玉米产量数量基因位点与杂种优势遗传基础探讨

综述了玉米产量QTL的研究方法，QTL数目、位置、遗传效应及应用。在比较了多种利用QTL结果对杂种优势的解释的基础上，认为杂种优势的产生是显性效应、超显性效应和上位性效应共同作用的结果，杂种通过自组织理论而形成的最优基因表达调控是杂种优势形成的理论基础。     

玉米产量QTL和杂种优势遗传基础研究进展

综述了分子标记在玉米产量ＱＴＬ和杂种优势遗传基础方面的概况。对玉米产量ＱＴＬ的研究方法,ＱＴＬ数目、位置和遗传效应及应用作了介绍。比较了多种利用ＱＴＬ结果对杂种优势的解释。作者认为,杂种优势的产生是显性效应,超显性效应和上位性效应共同作用的结果,不可能只是一种基因效应在起作用。并提出杂种通过自组织理论而形成的最优基因表达调控是杂种优势形成的理论基础。     

中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的巢式关联分析群体(nested association mapping population,NAM)为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归(Joint stepwise regression)模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状(主要是行粒数和百粒重)与小区产量均表现出较高的正相关关系。但强优势测交组合(郑58测交群体)的产量表现与NAM群体自身的产量表现相关性较低,表明相对于弱优势测交组合(昌7-2测交群体),强优势测交组合的产量表现受RIL家系自身的产量影响较小。QTL定位结果表明,与NAM群体相比,利用其测交群体检测到的QTL数目较少,但能解释更高的表型变异。昌7-2和郑58测交群体定位到的QTL中,分别仅有27%和25%的位点与NAM群体定位结果重叠或相邻。主效位点的复等位分析结果表明,对于郑58测交群体(强优势测交组合),在单穗产量QTL中,68.69%的增产等位变异来自骨干亲本黄早四。但在昌7-2测交群体中(弱优势测交组合),仅有36.36%的增产等位变异来自黄早四。利用郑58测交群体共鉴定到13个重要的产量相关基因组区段,来自黄早四的等位变异在其中的11个区段表现为增产,这些区段对黄早四杂种优势的形成可能具有重要作用。QTL所在区域的重组率分析结果表明,利用郑58测交群体检测到的QTL所在区域具有较低的遗传重组率,符合杂种优势相关位点更容易分布于低重组区的基因组基本特征。【结论】在强优势测验种郑58遗传背景下,来自黄早四的等位变异对测交组合的产量具有重要遗传贡献,定位到的相关遗传区段与玉米杂种优势形成密切相关。     

作物杂种优势分子遗传基础研究进展

杂种优势是生物界的一种普遍现象,杂种优势遗传基础的研究受到了广泛的关注。近年来,随着DNA分子标记的发展和应用,杂种优势的遗传研究取得了许多有意义的进展。在综述了杂种优势遗传基础经典理论和假说的基础上,概括了利用分子生物学手段解释杂种优势遗传基础的一些新见解,如:上位性效应、遗传差异、QTL效应、基因表达调控、基因组的杂合性、遗传振动合成、基因网络系统、基因结构变化、基因组互补、遗传平衡、活性基因效应等理论或假说,并列举了部分理论及假说的分子遗传学证据。     

作物杂种优势遗传基础研究进展

杂种优势是生物界的一种普遍现象,可以大幅度提高作物产量和改良作物品质,具有巨大的商用价值。杂种优势遗传基础的研究一直是近百年来遗传和育种学家研究的热点和难点问题。笔者综述了杂种优势遗传基础的两个经典假说-显性假说和超显性假说的基本观点、不足之处。同时概括了利用分子生物学手段解释杂种优势遗传基础的一些新的学术见解,如:上位性效应与杂种优势、基因网络系统与杂种优势、遗传平衡与杂种优势、活性基因效应与杂种优势、遗传差异与杂种优势、QTL效应与杂种优势、基因表达调控与杂种优势,并列举了部分学说的分子证据。以期使人们能够了解杂种优势遗传基础的发展历程和最新研究动态。     

中国玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础解析

【目的】杂种优势利用是实现玉米高产育种的重要途径。解析玉米骨干亲本黄早四杂种优势形成的遗传基础,对指导中国玉米骨干亲本高效利用和高产育种具有重要的理论研究意义与生产利用价值。【方法】以玉米黄改系杂种优势类群的骨干亲本黄早四为共同亲本与11个代表性自交系构建的、包含2 000个重组自交系(recombination inbred line,RIL)的巢式关联分析群体(nested association mapping population,NAM)为试验材料,分别与改良瑞德×黄改系杂优利用模式的代表自交系郑58和昌7-2进行测交,并在全国4个玉米主产区10个试验点开展测交群体的多环境产量及重要农艺性状鉴定。在开展NAM测交群体产量和重要农艺性状相关性分析、各性状在NAM群体及其测交群体之间相关性分析基础上,基于高密度遗传图谱,利用联合逐步回归(Joint stepwise regression)模型进行了NAM及其测交群体QTL定位和产量QTL的复等位遗传分析,并对NAM及其测交群体定位QTL所在区域的遗传重组率进行了比较。【结果】表型分析结果表明,2个测交群体的株高和产量相关性状(主...     

