水稻千粒重和垩白粒率的QTL及其互作分析

产量因子千粒重和稻米品质指标垩白粒率密切相关。本研究以越光/Kasalath//越光BIL群体为材料,分析千粒重和垩白粒率的相关性、QTL、上位性互作及其环境的互作效应。相关分析表明,群体千粒重和垩白粒率在2005年和2006年均呈极显著正相关,相关系数分别为0.42和0.35 (P<0.001)。2年共检测到千粒重QTL 11个,其中5个在2年重复检测到,5个具有环境互作效应;千粒重上位性互作8对,7对与环境存在互作。垩白粒率QTL 6个,3个具有环境互作效应;上位性互作9对,其中4对具有上位性环境互作效应。比较分析发现3个主效QTL同时控制千粒重和垩白粒率的表现,千粒重和垩白粒率的增效等位基因来自同一亲本;1对上位性互作同时对千粒重和垩白粒率有相同的影响。一些与垩白粒率不相关的千粒重主效QTL,如qTGW-3c、qTGW-4a和qTGW-6b,可为育种所利用。对利用QTL定位结果进行千粒重和垩白粒率分子辅助选择育种进行了探讨。     

影响水稻穗部性状及籽粒碾磨品质的QTL及其环境互作分析

利用优质恢复系测258为轮回亲本与粳型糯稻新品系IR75862杂交创制的BC₁F₇回交导入系群体,在广西南宁和海南三亚定位了产量相关性状(二次枝梗数、穗总粒数、穗实粒数、粒重和穗重)、粒型(粒长、宽、厚)和碾磨品质(糙米率、精米率和整精米率)的主效QTL并剖析其环境互作效应。双亲在穗实粒数、千粒重、粒长和粒宽及整精米率等性状上存在显著差异。各产量相关性状间呈极显著正相关,而与千粒重和粒长呈极显著负相关。多数产量及粒型相关性状与3种碾磨品质相关不显著。在南宁和三亚环境下检测到影响产量相关性状、粒型及碾磨品质的主效QTL共计57个,包括二次枝梗数的6个,穗实粒数4个,穗总粒数、粒重和穗重各5个,粒长9个,粒宽7个,粒厚1个,糙米率4个,精米率5个和整精米率6个,分布在除第11染色体外的所有染色体上。多数影响枝梗数、穗粒数和粒重的QTL成簇分布,而且与影响BR、MR和HR的QTL分布在不同染色体区域。在第2、第3、第4、第5和第6染色体上鉴定出影响穗粒数、粒重、粒型及碾磨品质的重要QTL,这些QTL在以往不同遗传背景和环境下被多次检测到。在第8染色体RM152~RM310区间鉴定到1个影响粒长和粒宽的新的QTL,能同步增加粒宽和粒长。鉴定出的这些稳定表达的QTL具有标记辅助选择育种的应用价值。整精米率是受环境影响最大的性状,其QTL的环境互作效应明显。对QTL的环境互作效应特点及其在品种标记辅助改良中的作用进行了深入探讨。     

利用染色体单片段代换系定位水稻垩白QTL

为了鉴定和定位水稻垩白相关QTL,分析其遗传效应,利用籼稻品种广陆矮4号为受体,粳稻品种日本晴为供体构建的84个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett's多重比较,对代换片段上垩白相关QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值,共检测到36个垩白相关QTL。其中,垩白度QTL共19个,其加性效应值为-6.44~12.86,加性效应百分率为-34.04%~68.02%。垩白粒率相关QTL共17个,其加性效应值为-7.32~3.63,加性效应百分率为-8.07%~4.00%。这些QTL的鉴定为进一步精细定位并克隆相应QTL,提高稻米外观品质奠定了基础。     

水稻抽穗期QTL与环境互作分析

本文利用由98个家系组成的Nipponbare/Kasalath//Nipponbare回交重组自交系(backcross inbred lines, BILs)作图群体(BC1F9)和混合线性模型的QTL定位方法, 联合分析南京、合肥和海南3个不同地点的水稻抽穗期QTL及QTL与环境互作. 检测到8个抽穗期QTL, 分别位于第1、 2、 3、 4、 6、 7、 8染色体上, 其中, 第3染色体上有2个QTL     

