小麦的叶面积、穗粒重和谷叶比的基因效应

用两个小麦杂交组合的 P₁、P₂、F₁、F₂、B₁、B₂和 F₃7个世代,用世代均数分析研究了小麦的剑叶面积,第二叶及第三叶面积,单穗粒重和谷叶比的遗传,用加权最小二乘法估算了遗传参数。结果表明,加性效应表现了极为显著的作用,显性效应也是显著的,     

F2:3设计全基因组标记的Bayesian分析

数量性状的遗传率低时,常采用F_2:3设计进行遗传分析,但往往忽略异质家系内QTL的混合分布特性。同时,用多QTL模型检测QTL会提高QTL检测的功效。因此,本文在利用F_2:3设计异质F_2:3家系内QTL混合分布特性基础上,提出F_2:3设计全基因组多标记联合分析新方法。该方法充分利用了异质F_2:3家系内的QTL混合分布,并采用多QTL遗传模型。Monte Carlo模拟研究表明,新方法能获得精确的QTL效应和位置的估计。此外,还比较了QTL效应抽样的两种策略。研究表明,新策略能显著提高QTL检测的功效。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

玉米抗丝黑穗病的基因效应

利用2个抗玉米丝黑穗病自交系（齐319和Mo17）与2个感病系（E28和黄早四）,组配4个抗感杂交组合。2004年,对4个组合的亲本、F₁、F₂、BCR（F₁与抗病亲本回交1代）和BCS（F₁与感病亲本回交1代）6个世代群体分别在北京和黑龙江进行丝黑穗病的人工接种鉴定,采用世代平均值分析玉米抗丝黑穗病的遗传特点。研究表明,各杂交组合的抗病性均含有显著的加性效应,其中3个组合有显著的显性效应。不同杂交组合的抗病遗传模式表现不同,用感病亲本E28组配的2个组合（齐319×E28）和（Mo17×E28）的抗病性基本符合加性-显性遗传模型;而用另一个感病亲本黄早四组配的组合（齐319×黄早四）和（Mo17×黄早四）的抗病性存在明显的上位性效应。这说明玉米对丝黑穗病的抗性呈现较复杂的遗传模式。因此,在抗玉米丝黑穗病育种中既要重视对自交系抗病水平的鉴定,也要加强杂种F₁的合理组配及抗病性评估。     

不同生态环境下玉米产量性状QTL分析

以玉米（Zea mays L.）自交系黄早四和Mo17为亲本得到的191个F₂单株为作图群体,衍生的184个F_2∶3 家系作为性状评价群体,分析了单株穗数、穗行数、行粒数、百粒重和单株籽粒产量在北京和新疆2个生态环境下的表现和数量性状基因位点的定位结果。QTL检测结果表明,2个环境共检测出47个QTL,分布于除第10染色体以外的9条染色体,其中与单株穗数相关的QTL共10个,可解释的表型变异为5.3%~25.6%;与穗行数相关的QTL共13个,可解释的表型变异为4.5%~23.2%;与行粒数相关的QTL有9个,解释的表型变异为5.4%~13.7%;与百粒重相关的QTL达10个,可解释的表型变异为4.9%~13.3%;与单株籽粒产量相关的QTL有5个,可解释的表型变异为6.1%~35.8 %。大部分产量QTL只在单一环境下被检测到,说明产量相关QTL与环境之间存在明显的互作。表型相关显著的产量性状,它们的QTL容易在相同或相邻标记区间检测到。研究还发现了若干个QTL富集区域,可能是发掘通用QTL的候选位点。     

2种环境下水稻灌浆期穗长的动态遗传研究

为了探知水稻穗长的动态遗传机制,利用由穗型差异大的水稻品种Milyang 46和FJCD建立的包含130个株系的F10重组自交系,测定福建武夷山和莆田环境下穗长灌浆期的动态变化值,并进行了QTL定位及其互作研究。结果检测到35个加性QTL,16个加性×环境互作QTL,1对加加上位性效应。QTL定位分析检测到的35个加性QTL,位于1、2、4、5、7、8、9、10、11号染色体上,对表型变异贡献率0.5%~16.52%。环境互作分析检测到的16个GE互作位点,分布在水稻1、2、3、4、5、7、8、9、11号染色体上,大部分为微效QTL。武夷山环境中,还检出1对加加上位性QTL,对表型变异贡献率达到33.14%。此研究一定程度上揭示了穗长遗传机制,为水稻育种提供了依据。     

