利用野生大豆回交导入系定位油分含量QTL

以野生型大豆ZYD00006(供体亲本)与黑龙江省主栽品种绥农14(轮回亲本)所构建的回交导入系(832株)为研究材料,利用单因素方差分析方法在11条连锁群上定位到23个QTL位点(P≤0.01),其中4个正效应,19个负效应。导入系群体经过严格的油分含量筛选鉴定,得到13个油分含量性状明显大于轮回亲本的导入系株行和20个油分含量明显小于轮回亲本的导入系植株。利用这33个特殊株行(选择群体)结合随机对照群体,通过基于遗传搭车原理的卡方分析,检测到分布于15个连锁群上的25个与大豆油分含量相关的标记位点,其中11个正效应,14个负效应。两种方法共检测到34个位点,新发现11个位点,两种方法均检测到的有14个位点。     

野生大豆导入系对蛋白质含量相关位点的上位性分析

利用野生大豆ZYD00006和栽培大豆绥农14所构建的回交导入系群体BC3F3代为研究材料,选择亲本间存在差异的121个SSR标记对114个株行材料进行基因型分析;利用T测验对含野生大豆纯合双导入位点(即B-B位点组合)植株表型值与绥农14表型值进行检测,以P≤0.05作为阈值,共获得104对B-B位点对表型影响显著,再经T测验,28对互作位点存在上位性效应,其中正向上位性效应位点10对,负向上位性效应位点18对,本研究结果揭示了上位性效应对大豆蛋白质含量性状的重要影响,同时这些位点信息将为大豆高蛋白分子辅助育种研究提供重要的理论基础。     

掖81162回交导入系产量相关性状评价及配合力分析

以53个玉米自交系为供体创造的85份掖81162回交导入系(BC_3F_6)为材料,评价其产量及相关性状,并将供试回交导入系与分属不同类群的4个测验种按照NCII设计配制344个杂交组合,评价供试回交导入系的配合力水平。结果表明,C22、C39、C40、C46、C47、C61、C69、C75和C85等9个回交导入系各有6个性状上优于轮回亲本。回交导入系C14、C64各有5个产量相关性状一般配合力效应优于轮回亲本,C06、C26、C28、C29、C30、C43、C69、C73、C79和C84各有4个产量相关性状一般配合力效应值优于轮回亲本。单株产量特殊配合力效应排在前5位的组合分别是四-444-1208×C12、四-444-1208×C79、四-444-1208×C84、Mo17-042×C40、四-444-1208×C38。     

野生大豆回交导入系蛋白质含量性状的QTL分析

以野生型大豆ZYD00006（供体亲本）与黑龙江省主栽品种绥农14（轮回亲本）所构建的回交导入系（1204株）为研究材料,利用WinQTL2.5的复合区间作图法(CIM)在9个连锁群定位了16个与蛋白质含量相关的QTL（14个正效应,2个负效应）;导入系群体经过严格的蛋白质含量筛选鉴定,得到10个蛋白质含量性状明显大于轮回亲本的导入系株行。利用这10个高蛋白含量株行（选择群体）结合随机对照群体,通过基于遗传搭车原理的卡方分析,检测到分布于10个连锁群上的17个与大豆蛋白质含量相关的标记位点,对蛋白质含量表现为正效应。两种方法共同检测到7个QTL。这些材料和位点将为高蛋白含量相关基因克隆及分子辅助育种提供重要的材料基础和标记信息。     

作物回交导入系的构建与应用

回交导入系是利用回交及标记辅助选择的手段构建而成的遗传与育种材料。经过多代回交,后代材料在轮回亲本的遗传背景下只包含一个或少量供体亲本染色体片段,因此,可作为QTL分析的重要材料。同时,多代回交有利于打破优异基因与不良基因的连锁,优异基因导入到整体表现优良的轮回亲本材料中,进而实现对育种材料的改良。鉴于其一致的遗传背景,导入系在QTL精细定位和基因克隆、QTL间互作研究、遗传验证及作物聚合育种和分子设计育种中均发挥重要的作用。本文对回交导入系的构建及其在作物遗传育种中的应用进行综述。     