大豆产量及主要农艺性状QTL的上位性互作和环境互作分析

以栽培大豆晋豆23为母本,半野生大豆灰布支黑豆ZDD2315为父本杂交衍生的F2:15和F2:16的447个RIL家系为遗传群体,绘制SSR遗传图谱,采用混合线性模型方法,对2年大豆小区产量及主要农艺性状进行加性QTL、加性×加性上位互作及环境互作分析。结果检测到9个与小区产量、茎粗、有效分枝、主茎节数、株高、结荚高度相关的QTL,分别位于J_2、I、M连锁群上,其中小区产量、茎粗、株高、有效分枝和主茎节数QTL的加性效应为正值,说明增加这些性状的等位基因来源于母本晋豆23。同时,检测到7对影响小区产量、茎粗、株高和结荚高度的加性×加性上位互作效应及环境互作效应的QTL,共发现14个与环境存在互作的QTL。上位效应和QE互作效应对大豆小区产量及主要农艺性状的遗传影响较大。大豆分子标记辅助育种中,既要考虑起主要作用的QTL,又要注重上位性QTL,才有利于性状的稳定表达和遗传。     

利用双向导入系解析水稻抽穗期和株高QTL及其与环境互作表达的遗传背景效应

利用粳稻Lemont和籼稻特青相互导入构建的遗传背景基本一致的双向回交导入系群体,分别在北京和海南环境定位影响抽穗期和株高的主效QTL及其环境互作,分析QTL及其与环境互作表达的遗传背景效应。在北京和海南分别检测到影响抽穗期和株高的主效QTL 16个和17个,其中有5个主效QTL (QHd2、QHd8a、QPh3、QPh5和QPh12)在两种背景下同时被检测到,表明多数主效QTL的表达具有遗传背景特异性。两种背景下检测到影响抽穗期的3个主效QTL (QHd8a、QHd9和QHd10b)存在环境互作,其中QHd8a与海南环境的互作在两种背景下提早抽穗2~3 d,与北京环境的互作则延迟抽穗2~3 d,是影响抽穗期的一个重要主效QTL。通过与以往相同亲本来源的7个不同定位群体在不同环境下定位结果的比较,鉴定出一些在不同遗传背景和环境下稳定表达的主效QTL,如QHd3、QHd8a、QPh3和QPh4,适宜用于水稻抽穗期和株高的分子标记改良。基于QTL定位结果,本文对如何通过分子标记辅助改良品种在不同环境下的抽穗期进行了深入探讨。     

多种环境下大豆单株粒重QTL的定位与互作分析

定位大豆单株粒重QTL、分析QTL间的上位效应及QTL与环境互作效应, 有利于大豆单株粒重遗传机理的深入研究。利用147个F_2:14~F_2:18 RIL群体, 5年2点多环境下以CIM和MIM方法同时定位大豆单株粒重QTL, 检测到17个控制单株粒重的QTL, 分别位于D1a、B1、B2、C2、F、G和A1连锁群上, 贡献率为6.0%~47.9%;用2种方法同时检测到3个QTL, 即qSWPP-DIa-3、qSWPP-F-1和qSWPP-D1a-5, 贡献率为6.3%~38.3%;2年以上同时检测到4个QTL, 即qSWPP-DIa-1、qSWPP-DIa-2、qSWPP-B1-1和qSWPP-G-1, 贡献率为8.1%~47.9%;利用QTLMapper分析QE互作效应和QTL间上位效应, 7种环境下的数据联合分析得到1个QE互作QTL和4对上位效应QTL, 贡献率和加性效应都较小。在分子标记辅助育种中应该同时考虑主效QTL及各微效QTL之间的互作。     

