材料在直链淀粉含量(AC)、胶稠度(GC)和碱消值(ASV)等表现出广泛的表型变异和多样性,变异系数为26.5%—36.3%。RVA谱检测表明崩解值、消减值和回复值等在材料间具有明显差异,能较好地反映不同种质的淀粉糊化特性。相关分析表明,AC与冷胶黏度、消减值和回复值呈显著正相关,与最高黏度和崩解值呈显著负相关;GC同时与消减值和回复值呈显著负相关。利用154个多态性标记共检测到491个等位变异,基因多样性平均为0.447,多态信息含量(PIC)平均为0.390。性状-标记关联检测共获得22个与稻米品质性状显著关联的位点,单个关联标记位点解释的表型变异(R~2)范围为14.11%—75.62%。GBSSI是影响AC和GC的主效基因,分子标记Wx-G/T对AC和GC的表型变异解释率分别为61.44%和41.87%。SSIIa是影响ASV的主效基因,alk-GC/TT和SSIIa-F对ASV的表型变异解释率分别为75.62%和74.46%。利用显著关联标记构建AC、GC和ASV的回归模型方程,决定系数分别为85.30%、40.62%和80.38%。【结论】水稻淀粉RVA谱与AC、GC和ASV密切相关,利用RVA谱可更全面地评价稻米品质性状。利用稻米品质表型-分子标记关联,共鉴定出22个与品质性状显著关联的位点,其中5个位点同时与AC和GC关联。回归模型表明标记的组合可产生不同的表型效应。