水稻粒形性状的上位性和QE互作效应分析

本研究利用基于明恢86×佳辐占水稻重组自交系(recombinant inbred line,RIL)构建的SSR遗传图谱,总标记数为131.联合两季的稻米粒长(GL)、粒宽(GW)、长宽比(L/W)表型数据,应用混合线性模型方法进行QTL定位,并作加性效应、上位效应以及加性QTL、上位性QTL与环境(QTL-by-environment,QE)的互作效应分析.检测到粒长、粒宽和长宽比的加性效应QTLs分别为6个、4个和4个,贡献率分别为23.67%、21.41%和25.78%;检测到8对粒长的上位性QTLs,5对粒宽的上位性QTLs,2对长宽比的上位性QTLs,贡献率分别为16.75%、22.36%和7.55%;环境互作检测中,发现共有9个加性QTLs和7对上位性QTLs与环境发生了互作.结果表明,上位效应在粒形性状的遗传与加性效应一样起了重要作用,环境互作效应对粒形性状有一定的影响.     

大豆籽粒大小与形状性状的QTL定位

大豆籽粒大小和粒形性状不仅与产量和外观品量紧密相关,还对机械化播种有着一定的影响。本研究采用大粒栽培品种冀豆12与小粒半野生地方品种黑豆(ZDD03651)杂交衍生的包含188个重组自交系的F_6:8和F_6:9群体为材料,对粒长、粒宽、粒厚、长宽比、长厚比和宽厚比的遗传结构进行分析,并分别以WinQTLCart 2.5、QTLNetwork 2.1和IciMapping 4.1 3种模型对以上性状的加性效应QTL,QE互作效应及上位性互作效应进行检测。6个性状的广义遗传率介于64.01%~79.57%,遗传力较高,且除粒厚外的其他性状受环境影响显著。共定位到加性效应QTL38个,单个QTL的贡献率介于2.21%~10.71%之间,分布在12条染色体的17个标记区间内,且12个染色体区段至少与两种性状相关。两种及以上模型同时检测到的QTL有24个,3种模型均能检测到的QTL共8个,分别为qSL-17-1、qSL-18-1、qSW-6-1、qST-2-1、qST-6-1、qSLT-2-2、qSWT-2-1和qSWT-20-1。检测到7对上位性互作QTL,分别涉及粒长、粒宽、长宽比、长厚比和宽厚比,互作效应贡献率介于0.78%~6.20%之间。QE互作效应贡献率均较低,介于0.0005%~0.3900%之间。以多种模型同时检测结果准确性较高,可为分子标记辅助育种工作提供可靠理论基础。     

大豆籽粒硬实加性和上位性QTL定位

硬实是植物种子的普遍特性, 是影响大豆种子发芽率、生存能力及储存期的重要数量性状, 同时影响着大豆的加工品质。本实验通过对大豆籽粒硬实性状的加性和上位性互作QTL (quantitative trait locus)分析, 明确控制大豆籽粒硬实的重要位点及效应, 旨在为进一步解析硬实性状复杂的遗传机制提供理论依据。以冀豆12和地方品种黑豆(ZDD03651)杂交构建的包含186个家系的F_6:8和F_6:9重组自交系群体为材料, 采用WinQTL Cartographer V. 2.5的复合区间作图法(composite interval mapping, CIM)定位不同年份的籽粒硬实性状相关的加性QTL, 同时采用IciMapping 4.1软件中的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping, ICIM)检测籽粒硬实性状的加性及上位性QTL。共检测到3个籽粒硬实性状相关的加性QTL, 分别位于第2、第6和第14染色体, 遗传贡献率范围为5.54%~12.94%。同时检测到4对上位性互作QTL, 分别位于第2、第6、第9、第12和第14染色体, 可解释的表型变异率为2.53%~3.47%。同时检测到籽粒硬实性状加性及上位性互作QTL, 且上位性互作多发生在主效QTL间或主效QTL与非主效QTL间, 表明上位性互作效应在大豆籽粒硬实性状的遗传基础中具有重要的作用。     