优质蛋白玉米籽粒性状的遗传效应

选用8个胚乳性状差异显著的优质蛋白玉米(QPM)自交系, 采用Griffing I交配设计组配, 通过对亲本、F₁和F₂的鉴定, 探讨主要籽粒性状的遗传效应和杂种优势, 为有效利用热带硬质QPM种质改良、扩增我国温带QPM种质以及QPM籽粒性状改良和硬质QPM品种选育提供依据。结果表明, 籽粒百粒重、百粒体积、胚乳修饰度和籽粒密度在F₁和F₂代都表现一定的正向杂种优势; 胚乳修饰度在F₁代存在正反交差异, 母体效应明显; 4个性状的F₂代表型值与中亲值的相关性最大; 百粒重和百粒体积主要受母体效应控制, 基因效应以显性效应为主; 胚乳修饰度主要受种子直接效应控制, 基因效应以加性效应为主; 籽粒密度主要受母体效应控制, 基因效应以加性效应和显性效应同等重要。这4个籽粒性状的细胞质效应均较小, 主要受核基因控制。     

陆地棉重组自交系产量及产量构成因子性状的上位性QTL分析

棉花的产量及产量构成因子性状是以复杂的方式遗传,遗传力较低并易受环境条件影响。经典数量遗传学指出,上位性是复杂性状的遗传基础。本研究以湘杂棉2号F8和F9世代重组自交系为材料,调查了3个环境下的产量及产量构成因子性状,并构建了遗传连锁图。旨在定位产量及产量构成因子性状的上位性QTL并分析QTL与环境的互作效应。所有产量及产量构成因子性状均检测到上位性QTL,共检测到16对加性互作QTL（AA）,涉及的位点中仅4个有单位点效应,这反映了上位性的复杂性及其对产量和产量构成因子性状的重要贡献。共检测到17对QTL加性和环境互作（AE）,以及14对上位性QTL与环境的互作,表明环境因素对产量和产量构成因子性状起重要影响作用。研究结果还表明上位性效应作为湘杂棉2号的遗传基础起着重要作用。对各性状在不同环境的优良基因型进行了预测。综合优良家系（GSL）和特定环境下的优良家系（SL）的性状表现高于两亲本,表明湘杂棉2号重组自交系各性状都有提高的潜力。由于QTL加性和环境互作以及上位性QTL与环境互作的影响,预测的优良家系基因型会随着环境的改变而不同,表明应针对特定环境开展棉花育种。     

普通小麦与球茎大麦的可杂交性及其遗传的初步研究

选用了42个普通小麦品种、9个品种间杂种 F₁和一个 F₂作母本,分别与苏联球茎大麦和匈牙利球茎大麦及其不同株系杂交,其中的部分品种还同黑麦进行了杂交,以研究小麦与球茎大麦的可杂交性及其遗传规律。结果表明,小麦与球茎大麦的可杂交性同小麦与黑麦的情况相似,供试的两个球茎大麦及其株系间在可杂交性     

水稻收获指数遗传及其与主要农艺性状的相关研究

应用完全双列杂交的遗传设计,以5个各具特性的水稻品种为材料,对收获指数的遗传进行研究。结果表明,收获指数的一般配合力（GCA）效应、特殊配合力（SCA）效应和反交（R）效应均达极显著水平,其方差比为2.595∶1.232∶1;F₂群体收获指数从低到高呈连续的近正态分布,表现数量性状的遗传特点;在加性显性模型中加性效应和显性效应达极显著值,狭义遗传力和广义遗传力分别为40.17%、67.94%。遗传相关分析表明,收获指数与结实率显著正相关,与穗长、千粒重和生物量显著负相关,由于穗长、千粒重有较高的遗传力,因此在早代对穗长、千粒重进行选择能间接改良收获指数。初步明确水稻收获指数是一个由多基因控制的数量性状,符合加性显性模型,遗传以加性效应为主,显性效应和其它效应（如反交效应）也起一定的作用,遗传力较高,可在早期分离世代进行选择。上述的结果将为水稻新品种选育提供理论依据。     

用(培矮64s/Nipponbare)F2群体对水稻产量构成性状的QTL定位分析

用水稻测序品种培矮64s和Nipponbare为亲本构建的含137个SSRs标记的连锁遗传图谱和(培矮64s/Nipponbare)F2群体的180个单株,对水稻的单株有效穗数、穗粒数、穗实粒数、结实率、穗着粒密度、千粒重等6个产量构成性状进行了QTL定位分析.共检测到6个性状的22个QTLs,分布在第1、2、4、5、6、9、10、11、12等9条染色体的14个区域,表型贡献率5.0%～19.3%;相关性较强的性状之间具有较多共同或紧密连锁的QTLs;集中分布的QTLs之间既有同向连锁,也有反向连锁.对不同水稻群体定位的同源QTL进行了比较,对QTL在染色体上的集中分布,以及用QTL定位结果和生物信息学方法相结合预测基因的功能等进行了探讨.     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

