水稻穗部性状的QTL定位及上位性分析

水稻穗部性状与产量直接相关,定位克隆穗部性状相关QTL对探究穗部性状分子机制及分子植物育种具有重要意义。以粳稻TY319和籼稻保持系8B的F3群体为作图群体,对穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、每穗总粒数和着粒密度进QTL定位与上位性分析。采用完备区间作图,共检测出14个穗部相关性状QTL,分别位于第1、第2、第7、第8、第9、第10染色体,LOD值介于2.56~4.96,表型变异贡献率介于6.90%~31.99%。控制二次枝梗数的qSB-1、及控制着粒密度的qSD-1和qSD-2未见报道,可能是新的QTL,上位性分析检测到69个互作。     

利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位产量相关性状QTL

以东乡普通野生稻和日本晴为亲本构建的染色体片段置换系为研究材料, 2019年分别在北京、山东临沂和江西南昌对分蘖数、穗粒数和粒形等11个产量相关性状进行多环境鉴定,结合染色体片段置换系基因型数据定位水稻产量相关性状QTL。3个环境共检测到68个QTL,包括株高4个、穗长5个、分蘖数2个、一次枝梗数7个、一次枝梗粒数8个、二次枝梗数8个、二次枝梗粒数10个、每穗粒数6个、千粒重7个、粒长8个和粒宽3个; LOD值介于2.50～12.66之间,贡献率变幅为4.67%～27.79%,15个QTL的贡献率大于15%;24个QTL与已报道位点/基因位置重叠,44个QTL为新发现位点; 6个QTL在2个环境能被检测到, 1个QTL qTGW2能在3个环境检测到,且是还未报道的新位点。最后,利用BSA法验证了qPH7、qPBPP8-2和qGW10三个QTL的可靠性。本研究将为后续产量相关性状基因克隆以及进一步解析其遗传基础和分子调控机制奠定基础。     

利用Ⅱ-32B/A7444组合CSSL群体定位水稻7个穗部性状QTL

为发掘水稻穗部性状有利等位变异,构建了以籼稻保持系II-32B为遗传背景的A7444染色体片段置换系群体;利用QTL Ici Mapping 4.1软件对该群体7个穗部性状进行了QTL定位。结果 2年共检测到26个QTL。2年均检测到的13个QTL中,控制一次枝梗数的4个QTL位于第1、第6、第8和第9染色体,平均贡献率分别为15.16%、13.10%、29.74%和11.21%,平均加性效应分别为-1.40、1.01、1.11和0.77。控制二次枝梗数的2个QTL位于第6和第8染色体,平均贡献率分别为10.97%和21.39%,平均加性效应分别为5.45和6.36。控制每穗总粒数的3个QTL位于第2、第6和第8染色体,平均贡献率分别为8.65%、12.52%和31.22%,平均加性效应分别为-18.61、22.23和31.87。控制每穗实粒数的1个QTL位于第8染色体,平均贡献率为28.06%,平均加性效应30.85。控制千粒重的2个QTL位于第2染色体,平均贡献率分别为44.65%和17.51%,平均加性效应分别为2.88和-2.51。控制粒宽的1个QTL位于第10染色体,平均贡献率为21.96%,平均加性效应为0.11。第2、第6和第8染色体分别存在同时控制二次枝梗数、每穗总粒数和每穗实粒数QTL的区段。qSBN6和qSBN8所在区间与Hd1和DTH8的相同,但分别存在16处和1处碱基差异,推测为Hd1和DTH8的不同等位基因。qSBN2为新检测到的控制二次枝梗数位点。研究结果为实施分子标记聚合育种提供了有用信息。     

用(培矮64s/Nipponbare)F2群体对水稻产量构成性状的QTL定位分析

用水稻测序品种培矮64s和Nipponbare为亲本构建的含137个SSRs标记的连锁遗传图谱和(培矮64s/Nipponbare)F2群体的180个单株,对水稻的单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、结实率、穗着粒密度、千粒重等6个产量构成性状进行了QTL定位分析.共检测到6个性状的22个QTLs,分布在第1、2、4、5、6、9、10、11、12等9条染色体的14个区域,表型贡献率5.0%～19.3%;相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTLs;集中分布的QTLs之间既有同向连锁,也有反向连锁.对不同水稻群体定位的同源QTL进行了比较,对QTL在染色体上的集中分布,以及用QTL定位结果和生物信息学方法相结合预测基因的功能等进行了探讨.     