作物杂种优势相关基因挖掘及QTL定位研究进展

杂种优势利用是提升作物产量、抗逆性和品质的重要手段之一,目前杂种优势已被广泛应用于杂交育种研究中。随着分子生物学、基因工程、高通量测序技术等的高速发展,研究人员在不同层面不断探索作物杂种优势的遗传基础,杂种优势数量性状基因座(Quantitative trait locus, QTL)定位与相关基因挖掘研究是其中的重要方面,对解析杂种优势分子机理具有重要的理论意义。本文对玉米、水稻、大豆等主要农作物中已定位的株型、粒质量及产量等杂种优势相关QTL或克隆基因的类型、功能及分子机理进行阐述和总结,以期通过结合现代分子生物学技术与高通量组学数据分析技术,深度解析作物杂种优势遗传基础,为推动杂种优势高效利用提供参考。     

冬小麦部分基因杂合性与杂种优势表达

农作物杂种优势的遗传机理是作物遗传育种学的重要基础理论问题。研究证明遗传杂合性是杂种优势的遗传基础，但需要进一步回答的问题是，杂种优势的表达与整个基因组杂合性有关，还是只与部分基因组位点的杂合性有关。最近，随着农作物QTL定位的研究进展，发现玉米杂种优势表达不仅与基因组杂合性（即超显性）有关，同时QTL在杂种优势表达中也起着重要作用。对于杂种优势遗传机理研究，若能创造出在相似遗传背景下杂合程度不同的一系列杂合体，即可以研究部分基因组位点杂合是否与杂种优势表达中也起着重要作用。对于杂种优势遗传机理研…     

玉米杂种优势预测和固定的研究

本文首先从玉米杂种的生理、生化代谢特点和生物学表现进行研究,杂种优势表现的生理基础为,杂种的光合强度和呼吸强度高于亲本自交系,对生化指标的测定表明,杂交种生物学上比自交系耐热能力强。其次,对玉米各性状的遗传规律进行分析研究,包括产量性状,品质性状,抗病性的遗传,了解各性状的遗传规律,可针对育种目标,选育优良自交系,进行杂交种生产,使杂种Fl表现出强大的杂种优势。再次,阐述玉米杂种优势固定方法,包括传统的固定方法,无性繁殖,无融合生殖,多倍体的应用,染色体易位的应用。最后对QTL在杂种优势预测和固定中的作用加以阐述。     

水稻多基因型群体品种杂种优势机理研究

杂种优势可以大幅度提高作物产量和改良作物品质,水稻的发展很大程度得益于杂种优势的利用,截止目前,杂种优势的遗传机理仍未解决,需继续进行深入的研究;杂交粳稻相对于杂交籼稻发展相对滞后,其中杂种优势问题和杂交粳稻制种产量问题是影响杂交粳稻应用推广的主要因素。笔者通过研究亲本中产量优势位点(QTL)、基因互作模式及这些QTL在F2群体中的遗传频率和优势效应,探讨多基因型群体杂种优势机理,为杂交粳稻的发展提供新的思路和参考。     

水稻产量性状杂种优势的QTL定位

 【目的】利用QTL定位方法检测水稻产量性状杂种优势QTL,并解释杂种优势产生的可能分子机理。【方法】利用重组自交系与亲本协青早B构建BC1杂种群体,通过两地重复试验,以中亲优势考察6个产量性状的杂种优势表型,利用Windows QTL Cartographer 2.5的复合区间作图法检测其QTL。【结果】多数产量性状均表现出较强的杂种优势。在两地试验中,共检测到20个产量性状杂种优势QTL,分布在水稻第2、3、6、7、8、10等6条染色体上,包括3个控制单株产量杂种优势的QTL、2个控制单株穗数杂种优势的QTL、6个控制每穗总粒数杂种优势的QTL、4个控制每穗实粒数杂种优势的QTL、4个控制结实率杂种优势的QTL和1个控制千粒重杂种优势的QTL。单个QTL对群体性状表型变异的贡献率为4.90%—12.85%。【结论】检测到控制6个产量性状杂种优势的20个QTL,其中qHNP-3、qHTNSP-7、qHNFGP-7、qHSF-7、qHTGWT-3 5个QTL在两地试验中稳定表达;检测到的20个杂种优势QTL中,有13个与在RIL群体中检测到的QTL重叠,重叠率达65%,因此,认为来自纯系的产量性状加性效应对杂种优势产生具有重要贡献。     