晋麦47背景回交导入系的遗传选择与性状分析

为深入研究小麦抗旱相关性状的遗传基础,以旱地品种晋麦47为轮回亲本、水地品种鲁麦14为供体亲本构建的导入系(ILs)为材料,在雨养和灌溉两种条件下考察穗下节和穗部农艺性状,利用56对在双亲间表现多态性的SSR标记引物对BC3F4导入系群体的150个株系进行遗传选择,分析筛选后的148个导入系遗传背景及性状相关性.结果表明,ILs群体中有两个株系分别在2个、13个标记住点的基因型不同于双亲,ILs群体的晋麦47基因型回复率达94.38%.在两种水分条件下ILs群体多数性状表现超双亲.性状变异系数在2.34%～127.11%之间,性状均值偏向轮回亲本晋麦47;ILs群体灌溉条件下的每穗总小穗数(TNS)极显著大于雨养条件下的,与鲁麦14相似.除穗顶部不育小穗敷(SST)外,其余性状在两种水分条件下均呈极显著正相关(r=0.221～0.555).ILs群体穗下节长(FIL)和旗叶叶枕至德基部长(LPSB)的遗传力均较高,大于0.5975;穗顶部不育小穗数(SST)、穗基部不育小穗数(SSB)的遗传力均较低,小于0.4638,说明小穗结实卒易受环境水分条件影响.     

基于语义分割的大豆主茎精准表型自动获取及其在导入系材料选择中的应用

大豆导入系群体的构建和材料的选择是大豆育种的重要手段之一,而针对某一具体表型的材料选择不仅能够提高育种效率,而且还能够加快定位目标性状基因的进程。本研究针对由绥农14(轮回亲本)和野生野生大豆ZYD00006(供体亲本)为双亲构建的导入系(190个个体),采用机器视觉中的语义分割技术,对主茎相关表型进行了自动提取,实验结果表明:此方法完全可以取代人工测量且具有良好的可移植性,同样可用于其他作物的表型获取。在此基础上,本研究针对大豆主茎相关表型,对参试材料进行系统聚类,结果明确给出各参试材料(近等材料)基于主茎表型的聚类情况。这一结果将成为针对主茎表型进行材料选择的重要依据,同时依据这一结果可以大大加快主茎相关表型基因的定位。     

444玉米回交导入系主要性状及对丝黑穗病的抗性评价

以玉米自交系444为轮回亲本和54个国内优良自交系为供体亲本构建高世代回交导入系(BC3F4),随机选取54份回交导入系进行主要性状及抗玉米丝黑穗病评价。结果表明,回交导入系J88、J107和J148在植株性状、产量及产量构成因素等多个性状上均优于轮回亲本444;54份回交导入系对丝黑穗病抗性差异较大,J15表现为高抗;J2、J7、J28、J31、J46、J88、J110和J148表现为抗病;J6、J55、J73、J76、J97、J102和J121表现为中抗。发病率低于444的有47个,占87.04%,表明回交导入系对玉米丝黑穗病的抗性水平较轮回亲本444有较大提升。J88和J148对丝黑穗病抗性、产量及产量构成因素均表现较好,明显优于轮回亲本444,可优先利用。     

栽培大豆和野生大豆及其回交后代苗期耐盐性分析

以逐代人工耐盐性筛选的栽培和野生大豆杂交组合( Lee68×N23227)F5代株系3060为父本,以耐盐栽培大豆Lee68品种为母本或轮回亲本,配置回交组合(Lee68×3060,编号C)得到的不同单株后代株系(BC1F2)为试验材料,采用苗期耐盐系数、相对生长速率、干物质积累量等指标,对它们的耐盐性进行了分析和评价,并采用相对电解质渗漏率、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)含量、叶片净光合速率(Pn)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)对其中优良株系耐盐的生理机制进行了分析和探讨.结果表明:在盐胁迫下,该组合回交后代中C3、C10等株系的苗期耐盐性系数、相对生长速率和干物质积累量等指标均明显高于母本Lee68,接近或超过父本3060,其中C1O株系尤为突出.与双亲相比,盐胁迫使C10株系幼苗根和叶中相对电解质渗漏率和TBARS含量的上升幅度,及叶片Pn和Fv/Fm值的降低幅度明显较低,且盐胁迫下的相对电解质渗漏率和TBARS含量与其对照相比,差异均未达显著水平.可认为C10株系是一种新的优良耐盐大豆种质材料.     