利用黄褐棉染色体片段导入系定位产量和纤维品质性状QTL

陆地棉的遗传基础狭窄,阻碍了棉花的遗传改良进程。为有效拓宽陆地棉的遗传基础,本试验利用野生种黄褐棉(AD4)为供体亲本,以综合性状优良的B0011品系为受体亲本(国审棉华杂棉H318的亲本之一),构建了含71个株系的导入系BC5S5群体。基于SLAF-seq的基因分型和多年多点田间试验的综合分析表明,该导入系在产量和纤维性状方面具有很大的变异,共检测到48个QTL,其中包含19个产量和29个纤维构成因素相关的QTL。在At亚组检测到9个性状的32个QTL,在Dt亚组为16个。进一步对QTL加性效应方向分析显示,其中有30个QTL的加性效应为正,18个QTL的加性效应为负。本研究结果为利用黄褐棉重要农艺性状有利等位基因改良陆地棉产量和品质奠定了基础。     

大豆叶片性状和叶绿素含量QTL间的上位性和环境互作效应

以丰产性好、抗旱力强的栽培大豆晋豆23为母本,山西农家品种半野生大豆灰布支黑豆为父本杂交衍生的447个RIL作为供试群体。将亲本及447个家系分别于2011、2012和2013年采用随机试验种植,按照标准测量叶长、叶宽和叶柄长3个性状,并于2012年8月1日和8月8日和2013年8月2日和8月9日各测量1次叶绿素含量。采用QTLNETwork 2.0混合线性模型分析方法和主基因+多基因混合遗传分离分析法,对大豆叶片性状和叶绿素含量进行遗传分析和QTL间的上位性和环境互作效应研究。结果表明,叶长受2对加性-加性×加性上位性混合主基因控制,叶宽受3对等效主基因控制,叶柄长受4对加性-加性×加性上位性主基因控制,叶绿素含量受4对加性主基因控制;检测到10个与叶长、叶宽、叶柄长和叶绿素含量相关的QTL,分别位于A1、A2、C2、H_1、L和O染色体。其中2个叶长QTL分别位于C2和L染色体,是2对加性×加性上位互作效应及环境互作效应QTL;3个叶宽加性与环境互作QTL分别位于A2、C2和O染色体;2个叶柄长QTL分别位于L和O染色体;3个叶绿素含量QTL分别位于A1、C2和H_1染色体。叶片性状和叶绿素含量的遗传机制较复杂,加性效应、加性×加性上位互作效应及环境互作效应是大豆叶片性状和叶绿素含量的重要遗传基础。建议大豆分子标记辅助育种中,一方面要考虑起主要作用的QTL,另一方面要注重上位性QTL的影响,这对于性状的遗传和稳定表达具有积极的意义。     

利用品质性状的回交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病QTL

将优质、抗纹枯病的高秆供体Tarom Molaii和Binam导入半矮秆IR64和特青背景,培育品质性状回交选择构建的4个导入系群体IR64/Tarom Molaii、特青/Tarom Molaii、IR64/Binam和特青/Binam,定位了影响水稻抗纹枯病病级(disease scale, DS)、相对病斑高度(relative lesion height, RH)和株高(plant height, PH)的QTL。结果表明,4个导入系群体的DS与RH高度相关,两者与PH呈显著负相关。导入系后代各性状均呈现超亲分离,出现抗性明显优于双亲的抗病个体,其中40%左右属半矮秆抗病类型。采用单向方差分析,在这4个群体中分别定位到10、8、8和6个影响3个性状的QTL,多数基因座上降低DS和RH即增强抗病性同时增加株高的等位基因均来自两个供体。未在同一供体两个不同背景下检测到影响3个性状的相同QTL,表明抗纹枯病QTL表达有明显的遗传背景效应。PH与DS及PH与RH被定位在同一个显著标记位点的QTL数分别占两个性状QTL总数的38%和52%,表明水稻纹枯病抗性与株高关系密切,两者存在许多连锁位点。与以往相同群体品质性状QTL的定位结果相比,发现品质性状QTL与抗纹枯病QTL大多分布在染色体的不同区域,彼此独立遗传。对利用目标性状选择导入系定位非目标性状QTL的效果、影响因素及育种应用进行了探讨,强调了目标性状选择导入系对非目标性状QTL发掘及育种应用的重要性。     