利用DH群体定位水稻谷粒外观性状的QTL

采用混合线性模型的复合区间作图方法，对水稻“圭630”和“02428”组合的DH群体的谷粒外观性状——粒长、粒宽和粒形进行了数量性状基因定位，同时对定位的主效应和上位性进行了环境效应分析。2002年对粒长、粒宽和粒形分别检测到5、4和2个QTLs；2003年对以上3个性状分别检测到3、4和4个QTLs。其中4个QTLs在2年均检测到，且其贡献率较大。位于第4染色体C22．RG449d区间的QTL效应大，同时影响粒长和粒宽，2年内均被检测到。联合2年数据分析分别检测到6个粒长QTLs、6个粒宽QTLs和3个粒形QTLs，共解释各自性状变异的67．7l％、50．08％和29．17％，且影响粒形的3个QTLs同时影响粒长或粒宽。对粒形和粒宽分别检测到4个QTLs与环境之间存在显著互作。本实验中检测到主效应和上位性对谷粒外观性状均具有重要作用，但上位性贡献率相对主效应较小，环境互作效应更小。     

稻米淀粉黏滞性QTL定位及其G×E互作分析

用珍汕97B/密阳46构建RIL群体及其遗传图谱,经海南和杭州两地遗传试验,以精米粉RVA谱5个参数特征值PKV、HPV、CPV、BDV和SBV作为研究稻米淀粉黏滞性的指标,运用检测QTL主效应、上位性效应和G×E互作效应的遗传分析方法,进行QTL联合分析。结果表明, (1)在检测到涉及5个性状的9个主效应QTL中,除PKV位于第5染色体qPKV5外,其余8个QTL均位于第6染色体上;(2)5个性状均检测到位于第6染色体RM197-RZ516区间的主效应QTL,很可能它们为同一基因,该基因还与Wx基因处于相同区域;(3)检测到与PKV、HPV、CPV、BDV等4个性状有关的QTL主效基因均表现有G×E互作,且方向一致,在海南试验中有增效作用;(4)还检测到涉及5个性状的10对上位性互作效应,但均未发现有显著的上位性×环境互作效应。     

基于单片段代换系的水稻粒型QTL加性及上位性效应分析

以分子标记辅助选择的手段有目的地进行基因聚合育种,对于加快育种进程具有重要的意义。而基因的加性和上位性效应是决定基因聚合能否成功的关键。本文以16个单片段代换系(SSSL)及15个双片段代换系分析了水稻粒型性状QTL的加性及上位性效应。共检测到9个水稻粒型性状QTL,包括4个粒长QTL、1个粒宽QTL和4个籽粒长宽比QTL,分别位于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,还检测出7对双基因互作,其中3对为有显著效应的两座位间互作,1对为两座位均没有显著效应的座位间互作,3对为1个有显著效应的座位与1个没有显著效应的座位间互作。本文结果进一步揭示了同一粒长QTL与不同单片段代换系聚合时会产生不同的互作效应,只有当上位性效应与目标基因的加性效应同向时,才可以达到明显改良粒长的效果。而且,2个长粒或2个短粒QTL聚合很难再产生更长或更短的籽粒。以上结果对于通过分子标记辅助育种手段改良水稻粒型具有重要意义。     

