玉米苗期耐盐性状的QTL分析

为探究玉米苗期耐盐性状的遗传调控机理,以耐盐的热带自交系CML298与盐敏感的温带自交系Zong31构建得到200份F2:3家系的初定位群体为试验材料,结合Illumina Maize 6K芯片获取相应的基因型数据,通过调查苗期盐胁迫处理前后的株高比率(SHR)、株高差值(SHD)、鲜重比率(SFWR)、鲜重差值(SFWD)4个耐盐指标,对玉米苗期的耐盐性进行评价。结果表明,共检测到2个与SHR相关的QTL位点q SHR4、q SHR8,分别解释7.08%和9.40%的表型变异;2个与SHD相关的QTL位点q SHD4、q SHD8,分别解释7.87%、9.21%的表型变异;3个与SFWR相关的QTL位点q SFWR3-1、q SFWR3-2和q SFWR9,分别解释6.15%、11.14%和6.27%的表型变异;2个与SFWD相关的QTL位点q SFWD4与q SFWD7,分别解释6.89%和6.04%的表型变异。其中,在第4号染色体129 c M位置与第8号染色体8c M位置都定位到了与SHR、SHD相关的QTL位点。本研究结果为玉米苗期耐盐相关基因的挖掘奠定了理论基础。     

玉米株高QTL的定位及主效QTL的确认

为了探索玉米株高的遗传机制,定位玉米株高的数量性状位点(QTL),本研究以玉米自交系PH4CV为轮回亲本,以郑58为供体亲本,构建BC₁F_3:4分离群体,在4个环境下对该群体进行玉米株高表型鉴定。表型分析结果表明,基因型之间差异极显著,且不同环境之间的株高相关性极显著,说明不同环境之间的株高变异具有共同的遗传基础。利用包含5.5万个单核苷酸多态性标记(SNPs)的基因芯片进行基因型鉴定,并结合基因型和表型数据进行全基因组关联分析。在错误发现率(FDR)为0.05时,检测到10个显著性SNPs,这些显著性SNPs主要位于第2号染色体上,-log₁₀(P)值最大的标记为Chr2_194690794。利用线性回归模型对显著SNPs进行表型贡献率及效应分析,发现位于第2号染色体的标记Chr2_194690794效应值最大,贡献率最高,来源于PH4CV的基因型的正效应。利用BC₁F_5:6群体进行基因型和表型鉴定,进一步确认了标记Chr2_194690794与株高QTL的连锁关系,表明在第2号染色体上存在1个控制株高的QTL。本研究为玉米株高QTL的精细定位奠定了基础。     

控制水稻抽穗期和株高的QTL的定位及遗传分析

抽穗期（headingdata,HD）和株高（plantheight,PH）是水稻（Oryza sativaL.）非常重要的农艺性状。本研究利用金23B（Jin23B）和青谷矮1号（QGA-1）构建的BC3F1群体及其衍生的BC3F2群体通过分子标记定位水稻抽穗期和株高的QTL（quantitativetraitlocus）。构建的遗传连锁图包含105对SSR标记和8对InDel标记,图谱较好地覆盖了水稻12条染色体。两年来共定位到了9个抽穗期相关QTLs,6个株高相关的QTLs,其中抽穗期和株高最大效应都来源于第7染色体。抽穗期QTLqHD7-3在2011年LOD为37.07,可以解释的表型贡献率为41.05%,加性效应为11.68;株高QTLqPH7-2在2011年LOD为43.73,可以解释的表型贡献率为54.17%,加性效应为21.60;2012年LOD为42.66,可以解释的表型贡献率为54.39%,加性效应为19.95。qHD7-3和qPH7-2位于同一区域RM214-RM5543之间,Ghd7也位于这一区间,该QTL可能是Ghd7的等位基因。抽穗期QTLqHD2定位于第2染色体上标记ZH282和RM71之间,在两年内都能检测到,其LOD值分别为4.56和4.99,可解释的表型贡献率分别为4.31%和7.99%。株高QTLqPH4定位于第4染色体上标记RM241和RM317之间,其两年内的LOD分别为2.89和2.67,解释的表型贡献率为9.42%和8.78%。抽穗期QTL qHD2和株高QTL qPH4所定位的区间没有相关的基因或QTL报道,这两个QTL可能含有控制抽穗期和株高的新基因。本研究通过遗传定位证明了株高和抽穗期是由主效QTL和微效QTL共同控制的,并发掘了新的抽穗期和株高的QTL,为育种家利用分子标记辅助选择培育新品种提供更多的选择。     