大豆蛋白质含量相关QTL间的上位效应和QE互作效应

利用Charleston×东农594重组自交系构建的SSR遗传图谱及混合线性模型方法对2002—2006连续5年的大豆蛋白质含量进行QTL定位,并作加性效应,加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。共检测到10个控制蛋白质含量的QTL,分别位于第B2、C2、D1a、E和N连锁群,其中1个表现为遗传正效应,9个表现为遗传负效应,另检测到15对影响蛋白质含量的加性×加性上位互作效应的QTL,解释该性状总变异的13.75%。环境互作检测中,发现9个QTL与环境存在互作,贡献率达到4.47%。     

甜玉米果皮厚度QTL的定位及上位性互作

果皮厚度是影响甜玉米口感的一个重要因素。发掘果皮厚度的基因资源、了解玉米果皮厚度的遗传机制,是指导其育种的基础。本研究以日超-1(薄果皮,56.57μm)×1021(厚果皮,100.23μm)的190个BC1F2家系为作图群体,分别采用2种遗传模型检测QTL。基于复合区间作图(CIM)共检测到3个影响果皮厚度的QTL,位于3.01、6.01、8.05区段,分别解释8.6%、16.0%和7.2%的表型变异,其中3.01和8.05处QTL以加性效应为主;基于混合线性CIM模型(MCIM)共检测到5个影响果皮厚度的QTL,其中除8.05处QTL为加性QTL外,另有2对加×加上位性互作QTL,1对是2.01和6.05处QTL之间的互作,另1对则是5.06和6.01处QTL间的互作。这2对互作QTL分别解释了6.63%和12.48%的表型变异率。本结果表明,加性效应和上位性互作效应等都在果皮厚度的形成和遗传中起重要作用。能够检测QTL上位互作的MCIM模型更适用于果皮厚度QTL定位。本研究还在其中4个QTL的区域内分别检索到胚乳中色素合成以及细胞转变的相关候选基因,这些基因的表达是否与果皮厚度的变异有关值得进一步研究。     

大豆油分含量相关的QTL间的上位效应和QE互作效应

利用Charleston × 东农594重组自交系构建的SSR遗传图谱, 及混合线性模型方法对2002年到2006年连续5年的大豆油分含量进行QTL定位, 并作加性效应, 加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。共检测到11个控制油分含量的QTL, 分别位于第A1、A2、B1、C2、D1a、D1b、F、H和O连锁群上, 其中2个表现为遗传正效应, 9个表现为遗传负效应, 另检测到15对影响油分含量的加性×加性上位互作效应的QTL, 解释该性状总变异的17.84%。发现9个QTL与环境存在互作, 贡献率达到5.76%。     

基于陆地棉背景的海岛棉染色体片段导入系产量性状QTL定位

棉花产量分为籽棉产量和皮棉产量,其中高皮棉产量总是育种的首要目标。皮棉产量由单株铃数、衣分、单铃重等因素组成。其中衣分在各因素中的遗传率最高,同时也是产量育种中重要的选择指标。育种中利用分离群体对单株铃数、铃重等产量性状选择受环境影响较大。利用染色体片段导入系进行铃数、铃重等产量性状的定位,定向改良产量性状,是棉花分子设计育种的有效方法。本研究利用陆地棉TM-1为轮回亲本和海岛棉海7124为非轮回亲本构建了一套陆地棉背景的染色体片段导入系,并在7个环境的田间试验下,鉴定了它们的产量表现,定位了28个与单株铃数、铃重、衣分和籽指相关的QTL。其中,在Dt亚组染色体上鉴定出的产量性状QTL多于在At亚组染色体上鉴定出的。28个QTL中,加性效应为正的16个,加性效应为负的12个,表明海岛棉不同的导入片段效应不同,有的片段可以提高陆地棉产量,有的则降低陆地棉产量。在6个环境下,导入系IL008(特征标记NAU2573和NAU3576)的衣分均显著高于轮回亲本TM-1,因此IL008可以应用于棉花分子育种,定向改良陆地棉的衣分。     