利用小麦关联RIL群体定位产量相关性状QTL

为定位控制小麦产量相关性状的QTL位点,获得与重要位点连锁的分子标记和染色体区段,以分别含有229和485个家系的关联重组自交系(RIL)群体WY和WJ为材料,在4个环境中,用完备区间作图法(ICIM)对产量相关性状进行了QTL定位分析。结果表明,产量相关性状QTL分布在小麦21条染色体上。在WY群体中检测到每穗小穗数、主茎穗粒数、单株穗数、千粒重和单株产量的QTL分别有9、9、4、7和5个,其中16个(55.2%)解释大于10%的表型变异;在WJ群体中检测到这5个性状的QTL分别有20、16、11、14和9个,其中只有3个(6.7%)在单个环境中解释超过10%的表型变异。在WY群体中有5个QTL在2个环境中被重复检测到;在WJ群体中,有11个QTL在2个或2个以上环境中被重复检测到。在2个群体中均检测到产量相关性状的QTL在染色体上形成了含有一因多效或紧密连锁QTL的染色体区段,并在2个群体检测到可能相同的9对QTL和2个染色体区段。     

籼粳稻杂交后代维管束性状与穗部性状的关系

以籼稻中优早8号和粳稻丰锦杂交育成的重组自交系F6代群体为试材,研究了水稻维管束性状与穗部性状的关系.结果表明,水稻穗颈和倒二节间大小维管束数、大维管束效率和一次枝梗效率与一二次枝梗数、一二次枝梗总长度、一二次枝梗实粒数、一二次枝梗总粒数、二次粒率、穗颈粗、穗长、穗重、着粒密度、穗实粒数、穗总粒数和单株产量都呈极显著正相关,而与穗数呈极显著负相关,且与二次枝梗性状关系更为紧密.倒二节间大小维管束数比、大维管束数比、小维管束数比与穗部性状关系却相反.维管束性状与结实率、千粒重、穗型指数和第1节位长度关系不大.逐步回归及通径分析表明:一次枝梗效率对穗总粒数、一二次枝梗数、一二次枝梗总粒数的直接作用都较大,对单株产量直接作用最大;而大维管束效率对穗部性状的间接作用都较大,对单株产量间接作用最大.籼型和偏籼型水稻大维管束效率＞1/2,而粳型和偏粳型＜1/2.粳型和偏粳型水稻一次枝梗效率接近1,而籼型和偏籼型在1/2左右.大维管束效率和一次枝梗效率与穗部性状和单株产量关系密切,在亲本及杂交后代中所分化的程度明显不同,能反映出穗部性状良好的形态和机能,可以作为选择良好穗部性状的参考指标.     

利用大豆四向重组自交系群体定位产量相关性状QTL

为探明大豆产量与株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、百粒质量等产量构成因素间的相关性,定位控制这些性状的QTL进而提高大豆产量,以4个产量相关性状差异较大的大豆亲本配制双交组合(垦丰14×垦丰15)×(黑农48×垦丰19)衍生的包含160个株系的四向重组自交系群体(FW-RIL)为材料,在哈尔滨(2013-2015年)和克山(2013,2015年)种植,获得的株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、百粒质量的表型数据,结合已经构建的包含275个SSR标记的大豆遗传图谱对产量相关性状QTL进行定位。结果表明:在多个环境下重复稳定检测到产量相关性状的QTL 28个,其中10个株高QTL可解释表型变异率在3.20%～11.72%,3个主茎节数QTL可解释表型变异率分别为6.55%,5.70%,3.77%,9个单株荚数QTL可解释表型变异率在2.60%～11.25%,4个百粒质量QTL可解释表型变异率在3.83%～9.35%,2个单株粒数QTL可解释表型变异率分别为8.58%,7.52%;28个多环境重复检测到的产量性状QTL,其中16个QTL是本研究新检测到的,12个与国内外报道过的产量相关性状QTL位点一致,说明QTL检测准确率较高。利用分子标记遗传图谱,定位控制产量相关性状的QTL,为利用分子标记改良大豆产量潜力提供了有力手段。     