高低氮条件下玉米SSSL群体生物量、氮浓度及氮累积量的QTL定位

  【目的】  玉米生物量、氮浓度以及氮累积量与籽粒的产量和品质密切相关,本研究利用单片段代换系群体,对高氮和低氮条件下玉米成熟期的生物量、氮浓度和氮累积量进行了QTL定位,旨在为氮高效相关基因的精细定位以及克隆氮高效相关的主效QTL奠定基础。  【方法】  以氮效率具有显著差异的‘许178’和‘综3’为亲本构建的玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,设置高氮 (0.15 g/kg) 和低氮 (0.05 g/kg) 两种处理进行盆栽试验。在成熟期取样,测定植株的生物量、氮浓度以及氮累积量。根据代换系与亲本‘许178’表型值的T-test结果, 利用该群体SSR遗传连锁图谱,在P < 0.05条件下定位所测定性状的QTL。  【结果】  在高氮和低氮条件下,共定位到133个QTL (贡献率为 –40.75% ～12.69%)。其中包括49个生物量QTL,在高氮条件下检测到26个、低氮条件下检测到23个;24个氮浓度QTL,其中17个茎秆氮浓度QTL (包括8个高氮条件下检测到的QTL和9个低氮条件下检测到的QTL),7个叶片氮浓度QTL (5个高氮条件下检测到的QTL和2个低氮条件下检测到的QTL);60个氮累积量QTL,包括33个茎秆氮累积量QTL (27个高氮条件下检测到的QTL和6个低氮条件下检测到的QTL),27个叶片氮累积量QTL (11个高氮条件下检测到的QTL和16个低氮条件下检测到的QTL)。上述QTL在玉米的10条染色体上均有分布,其中以第4条染色体上检测到的数量最多 (19个),第5条染色体上检测到的数量最少 (6个)。  【结论】  本研究定位到的生物量和叶片、茎秆氮累积量高氮特异QTL片段有umc1077 ～umc2350 (bin 10.04)、umc2350 ～bnlg1028 (bin 10.04) ,低氮特异QTL片段有umc2377 ～bnlg1647 (bin 3.01)、end ～phi072 (bin 4.00)、bnlg1444 ～umc2041 (bin 4.08)、bnlg1863 ～bnlg2046 (bin 8.03)。这些染色体片段中极可能包含控制玉米氮效率相关的关键基因,在后期的试验中我们将逐步对这些QTL进行精细定位。     

玉米产量因子QTL整合图谱构建与"一致性"QTL确定

应用生物信息学手段,收集和整理了411个玉米产量及构成因子QTL相关信息,借助高密度玉米遗传图谱IBM2 2005 Neighbors,采用BioMercator2.1软件构建出含221个QTL的整合图谱。采用统合分析方法,在LOD值大于4.0时于玉米第6染色体上确定1个与穗数、粒重和单位籽粒产量相关的”一致性“QTL,由标记bnlg1732和bnl8.08c界定,间距14.51cM。从MaizeGDB网站下载”一致性“QTL区间内基因和标记的原始序列,通过NCBI网站在线软件BLASTx同源比对分析,初步获得3个产量位置候选基因。利用比较基因电子定位策略,将53个水稻和玉米产量相关基因定位到玉米IBM2 2005 Neighbors图谱上,在”一致性“QTL区间内发现1个控制水稻分蘖数基因,初步确定为产量位置候选基因。本文结果为确定有关玉米产量因子的QTL及其候选基因提供了信息。     

基于三重测交群体解析玉米株高与穗位高杂种优势QTL

为检测玉米株高、穗位高杂种优势QTL,以121株intermated B73×Mo17(IBM)个体为基础群体,按照三重测交交配设计构建了三重测交群体,通过完备区间作图法对株高、穗位高杂种优势的主效QTL及互作位点进行了分析。在第9染色体上的2个紧密连锁的区段分别定位到了一个株高、穗位高杂种优势加性QTL位点,单个QTL的表型贡献率为14.3%和18.6%。该QTL可能同时对株高、穗位高杂种优势起作用。在第1、第3染色体上检测到2个株高杂种优势超显性QTL,可解释表型变异的9.0%~11.4%;在第1、第6、第8染色体上检测到5个穗位高杂种优势超显性QTL,可解释表型变异的6.6%~16.8%。进一步分析发现,2对加加上位性互作区段及2对显显上位性互作区段对穗位高杂种优势存在上位性贡献,加加互作效应及显显互作效应可共同解释表型变异的40.7%和26.8%。由此可知,加性、显性及两位点互作上位性共同对株高、穗位高杂种优势存在贡献。本研究检测到的主效QTL位点有助于株高、穗位高在杂种优势育种中的进一步应用。     