超级杂交稻两优培九产量杂种优势标记与QTL分析

【目的】对超级杂交稻两优培九影响产量及其构成因素性状的杂种优势位点进行定位,在此基础上探讨亲本培矮64S和9311的遗传差异与水稻产量性状的杂种优势间的关系,以探明水稻产量杂种优势的分子预测途径。【方法】应用经单粒传法获得后续世代的219个培矮64S×9311 F8重组自交系（RILs）株系材料与亲本培矮64S回交,并选用151个分布于水稻基因组12条染色体上的SSR多态性标记,构建回交群体RILs BCF1;构建基因组总长为1 617.7 cM、标记间平均距离10.93 cM和含151个分子标记的遗传图谱;采用分子标记技术和自由度不等的单向分组方差两组法、三组法分析,用SAS软件ANOVA分析、混合线性模型复合区间作图等方法,对回交RILs BCF1群体的产量性状及其构成因素的F1表型值进行相关分析、优势预测与QTL定位。【结果】本回交杂种群体RILs BCF1具备多种基因型,遗传变异丰富,性状平均值均显著高于亲本群体重组自交系RILs F8,共筛选到影响RILs BCF1群体产量及其构成因素性状杂种优势的阳性、增效位点74个;其中,三组法所筛选的阳性、增效位点数高于两组法,用这些阳性、增效位点所预测的遗传距离与产量F1性状值的相关性也显著提高;三组法所筛选产量性状的增效位点与两组法所筛选的增效位点完全一致;连锁紧密的位点有成簇分布的现象,每穗空粒数、每穗实粒数、结实率有6个杂种优势位点相同,并与3个产量杂种优势位点重叠,且均处在第7染色体上;通过逐步回归建立了对4个产量性状进行预测的回归方程模型;筛选到28个杂合型的特异性标记,它们与产量性状的表型值显著相关,使用特异性标记可使遗传距离与产量F1性状值的相关系数由全部标记的0.335提高到0.617;定位到3个与产量杂种优势相关的QTL和3个影响每穗实粒数杂种优势的QTL。其中,在第7染色体上影响每穗实粒数和产量杂种优势的QTL QGpp7和QHy7与影响每穗实粒数和产量杂种优势的增效位点的结果相符。【结论】通过增加筛选产量杂种优势阳性位点或增效位点数量、筛选影响杂种优势特异性分子标记的方法,可显著提高分子标记遗传距离与产量F1性状值的相关性,有效提高用分子标记遗传距离对杂种优势预测效率。定位了3个影响产量杂种优势的QTL及3个影响每穗总粒数杂种优势的QTL,分别在第2、3、7、11和12染色体上,其中,影响产量杂种优势的数量性状位点QHy7,贡献率为7.48%,可用于杂种优势的预测和杂交组合的选配。定位于第3染色体RM293-RM468的表型贡献率为14.9%的抽穗期QTL可用于早熟高产水稻的选育。     

不同氮水平下玉米苗期生长性状及成熟期产量的QTL定位

 【目的】研究玉米苗期氮素利用效率相关性状与成熟期产量之间的遗传关系。【方法】以优良杂交种豫玉22两亲本Z3和87-1为基础构建的一套F8家系的RIL群体为研究材料,在高、低氮两种条件下,通过苗期水培试验和成熟期田间试验,利用复合区间作图法对玉米苗期地上部干重、根干重、总根长、根冠比以及成熟期产量性状进行了QTL定位。【结果】利用Windows QTL Cartographer 2.5 软件,在LOD＞2.5条件下共定位到22个QTL位点,其中高氮下定位到10个QTL,低氮下定位到12个QTL,两种氮水平下共位或紧密连锁的QTL位点很少,表明不同氮水平下的遗传机制不同。在第5和第7染色体上发现了苗期根系相关性状与成熟期产量之间存在连锁关系。【结论】苗期根系性状对成熟期的产量形成具有重要的作用,在氮高效遗传育种中可以把苗期根系性状作为一个重要的选择指标。     

SSR分子标记与水稻杂种优势的相关性研究

[目的]探讨SSR标记遗传距离与水稻杂种优势的相关性。[方法]以5个不育系和4个恢复系为材料按5×4NCⅡ方法配制20个杂交组合,选取36对与水稻产量相关的特异性SSR标记（与QTL连锁的标记）和124对非特异性SSR标记（一般标记）对9个供试亲本进行多态性分析,研究SSR标记遗传距离与水稻杂种优势的关系。[结果]特异性SSR标记遗传距离与水稻F1代各性状优势之间的相关性均不显著,而非特异性SSR标记遗传距离与株高、千粒重优势呈显著和极显著正相关,与结实率优势呈显著负相关,特异性SSR标记遗传距离与水稻单株产量优势相关更密切。[结论]SSR标记遗传距离与水稻杂种优势有一定的相关性,但相关系数较小,不足以预测水稻的杂种优势。     