用(培矮64s/Nipponbare)F2群体对水稻产量构成性状的QTL定位分析

用水稻测序品种培矮64s和Nipponbare为亲本构建的含137个SSRs标记的连锁遗传图谱和（培矮64s/Nipponbare）F₂群体的180个单株，对水稻的单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、结实率、穗着粒密度、千粒重等6个产量构成性状进行了QTL定位分析。共检测到6个性状的22个QTLs，分布在第1、2、4、5、6、9、10、11、12等9条染色体的14个区域,表型贡献率5.0%-19.3%;相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTLs;集中分布的QTLs之间既有同向连锁.对不同水稻群体定位的同源QTL进行了比较,对QTL在染色体上的集中分布,以及用QTL定位结果和生物信息学方法相结合预测基因的英勇等进行了探讨。     

籼稻开花期耐热性鉴定与QTL定位分析

高温热害是水稻生产的重要制约因素之一。本研究利用籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本,以来自不同来源的6个籼稻品种为供体亲本构建了131个BC2F3:4选择导入系群体,在正常大田和温室大棚高温胁迫条件下进行连续两年(2011年和2012年)的耐热性鉴定,并结合基因型分析进行产量相关性状和耐热性QTL定位。耐热表型分析结果表明,尽管轮回亲本和供体本身不具备很强的耐热性,但绝大多数导入系后代出现了耐热性的超亲分离。本研究通过分子标记基因型和表型分析的单向方差分析进行产量相关性状(每穗总粒数,结实率,千粒重,单株产量)和耐热性(热胁迫指数)QTL发掘,共定位的到39个产量相关性状QTL,贡献率为7.3%~39.7%和12个耐热性QTL,贡献率为14.7%~30.2%。12个耐热性QTL中,有9个也在产量相关性状中检测到。40例QTL有利等位基因来自供体亲本,61.5%的QTL能在不同群体或环境中被重复检测到。产量性状和耐热性QTL在染色体上大多成簇分布,每个簇往往同时影响几个性状(多效性)。其中,第2染色体上RM341(Bin2.8)对每穗总粒数、千粒重和单株产量影响较大;第7染色体RM051(Bin7.1)则是主要控制结实率、单株产量和耐热指数等性状。第10染色体RM258(Bin10.5)则是主要控制每穗总粒数和耐热指数等性状。研究结果将为水稻耐热性改良及其分子标记辅助育种提供有益信息。     

小麦穗部性状和株高的QTL定位

穗粒数是小麦的重要产量性状之一,减少基部不育小穗数是提高小麦穗粒数的重要途径。利用EMS诱变小麦品系山农1186获得基部2-4个小穗不育突变体M7652。本研究利用M7652与山农1186回交获得的BC3F2群体及其衍生的BC3F2:3株系(MS)群体,M7652与泰农18杂交获得的F2群体及其衍生的F2:3株系(MT)群体为材料,进行遗传作图和QTL定位。通过SSR标记检测构建了分别覆盖38.9 c M、73.1 c M的两个4B染色体的遗传连锁图。对两个群体的穗部性状和株高进行QTL分析表明,MS回交群体在3个环境下都检测到6个QTL,包括5个控制穗部性状和1个株高性状的QTL位点,其贡献率为18.22%~47.23%,且位于染色体的相同区段,形成一个QTL簇;MT群体在1个环境中检测到4个控制穗部性状、1个控制株高的QTL位点,其贡献率为1.51%~39.15%,形成一个QTL簇。利用MS和MT群体检测到的QTL簇在染色体上的位置相同,都覆盖swes24标记,这个区域与增加小麦穗粒数、降低株高有关,为小麦穗粒数、株高的精细定位、基因克隆奠定了基础。     