水稻永久F2群体抽穗期QTL的上位性及其与环境互作效应的分析

利用源于杂交水稻汕优63的重组近交系（RI）,进行系间随机交配构建了水稻永久F2（IF2）群体。采用QTL作图软件QTL Mapper 2.0对IF2群体的抽穗期性状进行了分析,共发现了21个QTLs,分布于10条染色体上。对抽穗期QTL的加性效应,显性效应,加×加、加×显、和显×显上位性效应进行了估计,对遗传主效应与环境的互作效应做了预     

大豆导入系群体芽期耐低温位点的基因型分析及QTL定位

利用美国大豆品种Clark (供体亲本)与主栽品种红丰11 (轮回亲本)所构建的回交导入系,经过严格的芽期耐低温筛选鉴定,得到46个在芽期耐低温性状上明显超过轮回亲本的导入系个体。利用这套选择群体结合随机对照群体和基因型分析,通过基于遗传搭车原理的卡方分析和单向方差分析方法,检测到分布于大豆10个连锁群的14个与大豆芽期耐低温相关的QTL。其中卡方分析检测到12个供体片段的超导入位点,对芽期耐低温性状表现为正效应。方差分析检测到5个位点,也表现为正效应,且其中Satt237、SOYPRP1和Satt540 3个位点是两种方法共同检测到的,应视为与耐低温直接相关的QTL。本研究旨在创建大豆芽期耐低温分子育种的检测方法平台,为大豆芽期耐低温研究提供有用的分子标记。     

籼稻落粒性QTL定位与环境互作效应检测

利用珍汕97B／密阳46所构建的RIL群体(ZM-RIL)及其相应分子遗传图谱,在海南和杭州两地试验,以稻穗下落法测得落粒率(％)为指标,进行两地数据QTL联合分析。结果表明,ZM-RIL群体的不同株系在两地间落粒率变化很大。在海南,该性状呈近似正态分布;在杭州,则呈明显偏态分布。试验共检测到7个主效应QTL,位于第1、2、3(2个)、6、7和11等6条染色体上,每个QTL影响落粒率的加性效应均不大,其幅度为1．7％～3．9％,共解释群体落粒性性状变异的8．53％。其中,有3个主效应QTL(qSH3-1、qSH3-2和qSH6)存在显著的GE互作,它们均使海南增加落粒率和杭州降低落粒率,且GE总贡献率几乎接近加性效应总贡献率,表明GE互作对落粒率具有重要影响。此外,试验还检测到5对上位性互作QTL,这些互作共解释群体落粒性性状变异的3．39％,单个互作的贡献率为0．47％-0．85％,未检测到上位性与环境的显著互作。     

利用代换系分析水稻株高QTL及其互作效应

利用一套以优良籼稻恢复系93-11为背景、导入片段源于粳稻日本晴的代换系群体(CSSLs)评价日本晴基因对株高的影响。3个环境共检测到6个影响株高的QTLs。其中4个QTL(qPH1,qPH3.1,qPH3.2和qPH9.1)能在3个环境中稳定表达,源于日本晴的qPH1、qPH3.2和qPH9.1显著增加株高,而qPH3.1降低株高。将携有目标QTL的代换系进行成对杂交,后代分离分析显示,位于qPH9.2与qPH1间具有累加效应;qPH9.1与qPH1或qPH9.2存在一定上位作用。研究结果为发掘和鉴定株高的基因以及剖析其相互作用、对水稻株高的定向改良奠定一定基础。     

川东南高温伏旱区杂交中稻品种库源结构对稻米整精米率与垩白粒率的影响

以25个杂交中稻组合为材料,研究了品种齐穗期库源结构对稻米整精米率与垩白粒率的影响。结果表明：整精米率与源库比呈极显著负相关,垩白粒率与源库比呈显著或极显著正相关。其原因在于,随着杂交组合每穗着粒数的增加,单位颖花的源占有量减少,稻穗籽粒灌浆速率降低,灌浆历期延长,籽粒容重增大,整精米率提高;当籽粒灌浆