利用BC2F2高代回交群体定位水稻籽粒大小和形状QTL

以我国优良籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本, 以来自菲律宾的Milagrosa为供体亲本, 培育了样本容量为199株的BC₂F₂高代回交群体。选取85个均匀分布在12条染色体上的多态性SSR标记进行基因型分析, 同时对粒长、粒宽、长宽比和千粒重4种性状进行了表型鉴定。采用性状－标记间的单向和双向方差分析对上述性状进行了QTL定位。单向方差分析(P<0.01)共检测到了10个控制粒长、粒宽、长宽比和千粒重的QTL, 其中有3个具有多效性。由于粒长和长宽比的高度相关性, 控制长宽比的2个QTL均能在粒长QTL中检测到。位于第3染色体着丝粒区域的qgl3b是一个控制粒长、长宽比和千粒重的主效QTL, 它可以分别解释粒长、长宽比和千粒重表型变异的29.37%、26.15%和17.15%。该QTL对于粒长、长宽比和千粒重均表现较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和负向超显性。位于第8染色体的qgw8位点是一个控制粒宽的主效QTL, 同时也是控制千粒重的微效QTL, 能解释粒宽表型变异的21.47%和千粒重表型变异的5.16%。该QTL对粒宽和千粒重均具有较大的加性效应(来自蜀恢527的等位基因为增效)和正向部分显性。双向方差分析(P<0.005)共检测到61对显著的上位性互作, 涉及54个QTL, 其中23个是能同时影响2~4个性状的多效位点, 且有8个位点与单向方差分析检测到的相同。控制长宽比的13对上位性互作位点中, 与控制粒长的上位性互作位点完全相同的有8对。以上结果为进一步开展水稻籽粒大小和形状有利基因的精细定位、克隆和分子设计育种奠定了基础。     

The genetic relationship between popping expansion volume and two yield components in popcorn using unconditional and conditional QTL analysis

Popping expansion volume (PEV) is the most important quality trait in popcorn, while its germplasm is inferior to normal dent/flint corn in yield. In this study, 259 F_2:3 families, developed from the cross between a dent corn inbred Dan232 and a popcorn inbred N04, were evaluated for their PEV, grain weight per plant (GWP) and 100-grain weight (100 GW) in two environments. The genetic relationship between PEV and GWP, and 100 GW on individual gene loci were evaluated using unconditional and conditional QTL mapping methods. In total, five, one and three unconditional QTL were identified for PEV, GWP, and 100 GW, respectively. The positive alleles of all QTL for PEV were from N04, while positive alleles of all QTL for GWP and 100 GW were from Dan232. In conditional mapping, one and two QTL failed to be detected, and all four additional QTL were detected. Nevertheless, three QTL were identified, which controlled PEV independently from GWP/100 GW. They seemed to be potential candidates in popcorn breeding to increase PEV without decreasing GWP/100 GW. The results suggested that for significantly correlated traits, the conditional QTL mapping method could be used to dissect the genetic interrelationship between traits at the level of individual QTL, as well as reveal additional QTL that were undetectable by unconditional mapping.     

水稻外观品质性状QTL分析

为发掘控制水稻外观品质相关性状的稳定QTL,利用籼稻品种‘贵9B’(Gui 9B)和粳稻品种‘热研2号’(Reyan No.2)为亲本,构建了包含100个家系的重组自交系群体为作图群体。分别于2014年12月和2015年5月将该群体种植于海南三亚和贵州贵阳2个不同生态环境,对稻米粒长和垩白粒率等外观品质性状进行了QTL分析。结合相应的分子连锁图谱及完备区间作图定位方法,对外观品质性状进行QTL定位分析。QTL检测结果表明:2个环境中共定位到16个外观品质QTL,分布在第1、第2、第3、第5、第9、第10和第11条染色体上,LOD值介于2.50~10.98之间,贡献率介于7.64%~19.89%之间。其中,有8个QTL为首次发现,有2个影响粒长的QTL在2个环境下均被检测到。本研究有利于推动水稻外观品质性状基因遗传研究和分子辅助育种。     