Quantitative trait locus analysis for days-to-heading and morphological traits in an RIL population derived from an extremely late flowering F<Subscript>1</Subscript> hybrid of sorghum

The hybrid vigor typical of F₁ cultivars is used to boost biomass production of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). The high dry-matter yielding F₁ cultivar Kazetachi uniquely shows extremely late flowering and a long culm, and is greatly different from its parents. We investigated the genetic mechanisms underlying these phenotypes by quantitative trait locus (QTL) analysis of recombinant inbred lines derived from a male-fertile line and a restorer line and grown in 3 years. QTL analysis for six traits (days-to-heading, culm length, culm width, culm number, panicle length, panicle number) revealed that the unique phenotypes of the F₁ plants were controlled by the genetic combination of 12 or more QTLs detected in at least 2 years. Two putative QTLs for days-to-heading (qDH1 on SBI-01 and qDH6 on SBI-06) would strongly affect the other phenotypes because of their co-localization with QTLs for other traits, as supported by significant phenotypic correlations. These QTLs would be useful for understanding the association of plant type with biomass production in sorghum.     

Molecular dissection of the primary sink size and its related traits in rice

The genetic mechanism underlying the relationship between three traits of the primary sink size ‐ spikelet number per panicle (SNP), panicle number per plant (PN), and 1000‐grain weight (GWT), and their 10 component traits in rice was dissected in 292 F₁₃ recombinant inbred lines using a complete linkage map. A total of 43 genomic regions on 12 rice chromosomes were found to contain quantitative trait loci (QTLs) affecting the sink size traits, which revealed several important aspects of the genetic basis of sink capacity in rice. First, QTLs for SNP, PN and GWT were largely independent. Secondly, most QTLs affecting SNP and GWT showed close characteristics in both genomic locations and directions of effects to QTLs for their components, suggesting that pleiotropy, rather than linkage, was the primary genetic basis of the correlated panicle and grain traits. Thirdly, some QTLs affecting component traits did not contribute to SNP or GWT. In these cases, two or more QTLs with opposite effects on their component traits were detected, which could be due to either linkage or pleiotropy. Fourthly, some QTLs had large effects on panicle number (QPn4), panicle branching and length (QPbn3a, QPbn3b and QPb14), grain length and volume (QG13, QG15 and QGv2), and grain shape (QGs1 and QGs7), which were consistently detected in the related rice mapping populations and in different environments, providing good candidates and useful information for marker‐aided improvement of sink size and yield potential of rice.     

QTL analysis for panicle characteristics in temperate japonica rice

To understand the genetic background of panicle characteristics in temperate japonica rice (Oryza sativa L.), we genetically analyzed DH lines derived from a cross between two temperate japonica rice cultivars, ‘Akihikari’ and ‘Koshihikari’,in 1996 and 1997. Four traits of panicle characteristics, number of primary branches per panicle (NPB), number of secondary branches per panicle (NSB), average number of spikelets on one primary branch (NSP)and average number of spikelets on one secondary branch (NSS), in 212 DH lines were measured, and the interval mapping of QTLs for these traits was carried out using169 DNA markers with an LOD threshold of2.5. Five, three and one putative QTLs for NPB, NSB and NSS were identified,respectively, and no QTLs relating to NSP appeared. The percentages in total phenotypic variation explained by all putative QTLs for NPB were 35.5%: and43.8% in 1996 and 1997, respectively. All putative QTLs for NSB accounted for 35.5%and 27.5% of total phenotypic variation in1996 and 1997, respectively. The QTLs identified in this study will be useful intemperate japonica rice breeding for improved spikelet yield. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