14个常用玉米自交系遗传差异性分析

对１４个常用玉米自交系及其９１个杂交后代的多个性状进行了研究,分析了自交系的遗传差异与杂交种产量、特殊配合力、杂种优势以及自交系自身产量之间的关系。结果表明,在自交系遗传差异分析结果与其亲缘关系相接近的情况下,自产系遗传差异与杂交种产量、特殊配合力、杂种优势之间均表现为正相关;自交系高产性状的筛选不影响其孀交后代杂种优势的筛选。     

玉米主要植株性状的杂种优势位点分析

【目的】鉴定玉米株高等植株性状的杂种优势位点为优良玉米新品种选育提供重要的理论依据。【方法】利用一套以综3为供体,许178为受体的单片段代换系群体及其与轮回亲本许178的测交群体,于2014年在河南浚县、新乡、长葛3个试点进行田间鉴定,完全随机区组设计,3次重复,散粉后对株高、穗位高、叶片数进行测定。利用Duncan’s多重比较和t测验分别对玉米株高、穗位高和叶片数进行QTL分析和杂种优势位点分析。【结果】单片段代换系的测交群体在主要植株性状上均表现出一定的杂种优势,其中,株高在浚县、新乡和许昌点的中亲优势值分别为4.74%、3.61%和1.09%,穗位高的中亲优势值分别为6.06%、7.77%和7.51%,叶片数的中亲优势相对较小。利用SSSL群体在3个环境中定位了9个株高的QTL、10个穗位高的QTL、5个叶片数的QTL。利用测交群体定位了6个株高的杂种优势位点,其中3个HL同时被检测到;穗位高检测到8个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到;叶片数定位了5个杂种优势位点,有1个HL被同时检测到。利用SSSL及其测交群体分别检测到3个植株性状的24个QTL和19个HL,在5个单片段代换系同时检测到同一性状的QTL和HL。【结论】株高、穗位高和叶片数的杂种优势在单片段代换系测交群体中呈:株高穗位高叶片数。定位到的QTL和HL中的一些在不同环境间存在保守性,且具有较大贡献率,这些主效QTL/HL所在的染色体区域可能存在调控所对应性状的主要基因,可作为进一步研究的依据。而且,少数染色体片段同时调控多个性状的杂种优势,表明所测性状间存在相关性。此外,定位到的株高、穗位高多数HL表现出超显性效应,而多数总叶片数相关的HL显示出显性效应,表明所测性状杂种优势主要来源于位点间的超显性效应。所测的3个性状间存在相关性,3个性状间平衡是遗传改良的重要目标。在育种实践中,上述主效QTL和HL可通过分子标记辅助选择,应用于理想株型育种,加快3个性状间协同改良进程。     

10个热带、温带玉米群体育种潜势分析

[目的]研究热带温带玉米群体产量性状的产量配合力、杂种优势和杂优模式。[方法]采用NCⅡ遗传交配设计,对10个热带(亚热带)、温带玉米群体的配合力及杂种优势进行评价。[结果]墨黄1号、新墨1号和墨白962及豫综5号、辽旅综和WBM-C4的一般配合力较高,在育种利用上有较优的利用潜势;墨白961×豫综5号、新墨1号×WBM-C4、墨白964×辽旅综、墨白962×EP7和墨黄1号×SUWAN-1的特殊配合力较高,具有潜在杂优模式;供试群体各组合群体平均优势在5.9%~39.6%、超亲优势在3.8%~21.6%。统计表明,亲本群体组合F1基因型值与其平均优势相关关系不密切(r=0.200 8),亲本群体间的遗传差异与群体平均优势呈极显著正相关(r=0.786 7**)。[结论]该研究对热带温带玉米群体的进一步改良和有效利用提供参考依据。     

玉米自交系优势群划分及其利用的初步研究

对14个玉米自交系及其双列杂交组合(未反交)进行了试验。以杂种产量的中亲优势值和自交系间的遗传距离为指标,对亲本进行了聚类分析。结果表明,利用中亲优势值可将参试自交系分为四个优势群,其聚类结果与自交系的亲缘关系和育种实践吻合;各优势群间具有较大的产量杂种优势,而在优势群内的自交群系间,生育日数、株高、产量等性状的配合力存在较大差异;自交系间的遗传距离与产量杂种优势无相关性,在进行种质聚类时应慎重使用。本文还提出了育种上利用优势群的途径和策略。