玉米染色体单片段导入系的构建与应用研究现状

准确鉴定和定位玉米的重要数量性状基因位点是分子标记辅助选择和基因克隆的基础,传统的分析群体遗传背景复杂,很难对单个数量性状基因位点进行准确鉴定和定位。在简述作物近等基因系研究的基础上,讨论玉米单片段导入系的构建及其应用概况,并对单片段导入系这一玉米育种及分子生物学研究技术平台的未来进行了展望。     

基于大豆导入系群体结瘤相关性状QTL定位及基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对这个重叠区段的63个基因进行基因注释,选择到6个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结果显示根瘤菌感染期间Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。     

大豆回交群体耐旱耐盐的选择牵连效应及响应分析

本研究利用回交群体和多位点扫描分析方法研究了逆境胁迫下的选择牵连效应,找到相应的基因组区段,并分析了这些区段对不同选择条件的响应。结果如下：随机群体标记偏分离率为34.38%（P＜0.0001）,相比,经耐旱、耐盐选择后标记偏分离率分别扩大到51.56%和55.88%。说明经过耐旱、耐盐选择后回交导入系群体等位基因偏分离更为严重,群体基因型结构发生变化,明确显示了选择牵连效应的存在。基于牵连效应的选择响应,根据供体等位基因导入频率在耐旱、耐盐选择群体与随机群体中的表现,经卡方分析在0.0001水平下检测到3个耐旱相关位点（Satt338、Satt640和S at_108）,5个耐盐相关位点（Sat_271、Satt726、Satt640、Satt513和Sat_108）。本研究为选择牵连效应分析方法的有效应用和大豆分子设计育种奠定了基础。     

野生大豆抗胞囊线虫QTL定位

大豆胞囊线虫病（soybean cyst nematode,SCN）是大豆生产上的重要病害,野生大豆是拓宽大豆抗病育种遗传基础的重要种质资源。为开发野生大豆资源,利用SLAF-seq技术,以杂交组合“绥农14×ZYD03685”的亲本、 126个F2单株及其衍生的F2:3家系为试验材料,进行了SLAF标签的开发、遗传图谱的绘制和QTL分析。共获得7783个SLAF标签用于遗传图谱绘制,遗传图谱总长度为2664.2 cM,20个连锁群的平均长度为133.21 cM。两个SCN 抗性QTL（qSCN-1 和qSCN-2）分别位于Chromosome（Chr）18 4.25～4.31 Mb和Chr18 13.50～13.81 Mb,分别解释了 22.96%和10.96%的抗性（胞囊指数）变异,QTL区段内分别包含了6个和14个基因。qSCN-2 区段未见有前人关于 SCN抗性QTL的报道,为新的QTL。本研究为SCN抗性机制解析和利用ZYD03685进行SCN抗病分子育种提供了     

Changing allele frequencies associated with specific resistance genes to leaf blast in backcross introgression lines of Khao Dawk Mali 105 developed from a conventional selection program

Key genomic regions associated with blast resistance against a broad spectrum of isolates could be identified in backcross introgression lines developed by conventional breeding program. In this article, eighty three BC₃F₂ backcross introgression lines (BILs) derived from a cross between IR68835-98-2-B-2-1-1 (a broad spectrum blast resistance variety) and KDML105 (a susceptible variety) were developed by phenotypic selection against a mixture of six virulent blast isolates (MXL) that are widely spread out in the rainfed lowland of the North and Northeast of Thailand. The resistance spectrum of the BILs was assessed by inoculating with 12 different Magnaporthe oryzae isolates that showed differential responses on the parental cultivars and the MXL that was used for phenotypic selection. All BILs showed highly resistant reactions (low disease score) to the MXL and to two blast isolates THL48 and THL149. Four markers, i.e., RM246, RM241, RM303 and RM164 completely favoring the IR68835 allele (shifting of allele frequencies from KDML105 to IR68835) were identified on chromosomes 1, 4 and 5, respectively. Therefore, these markers could be linked to the resistance genes functioning against the MXL, THL48 and THL149. Furthermore, significant shifting of alleles was identified at six markers located on chromosomes 2, 4, 8, 9 and 12. Seven DNA markers linked to specific resistance genes were identified, in which allele from IR68835 at 6 markers, i.e., RM6, RM205, RM211, RM252, RM273 and RM342 reduced disease score (DS), against blast isolates THL16, THL329, THL458, THL831, THL868 and THL96036 while allele from KDML105 at RM208 (Pi-kd on chromosomes 2) reduce DS against THL84, THL191, THL557 and THL1108. In this study, the use of DNA markers enabled the identification of specific resistance genes in the backcross breeding materials developed from routine rice breeding program through the conventional phenotypic selection. In this experiment, the usefulness of breeding materials from conventional breeding program in identifying genes corresponding to the selection was illustrated. Linked markers and their genomic location provide necessary information for further use of marker-assisted selection to improve blast resistance in rice breeding program.     

