陆地棉SSR标记遗传多样性及其与农艺性状的关联分析

分析陆地棉栽培种遗传多样性,通过关联分析寻找与棉花农艺性状相关联的分子标记,为分子标记辅助选择育种和提高棉花育种效率奠定基础。本文采用74个Simple sequence repeat(SSR)标记对172份陆地棉栽培种的基因组变异进行扫描,使用NTSYS-pc 2.20进行聚类,分析该群体遗传多样性;利用Structure 2.3.4软件分析群体结构,在此基础上结合田间表型数据,采用Tassel 2.1的一般线性模型(General linear model,GLM)进行关联分析,定位与农艺性状相关的QTLs。74个标记共检测到148个多态性位点,涉及246个等位变异,变异范围2~7个,平均等位变异数为3.32;引物的多态性信息含量(PIC)为0.0281~0.3733,平均值为0.2370;遗传相似系数变异在0.2816~1,平均值为0.5369,平均遗传相似系数为0.5369,表明我国陆地棉遗传基础狭窄,尽管国外及西北内陆棉区部分材料具有较丰富的遗传变异。聚类分析将该群体划分为12个亚群,不同棉区的材料交叉分布,且聚类结果基本与系谱吻合。群体结构分析却将172份供试材料划分为3个亚群;通过关联分析,发现30个位点与铃重、衣分、黄萎病抗性显著相关(P0.05),各位点对表型变异贡献率为2.24%~5.27%。     

基于SNP和SSR标记的小麦品质性状的QTL定位

为给小麦品质性状的标记辅助选择提供备选分子标记,并进一步定位和克隆小麦部分品质相关性状的QTL,本研究利用普通小麦Heyne×Lakin杂交F2代单粒传获得的145个F8代重组自交系(Recombinantinbred line, RIL)群体,构建了含有2 082对标记(1 980对SNP标记和102对SSR标记)、总长度为2 120.13 cM的遗传连锁图谱,并利用该图谱对小麦连续两年的品质性状(蛋白质含量,湿面筋含量,淀粉含量和Zeleny沉降值)进行了 QTL分析。结果表明,共检测出11个QTL,其中,蛋白质含量有2个QTL,位于2A和5A染色体上,可解释的表型变异率6.94% 12.55%;湿面筋含量QTL有1个,位于5A染色体上,可解释的表型变异率8.40%~ 12.96%;淀粉含量QTL有3个,位于2A和5A染色体上,可解释的表型变异率9.78%~11.23%;Zeleny沉降值QTL有5个,位于2A、5A和7D染色体上,可解释的表型变异率4.75% 20.15%。其中5A染色体上存在这些品质性状QTL富集区,同时具有“一因多效”QTL位点。这个区段的发现,为小麦品质育种提供了参考依据。     

利用小麦RIL群体进行面粉蛋白质含量及其组分的QTL分析

小麦是全球重要的粮食作物之一,其中,蛋白质组分在小麦品质优劣中占重要作用。但是从分子水平研究小麦面粉蛋白质组分对小麦品质的影响较少,其中可用于分子标记辅助育种的标记更少。因此,本研究以糯麦1号(母本)和藁城8901(父本)构建的RIL群体为材料,在两年两点环境下进行了面粉蛋白质含量及其组分的QTL分析。结果表明,共检测到11个QTL加性效应位点,可解释表型变异率的4.23%~26.34%;共定位到上位性基因位点有22对,最大可解释表型变异的28.79%。其中,定位到影响醇溶蛋白含量的加性QTL位点1个,贡献率为25.6%。检测出3个控制谷蛋白含量的QTL加性效应位点,可解释谷蛋白变异的4.75%~26.34%。2对控制球蛋白含量的上位性QTL被检测到,分别可解释球蛋白变异的12.19%和14.63%。共7对影响醇溶蛋白含量的上位性QTL被检测到,可解释醇溶蛋白含量变异最大达25.64%。检测到影响谷蛋白含量的上位性QTL 8对,可解释谷蛋白含量变异最大达28.79%。检测到的主效QTL位点可用于分子标记辅助育种,为小麦品质性状方面的分子育种提供了参考。     

小麦RIL群体第一部分同源群染色体遗传多样性与偏分离分析

为了明确小麦第一同源群染色体的遗传多样性,用小麦重组近交系群体(RIL)(Q9086×陇鉴19)108个株系为材料,利用SSR标记对小麦第一同源群进行遗传多样性和偏分离分析。结果表明,97对SSR引物在RIL群体亲本间筛选具有多态性标记23对,多态性频率1B(30.30%)>1A(28.57%)>1D(10.34%)。在RIL群体中检出107个等位位点有多态性,每个引物可扩增出2～10个位点,平均4.65个。每个位点多态信息含量(PIC)在0.326～0.880之间,PIC值1B(0.709)>1A(0.534)>1D(0.498)。株系间遗传相似系数(GS)在0.40～0.96之间。通过聚类可将RIL群体分为九大类。亲本基因型在群体中的分离比例为1∶1.13。通过χ2检测,有15个SSR标记表现为偏分离(P<0.05),偏分离频率为65.2%,其中,有7个标记偏向父本陇鉴19,8个标记偏向母本Q9086;6个标记偏分离在1A上,7个偏分离在1B上,2个分布在2D上。     