水稻染色体片段代换系对氮、磷胁迫反应差异及其QTL分析

利用来源于9311(籼稻)与日本晴(粳稻)杂交后代衍生的遗传背景为9311的染色体片段代换系群体,分析其在大田正常、低氮和低磷条件下的单株有效穗和单株产量的差异。结果表明,低磷、低氮胁迫对单株有效穗和单株产量影响较大。代换系对低磷和低氮的反应存在明显差异。在低氮(磷)水平下共检测到26个单株有效穗和单株产量片段或QTL,以及12个相对单株有效穗和相对单株产量QTL。源于日本晴的等位基因均呈减效作用。低磷和低氮下共同检测到5个导入片段影响单株有效穗或单株产量。而大部分(约81%)QTL只在单胁迫处理下被检测到。表明水稻对磷胁迫和氮胁迫的反应既存在不同的遗传基础,也存在共同的遗传机制。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。     

Mapping quantitative trait loci influencing panicle‐related traits from Chinese common wild rice (Oryza rufipogon) using introgression lines

Panicle‐related traits are important agronomic traits which directly associated with grain yield. In this study, we investigated quantitative trait loci (QTLs) associated with panicle‐related traits using a set of 265 introgression lines (ILs) of common wild rice (Oryza rufipogon Griff.) in the background of Indica high‐yielding cultivar Guichao 2 (O. sativa L.). A total of 39 QTLs associated with panicle‐related traits including panicle length (PL), primary branch number (PBN), secondary branch number (SBN), spikelet number per panicle (SPP) and spikelet density (SD), were detected in the ILs with single‐point analysis. The alleles of 20 QTLs derived from wild rice showed positive effects, and some QTLs, such as, QPl1b for PL, QPbn8 for PBN, QSd4 and QSd11b for SD and QSpp4 for SPP showed larger positive effects, providing good candidates and useful information for marker‐aided improvement of yield potential of rice. Most of the QTLs controlling SPP, SBN and SD were located in cluster or closely linked on chromosomes, and the directions of their additive effects were consistent, which explained the genetic basis of significant correlations between their phenotypic characters.     

Identification of QTLs controlling quantitative characters in rice using RFLP markers

Summary Segregation of plant height (PH), tiller number (TN), panicle number (PN), average panicle length per plant (PL), average primary branch number per panicle per plant (PBN) and 1000 grain weight (1000G) were specific in an F₂ population derived from a cross of Palawan, a tall Javanica variety, and IR42, an Indica semidwarf variety. One hundred and four informative RFLP markers covering all 12 chromosomes were used for detecting putative QTLs controlling the traits. Orthogonal contrasts and interval mapping analysis were used for the analysis. QTL detected for PH on the region of chromosome 1, where semidwarfing gene sd-1 locus is located, seems to be a multiple allelic locus. An additional QTL for PH was identified on chromosome 2. Two QTLs for TN were detected on chromosomes 4 and 12. The QTL on chromosome 4 seemed also to govern the variation in PN. Four QTLs were found for the other traits, two of them for PL were located on chromosomes 6 and 2, one for PBN on chromosome 6 and the other for 1000G on chromosome 1. Additive gene actions were found to be predominant, except one QTL for PH and one QTL for PL, but partial or incomplete dominance also existed for the QTLs detected.     

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。     

利用单片段代换系研究水稻产量相关性状QTL加性及上位性效应

产量及其相关性状如单株有效穗数、千粒重、穗实粒数、穗总粒数和结实率等是水稻重要的农艺性状,了解产量及其相关性状QTL的加性及上位性效应对以分子标记聚合育种改良水稻产量具有重要意义。本文以16个单片段代换系及15个双片段代换系分析了水稻产量相关性状QTL的加性及上位性效应。共检出影响产量及其相关性状的13个QTL,包括产量性状1个、单株有效穗数1个、千粒重4个、穗实粒数4个、穗总粒数2个和结实率1个,分布于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,检出12对双基因互作。结果显示,2个正向(或负向)产量性状QTL聚合,往往会产生负向(或正向)的上位性效应,能否产生更大(或更小)的目标性状,取决于双片段遗传效应(加性效应与上位效应代数和)绝对值与单片段最大加性效应绝对值的差。本研究结果对实施高产分子标记聚合育种方法有重要参考价值。