灌溉与自然降雨条件下水稻高代回交导入系产量QTL的定位

利用254个Lemont导入到特青背景的高代回交导入系定位了灌溉（对照）与自然降雨（干旱胁迫）环境下影响单株籽粒产量及其穗部相关性状的QTL。在两种环境下共检测到32个影响单株粒籽产量、千粒重和每穗实粒数的主效QTL,根据不同环境下表达的情况将其分成3类,第1类10个QTL,在两种环境下均被检测到;第2类14个QTL,只在对照条件下检测到;第3类8个QTL,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到。此外还检测到9个影响胁迫与对照条件下性状差值的QTL。认为在两种条件下均检测到的相对稳定的3个QTL（QGn11b、QGn12和QGn11b）及影响两种条件下性状差值（即性状稳定性）的9个QTL可能对耐旱性有直接贡献。在所有12个耐旱QTL中,除在QGn5和QGy1的Lemont等位基因减小性状差值（即增强耐旱性）外,其余位点上增强耐旱性的等位基因均来自特青。另外通过与源自相同亲本的不同定位群体在不同环境下定位结果的比较,鉴别出一些受遗传背景和环境影响较小的QTL如QGn3b、QGw1、QGw5、QGy1、QGy5、QGy8和QGy10。对应用QTL定位结果进行标记辅助选择培育耐旱品种进行了探讨。     

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。     

QTL analysis for grain weight in common wheat

Quantitative trait loci (QTL) analysis for grain weight (GW = 1000 grain weight) in common wheat was conducted using a set of 100 recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross ‘Rye Selection 111 (high GW) × Chinese Spring (low GW)’. The RILs and their two parental genotypes were evaluated for GW in six different environments (three locations × two years). Genotyping of RILs was carried out using 449 (30 SSRs, 299 AFLP and 120 SAMPL) polymorphic markers. Using the genotyping data of RILs, framework linkage maps were prepared for three chromosomes (1A, 2B, 7A), which were earlier identified by us to carry important/major genes for GW following monosomic analysis. QTL analysis for GW was conducted following genome-wide single marker regression analysis (SMA) and composite interval mapping (CIM) using molecular maps for the three chromosomes. Following SMA, 12 markers showed associations with GW, individual markers explaining 6.57% to 10.76% PV (phenotypic variation) for GW in individual environments. The high grain weight parent, Rye Selection111, which is an agronomically superior genotype, contributed favourable alleles for GW at six of the 12 marker loci identified through SMA. The CIM identified two stable and definitive QTLs, one each on chromosome arms 2BS and 7AS, which were also identified through SMA, and a third suggestive QTL on 1AS. These QTLs explained 9.06% to 19.85% PV for GW in different environments. The QTL for GW on 7AS is co-located with a QTL for heading date suggesting the occurrence of a QTL having a positive pleiotropic effect on the two traits. Some of the markers identified during the present study may prove useful for marker-assisted selection, while breeding for high GW in common wheat.     

利用非条件和条件QTL解析油菜产量相关性状的遗传关系

基于前期研究中构建的Sollux/Gaoyou DH群体在9个环境中的表型数据和新版遗传图谱,对油菜角果长度进行QTL定位,估测QTL的加性、上位性和环境互作效应。并通过条件QTL方法,解析角果长度与角果粒数和粒重之间的遗传关系,以期利用标记辅助,探讨通过选择角果长度基因型以增加角果粒数、提高千粒重,最终达到增加产量的可能性。结果共检测到在3个环境以上稳定表达的控制角果长度QTL 8个,加性效应值在0.09~0.26 cm之间,效应总和解释群体遗传总变异的60%。8对上位性QTL效应值在0.035~0.075 cm之间,效应总和为加性总效应的38%。QTL与环境互作效应只在少数位点和个别环境中显著。条件QTL研究表明,q SLA2、q SLC1-2和q SLC8-1位点,角果长度的变化对角果粒数影响较大;而通过选择q SLA7、q SLC1-2、q SLC8-1和q SLC8-2长角果标记基因型,可望同时提高角果粒数和千粒重。6个主效QTL 11个连锁标记基因型和表现型的关联分析,验证了条件QTL分析结果,表明通过对q SLA2、q SLA7、q SLC8-1和q SLC8-2位点6个连锁标记(ZAAS423、SUC1-3、ZAAS12a、ZAASA7-28、ZAAS433和ZAAS437)长角果基因型的聚合,可增长角果约2 cm,间接增加角果粒数2粒,同时提高千粒重0.4 g,从而可望实质性地提高油菜产量水平。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。