转录组测序筛选野生大豆糖代谢途径干旱相关基因及其表达差异分析

野生大豆较栽培大豆有更广的遗传多样性,在组学水平整体分析其基因表达模式对筛选抗旱关键基因、 解析干旱胁迫响应调控网络和促进分子育种具有重要意义。本研究采用高通量测序技术对PEG6000模拟干旱胁 迫处理第0 h、6 h、12 h、24 h和48 h的30d苗龄野生大豆RNA进行转录组测序,获得了1796条糖代谢途径相关序 列。淀粉和蔗糖代谢途径通路注释的差异基因最多,半乳糖代谢途径次之;在获得的109个差异表达基因中,干旱 胁迫处理第12 h差异表达基因最多;对以上109个差异表达基因构建蛋白质相互作用网络,以节点度>10为标准筛 选中心节点,共获得8个关键基因。为进一步研究野生大豆干旱胁迫下的糖代谢相关基因奠定了基础。     

Dissecting Genetic Basis of Deep Rooting in Dongxiang Wild Rice

Deep rooting is an important trait in rice drought resistance. Genetic resources of deep-rooting varieties are valuable in breeding of water-saving and drought-resistant rice. In the present study, 234 BC₂F₇ backcross introgression lines were derived from a cross of Dongye 80 (an accession of Dongxiang wild rice as the donor parent) and R974 (an indica restorer line as the recurrent parent). A genetic linkage map containing 1 977 bin markers was constructed by ddRADSeq for QTL analysis. Thirty-one QTLs for four root traits (the number of deep roots, the number of shallow roots, the total number of deep roots and the ratio of deep roots) were assessed on six rice chromosomes in two environments (2020 Shanghai and 2021 Hainan). Two of the QTLs, qDR5.1 and qTR5.2, were located on chromosome 5 in a 70-kb interval. They were detected in both environments. qDR5.1 explained 13.35% of the phenotypic variance in 2020 Shanghai and 12.01% of the phenotypic variance in 2021 Hainan. qTR5.2 accounted for 10.88% and 10.93% of the phenotypic variance, respectively. One QTL (qRDR2.2) for the ratio of deep roots was detected on chromosome 2 in a 210-kb interval and accounted for 6.72% of the phenotypic variance in 2020. The positive effects of these three QTLs were all from Dongxiang wild rice. Furthermore, nine and four putative candidate genes were identified in qRDR2.2 and qDR5.1/qTR5.2, respectively. These findings added to our knowledge of the genetic control of root traits in rice. In addition, this study will facilitate the future isolation of candidate genes of the deep-rooting trait and the utilization of Dongxiang wild rice in the improvement of rice drought resistance.     

野生大豆(Glycine soja)YD63和栽培大豆(Glycine max)ZD19茎秆解剖结构比较解析

以野生大豆YD63和栽培大豆ZD19为研究对象,通过组织化学方法观察茎秆解剖结构的差异,并进一步分析和阐述这些解剖结构与功能和环境适应性间的关系,旨在为大豆抗逆性研究提供解剖学依据。结果表明：1）野生大豆表皮毛和腺毛多于栽培大豆,且角质层厚度、表皮厚度和表皮比例均大于栽培大豆,表皮和外皮层细胞的木质化和木栓化程度也高于栽培大豆;2）野生大豆皮层、韧皮部、木薄壁组织和髓的比例均大于栽培大豆,茎秆机械强度降低,可塑性升高,抗逆性增强;3）栽培大豆木质部、木纤维和总纤维比例均大于野生大豆,并且表皮细胞壁厚度、韧皮纤维壁厚度、木纤维壁和导管壁厚度均大于野生大豆。栽培大豆组织木质化的比例大于野生大豆,茎秆的机械强度升高,可以更好地维持直立生长和形态构建;4）栽培大豆微管形成层的细胞层数和厚度均大于野生大豆。栽培大豆木质部的比例大于韧皮部的比例,而野生大豆两者比例基本相同;5.）野生大豆韧皮部厚壁组织几乎是连续分布,仅在髓射线处中断,而栽培大豆是不连续的,呈片状分布,野生大豆韧皮部厚壁组织的比例大于栽培大豆;6）野生大豆导管壁强度(t/b)2和小导管比例大于栽培大豆,水分运输的安全性较高,但野生大豆木质部的连通性和水分运输的效率低于栽培大豆。本研究较系统地比较了野生大豆YD63和栽培大豆ZD19茎秆解剖结构特点,可为大豆抗性遗传改良提供解剖学依据。