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%。     

玉米叶型相关性状QTL定位及上位性效应分析

为了研究玉米叶型性状的QTL以及它们的上位性效应,本研究以豫82为母本、豫87-1为父本发展而成的一套重组自交系群体为材料,通过一年3点的表型鉴定,利用遍布玉米全基因组的SNP标记,对玉米叶向值、叶夹角、叶长、叶高点长和叶宽5个性状进行QTL定位及上位性效应分析。定位结果表明,5个性状共定位到24个QTL,贡献率6.89%~13.43%,所有主效QTL均与环境没有显著的互作效应。其中,q LA1-1、q LA8-1、q Lf2-1、q Lf5-1、q LOV3-1、q LL2-1、q LL4-1、q LW1-1和q LW3-1的贡献率均在10%以上,说明这些位点对叶型的影响较为重要。上位性效应分析结果表明,共检测有15对上位性互作位点表现出显著性,并且所有的互作位点对都发生在不同染色体之间;多数互作位点对,均发生在未显著性效应的位点之间;所有的上位性互作位点对间的互作效应与环境也无显著的互作效应,这表明叶型相关性状的加性效应和上位性效应,均不受地点间环境条件的影响。本研究为进一步图位克隆相关关键基因及分子标记辅助育种改良玉米株型提供了重要的参考价值。     

烤烟几种化学成分的QTL初步分析

以含137个株系的烤烟DH群体(G-28×NC2326)及其亲本为材料, 在以前作图数据的基础上, 新增23个标记。将这些标记数据合并起来构建了包括11个ISSR标记和158个RAPD标记、由27个连锁群组成的烤烟分子标记遗传连锁图, 覆盖长度2 094.6 cM, 相邻标记间的平均图距为15.95 cM。利用4个环境下的试验数据进行了总糖、烟碱、氧化钾3种烟叶化学成分的QTL初步分析, 共检测到7个加性效应QTL和9对加加上位性效应QTL, 其中3个加性QTL和3对上位性QTL存在QTL与环境互作效应(QE)。表明在烤烟总糖、烟碱、氧化钾的遗传控制中除加性效应外, 上位性效应也具有重要作用。对于烟碱、氧化钾检测到加性QTL与环境互作效应, 对于总糖、氧化钾检测到上位性QTL与环境互作效应, 利用这些与环境具有互作效应的QTL进行标记辅助选择时宜考虑特定的环境条件。     

水稻种子耐贮藏性QTL主效应和上位性效应分析

利用珍汕97B／密阳46构建的RIL群体及其相应分子遗传图谱,采用种子加速老化鉴定法,以处理后的相对发芽率(％)作为该材料耐贮藏性的考察指标,分别对老化处理7d和14d后测得的数据进行QTL定位和上位性分析。共检测到2个主效应QTL与控制种子耐贮藏性有关。在老化程度相对较轻时,qSS9-1起忍耐作用：而在老化程度相对较重时,则有qSS4基因在起作用。试验还检测到5对耐贮藏性的上位性互作OTL,其贡献率为8．14％～13．51％,涉及第1、2、3、4、5、6、9、12等8条染色体。其中在7d老化处理试验中,检测到2对效应值相对较小的上位性互作;而在14d老化处理试验中,检测到3对效应值相对较大的上位性互作。     

Effect of quantitative trait loci for seed shattering on abscission layer formation in Asian wild rice Oryza rufipogon

Asian cultivated rice Oryza sativa L. was domesticated from its wild ancestor, O. rufipogon. During domestication, the cultivated rice lost its seed-shattering behaviour. Previous studies have shown that two major quantitative trait loci (QTLs; qSH1 and sh4) are responsible for the seed-shattering degree. Here, we produced introgression lines carrying non-functional alleles from O. sativa ‘Nipponbare’ at the two major QTLs in the genetic background of wild rice O. rufipogon W630, and examined the effects of the two QTLs on seed shattering and abscission layer formation. The introgression lines, with Nipponbare alleles at either or both loci, showed complete or partial abscission layer formation, respectively, indicating that other unknown loci might be involved in enhancing seed shattering in wild rice. We detected a single QTL named qSH3 regulating seed-shattering degree using an F₂ population between Nipponbare and the introgression line carrying Nipponbare alleles at the two QTLs. Although we generated an introgression line for qSH3 alone, no effects on seed shattering were observed. However, a significant effect on seed-shattering degree was observed for the introgression line carrying Nipponbare alleles at qSH3 and the two QTLs, suggesting an important role of qSH3 on seed shattering in coordination with the two QTLs.     