高氮和低氮条件下玉米穗位叶持绿性状的QTL定位

【目的】玉米叶片持绿性与籽粒产量、品质性状密切相关,本研究利用单片段代换系群体,对高氮和低氮条件下的玉米穗位叶持绿性状进行了QTL定位,旨在为持绿相关基因的精细定位以及克隆相关主效QTL奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两个亲本许178和综3构建的172个玉米单片段代换系为研究材料,采用完全随机区组设计,在高氮(N 240 kg/hm^2)和低氮(N 75 kg/hm^2)条件下,进行了两年大田试验。以吐丝后第10天穗位叶的SPAD值作为玉米持绿性的表型值,根据代换系与亲本许178表型值的T-test结果,利用该群体的SSR遗传图谱,在P <0.01条件下定位持绿性状的QTL。【结果】在基因组范围内,两个氮水平下共定位53个穗位叶持绿QTL (贡献率为–2.45%～–22.65%)。上述QTL在玉米的10条染色体上均有分布,其中以第1染色体上检测到的数量最多(14个),第7染色体上检测到的数量最少(1个)。高氮条件下检测的QTL为29个,6个在两年试验条件下被重复检测,分别为qhnSG1d、qhnSG2a、qhnSG3a、qhnSG4a、qhnSG8b和qhnSG10c,其中qhnSG8b和qhnSG10c为高氮特异QTL,两年内QTL的贡献率分别为–4.47%、–9.17%、–9.46%和–5.05%;低氮条件下检测的QTL为16个,2个QTL在两年大田环境被重复检测,分别为qlnSG1f和qlnSG2b。其中qlnSG1f为低氮特异QTL,两年内QTL贡献率分别为–9.70%和–10.85%。【结论】通过对玉米穗位叶持绿性状分析,将高氮特异持绿染色体片段定位到umc1077～umc2350区段内,低氮特异染色体片段定位到umc1013～umc2047区段内。     

不同氮水平下玉米苗期根系形态和氮吸收量的 QTL 定位

【目的】玉米的根系形态与氮素吸收能力关系密切,利用单片段代换群体对玉米苗期根系形态相关性状和植株氮吸收量进行 QTL 定位,可为进一步精细定位并克隆控制玉米低氮下优异根系形态和氮吸收的主效 QTL 奠定基础。【方法】以氮效率差异显著的两亲本许 178 和综 3 构建的 150 个玉米单片段代换系 (SSSL) 群体作为研究材料,进行水培试验。以 Ca (NO₃)₂ 作为氮源,设置高氮 (4 mmol/L NO₃– )和低氮 (0.05 mmol/L NO₃– ) 两个处理,培养 20 d 后分根、冠收获植株,测定生物量和氮含量。通过 WinRHIZO 根系分析系统获得根系的总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数等指标。根据代换系与亲本许 178 表型值的 T-test 结果,利用该群体 SSR 遗传连锁图谱,在 P ≤ 0.001 条件下定位所调查性状的 QTL。【结果】高氮条件下 SSSL 群体除了根直径与总根长和根尖数没有显著相关性以外,其它各性状之间均显著或极显著正相关,并且植株氮吸收量也与根系各性状呈显著或极显著正相关;低氮条件下,除了根直径以外,植株氮吸收量与其他根系性状均呈极显著正相关,并且地上部和根部氮累积量均与根表面积的相关性最大。在高氮条件下共检测到 102 个 QTL 位点,包括 40 个根形态相关 QTL、34 个植株生物量 QTL 和 28 个氮吸收量 QTL;在低氮条件下共检测到 85 个 QTL 位点,包括 47 个根形态 QTL、22 个植株生物量 QTL 和 16 个氮吸收量 QTL。所检测到的根形态相关 QTL 与生物量和氮积累量 QTL 成簇存在,同一 QTL 区间多同时检测到根形态 QTL 和氮吸收量 QTL。高氮条件下,在代换系 1428、1376、1282、1266 和 1473 的代换区间上检测到高氮特异的 QTL 簇,同时包括多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–43% 到 84%。低氮下,在代换系 1419 和 1314 的代换区间上同时检测到低氮特异的多个根形态和氮吸收量 QTL,贡献率从–32% 到 55%。【结论】单片段代换系 1419 和 1314 所包含的代换片段 bnlg182—bnlg2295 和 umc1013—umc2047 检测到多个低氮特异的 QTL,并且这两个区间在前人的研究中均有玉米氮效率相关 QTL 检测到,说明该区间包含有玉米根系形态和氮吸收量的主效 QTL,在玉米氮高效吸收中可能起重要作用。     

玉米雄穗发育相关基因及分枝数 QTL 研究进展

目前，玉米已成为我国面积与总产量最大的作物。合理的雄穗大小是玉米育种的重要考察目标。主要概括了玉米雄穗发育相关基因研究进展，以及玉米雄穗分枝数的遗传分析和 QTL 定位相关研究进展，为玉米选育种及进一步的分子机理研究提供理论参考。     

水稻4种农艺性状QTL的初步定位分析

本研究以粳稻品种＂藤坂5号＂与籼稻品种＂江西丝苗＂为亲本杂交构建的F2分离群体（137个单株）作为作图群体,对控制水稻株高、剑叶宽、剑叶长和剑叶长宽比4种农艺性状的QTL进行定位分析。分别在第1、3、4和7染色体上检测到7个QTLs,其中qPH-3、qFLLW-4和qFLW-3在其所控制的相应性状（株高,剑叶宽和剑叶长宽比）所定位到的QTL中的贡献率是最大的,是主效QTL。然而,在本研究中并未检测到控制剑叶长的QTL。这些分析结果为进一步的分析和精细定位奠定基础,为育种和种质创新提供理论依据。