Epistasis and complementary gene action adequately account for the genetic bases of transgressive segregation of kilo-grain weight in rice

Transgressive segregation is a common phenomenon in plant species. In this study, transgressive segregation for kilo-grain weight (KGW) was observed in a recombinant inbred line (RIL) population derived from the cross between an indica variety, Teqing, and a wide compatible japonica variety, 02428, in three environments. A genetic linkage map with 154 single sequence repeat markers (SSR) was developed. Effects on KGW of quantitative trait loci (QTLs), digenetic epistasis, and their environmental interaction (QE) were determined using a mixed linear model approach. 13 QTLs with additive effects and 8 digenetic interactions involving 16 loci were identified. Eight QTLs were involved in interactions. Two QTLs and one epistasis showed QE. 30.0 and 14.0% of variation was explained by the additive effects and epistasis, respectively, which were much greater than the 4.4% of variation explained by QE. According to the model used, predicted KGW values of extreme phenotypes in the RIL population were very close to their observed values. This indicated that complementary action of additive QTLs and epistasis can adequately account for the important genetic bases of transgressive segregation for KGW in the rice RIL population.     

Identification of quantitative trait loci (QTLs) for seed protein concentration in soybean and analysis for additive effects and epistatic effects of QTLs under multiple environments

Soybean protein concentration is a key trait driver of successful soybean quality. A recombination inbred lines derived from a cross between ‘Charleston’ and ‘Dongnong594’, were planted in three environments across four years in China. Then, the genetic effects were partitioned into additive main effects, epistatic main effects and their environment interaction effects by using composite interval mapping, multiple interval mapping and composite interval mapping in a mixed linear model. Forty‐three quantitative trait loci QTLs were identified on 17 of 20 soybean chromosomes excluding Ch 7, Ch 8 and Ch 17. Two QTLs showed a good stability across multiple environments, qPRO20‐1 was detected under four environments, which explained 4.4–9.95% phenotypic variances and the allele was from ‘Charleston’ among four environments. qPRO7‐5 was detected under three environments, which explained 7.2–14.5% phenotypic variances and the allele was from ‘Dongnong 594’, three pathway genes of protein biosynthesis were detected in the interval of qPRO7‐5. The additive main‐effect QTLs contributed more phenotypic variation than the epistasis and environmental interaction. This indicated that it is feasible by marker‐assisted selection to improve soybean protein concentration.     

水稻幼苗耐Al3+胁迫的QTL定位分析

用珍汕97B/密阳46构建RIL群体及其遗传图谱,对其种子采用纸培法育苗和培养,并设2个Al³⁺浓度（20 mg/L和30 mg/L）胁迫处理,以处理20 d后的幼苗相对根长（%）和相对苗高（%）为耐Al3+胁迫指标,用于QTL定位分析。结果表明,以相对根长为指标,检测到2个耐Al³⁺胁迫的主效应QTL,即qRAC(r)2和qRAC(r)11,其中qRAC(r)2在2个胁迫处理下均被检测到,有效基因来自于珍汕97B,贡献率较大（12.92%和16.15%）,表现出较强的耐Al³⁺胁迫功能。以相对苗高为指标,还检测到qRAC(s)11-2（20 mg/L Al³⁺）和qRAC(s)11-1（30 mg/L Al³⁺）2个主效应QTL,它们均位于第11染色体。耐Al³⁺胁迫的QTL上位性分析还表明,总的QTL上位性互作效应比主效应QTL的作用更大,且显示出相当的复杂性,在不同胁迫浓度下,基因间可以通过不同的互作方式,表现出对高Al³⁺胁迫的耐性。以相对根长为指标,检测到8对上位性互作,涉及1、2、3、5、6、10等6条染色体的15个QTL位点;以相对苗高为指标,共检测到6对上位性互作,涉及第1、2、3、5、6、7、8、9、12等9条染色体;且几乎所有互作均发生在背景因子的QTL位点间。     

基于多个相关群体的玉米雄穗相关性状QTL分析

雄穗相关性状对玉米生产至关重要。为了解析玉米雄穗相关性状的遗传机制,利用以黄早四为共同亲本组配的11个重组自交系群体,对玉米雄穗一级分枝数、雄穗主轴长和雄穗干重3个性状进行QTL分析。经过对11个群体及亲本两年三点的田间鉴定,单环境和联合环境下的玉米雄穗相关性状QTL定位,及基因型与环境互作和上位性互作分析,检测到15个在多环境下稳定表达(5个环境以上)的“环境钝感”主效QTL,其中,在染色体bin3.04区域,齐319群体和旅28群体中都定位到1个主效雄穗一级分枝数相关QTL,其平均贡献率分别为17.4%和14.4%,并且2个群体的QTL标记区间高度重叠,在IBM2008 Neighbors图谱上的重叠区间为226.0~230.1。对比不同群体结果发现,在2个群体以上都能检测到的一致性区间21个,其中在第2、第3、第6、第8染色体上的5个一致性区间在3个群体中可稳定表达。这些多环境和多个遗传背景下稳定表达的位点可作为玉米雄穗性状分子标记辅助选择、精细定位及基因克隆的候选位点。     

陆地棉重组近交系产量及其构成因素的QTL分析

利用爱字棉1517×德州047重组近交系(recombinant inbred lines, RIL)中G6群体构建的SSR遗传连锁图谱及基于混合线性模型的复合区间作图法对QTL进行定位,并对主效QTL,加性×加性上位性QTL及与环境互作效应进行分析,为利用分子聚合方法提高产量提供理论依据。对2006年、2008年以及2009年的产量性状进行分离分析,检测到24个不同年份的主效QTL,其中相关于单株籽棉、单株皮棉、衣分、子指以及单株铃数的分别检测到1个不同年份稳定存在的主效QTL;对3年的产量性状作环境因子联合分析,检测到14个主效QTL,其中6个与环境互作,检测到20对加加上位性QTL,其中7对与环境互作。不同年份检测的稳定且受环境影响小或不受环境影响的与近处标记紧密连锁的主效QTL可用于分子标记辅助选择,以提高育种的效率。     

控制水稻株高的QTL定位及环境互作分析

为水稻的基因水平研究提供了重要的平台,利用由小穗小粒型品种‘密阳46’和大穗大粒型品种FJCD建立的一个包含130个家系F10的重组自交系群体,分别在武夷山和莆田环境下测定其株高,进行QTL定位及环境互作分析。武夷山环境下检测到2个加性QTL,位于1、2号染色体上,其中主效qPH-2-5解释了26.2%的表型变异;莆田环境下检测到4个加性QTL,分别位于2、2、2、6号染色体上,共解释了20.61%的表型变异。经过GE互作分析,2个背景QTL存在显著的加性×环境互作效应,共解释了17.36%的表型变异。此研究从一定程度上揭示了株高的数量遗传规律,同时为株高分子育种提供理论依据。     

水稻粒长主效QTL的分子遗传效应分析

为了探索水稻粒长遗传机制,利用小穗小粒型水稻Milyang 46和大穗大粒型FJCD构建的含130个家系的重组自交群体及其包含119个分子标记的连锁图谱,分别在福建武夷山和莆田对水稻粒长进行数量性状基因位点(Quantitative trait loci,QTL)定位及其环境互作分析。结果共检测到16个控制粒长的加性QTL,包括在武夷山被检测到的7个QTL和在莆田检测到的9个QTL。它们分布在第1、2、4、5、6、7、10、11、12号染色体上,其中有2个QTL在2个环境下被重复检出。qGL-4-6在武夷山和莆田的表型变异贡献率分别为5.69%、3.58%,qGL-10-1在武夷山和莆田的表型变异贡献率分别为15.82%、8.06%。16个加性QTL中,qGL-5-3、qGL-10-1与环境存在显著互作,而互作效应对表型变异的贡献率为0。