陆地棉耐盐性状与SSR分子标记的关联分析

本研究以134份陆地棉栽培种为试验材料,测定其在0.3%盐浓度(质量分数)下的出苗率,并使用74对SSR引物对这些材料进行基因组变异扫描。利用Structure2.3.4软件分析该自然群体的遗传结构,在此基础上采用Tassel2.1软件对耐盐性状与SSR分子标记进行关联分析,寻找与棉花耐盐性状相关的分子标记。研究结果表明:(1)134份陆地棉栽培种的出苗率呈极显著差异,并筛选出27个盐敏感材料和10个耐盐材料。(2)74个SSR分子标记共检测出148个多态性位点,涉及246个等位变异,变异范围为2~7,平均每个标记3.32个;基因多样性指数变异范围为0.0295~0.4959,平均值为0.2897;SSR分子标记多态性信息含量(PIC)变幅为0.0290~0.3729,平均值为0.2381。(3)通过群体结构分析,将该自然群体划分2个亚群体,分别包含89份和45份材料。(4)关联分析共发现8个与棉花耐盐性状相关的SSR分子标记位点,表型变异解释率变幅为2.91%~7.82%,平均值为4.32%。此研究结果可以为棉花耐盐性状分子标记辅助选择育种提供参考。     

施氮处理对不同筋型小麦产量和品质的影响

为探究施氮处理对不同筋型小麦的植株性状、籽粒产量和品质的影响,采用盆栽试验,选用强筋小麦品种中麦578（A1）和中麦5051（A2）、弱筋小麦品种扬麦15（A3）和扬麦24（A4）为供试品种,在施氮量相同的条件下进行底施（B1）和追施（B2）处理。结果表明：在其他栽培措施相同条件下,强筋小麦穗长、总小穗数、千粒重和籽粒产量均优于弱筋小麦,其中A1籽粒产量分别比A2、A3和A4高0.44%、49.81%和15.27%;施氮处理中B2的株高、穗长、穗粒数、总小穗数和籽粒产量均高于B1;不同处理组合中,强筋小麦品种A1B2的植株和产量性状优于其他处理;强筋小麦品种的籽粒蛋白质含量和蛋白质产量均高于弱筋小麦品种,且具有极显著差异（P<0.01)。本试验中强筋小麦品种中麦5051在氮肥追施处理中可以兼顾籽粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量。     

油菜籽半必需氨基酸含量的种子胚和母体植株QTL定位与分析

菜籽饼是重要的饲料蛋白质来源,氨基酸组成与饲料营养品质有着密切关系,其中丝氨酸、胱氨酸和酪氨酸为多数动物的半必需氨基酸。本研究利用甘蓝型油菜双单倍体(DH)群体分别与双亲Tapidor和Ningyou 7回交构建的2套BC1F1群体,采用新创建的双子叶作物种子品质性状遗传体系QTL定位软件和作图方法,对油菜籽丝氨酸、胱氨酸和酪氨酸含量进行了种子胚和母体植株2套遗传体系的QTL定位分析。结果表明,在A1、A4、A7、A8、A9、C2、C3和C9染色体上检测到5个丝氨酸含量QTL、2个胱氨酸含量QTL和5个酪氨酸含量QTL,分别解释59.34%、29.66%和59.26%的表型变异。其中5个QTL属于主效QTL,均能解释10%以上的表型变异。全部QTL均具极显著的胚和母体加性主效应,其中3个QTL具显著或极显著的环境互作效应。在A4染色体上发现1个QTL簇,该区域存在3个控制丝氨酸、胱氨酸和酪氨酸含量的QTL。一些重要QTL以及与之紧密连锁的分子标记在今后图位克隆和分子标记辅助选择育种中具有重要的利用价值。     

普通小麦白粉病成株抗性的QTL分析

以抗白粉病的日本小麦品种Fukuho-komugi和以色列小麦Oligoculm杂交F₁的DH（doubled haploid）群体107个系为材料，利用313个SSR标记和37个RFLP标记，对Fukuho-komugi和Oligoculm的白粉病成株抗性进行QTL分析。试验材料于2003－2004年度种植在北京、2003－2004和2004－2005年度种植在安阳，调查白粉病发病情况。构建了由350个位点组成的遗传连锁图，覆盖小麦21个连锁群，全长3 101 cM。采用复合区间作图法进行白粉病成株抗性QTL分析，在1A、2B、4B和7D上发现4个抗白粉病QTL，分别解释13.6%、6.6%、8.9%和12.7%的表型变异。抗白粉病基因及其紧密连锁分子标记的发掘，将为小麦抗白粉病育种的分子标记辅助选择提供理论和技术支持。     

圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析

四排穗(four-rowed spike, FRS)性状是超数小穗(supernumerary spikelets, SS)性状的一种类型,表现为在一个穗轴节片上近垂直地着生2个无柄小穗,从而增加了小穗数和穗粒数,对提高产量有一定的潜力。为了解圆锥小麦0880 FRS性状的遗传特征,将0880与正常穗(normal spike, NS)圆锥小麦0879杂交,构建了遗传群体,并对0880 (FRS) × 0879 (NS)与0879 (NS) × 0880 (FRS) F₁、F₂及F_2:3植株的穗部性状进行了调查。结果显示,正反交组合的F₁植株均表现为正常穗,F₂群体中正常穗与四排穗符合3∶1的分离比例,表明0880的四排穗性状由隐性单基因控制,将该基因定名为frs1;细胞质对frs1无显著影响。采用已定位于普通小麦A组与B组的SSR分子标记并结合混合分组分析法(BSA), 筛选出32个在双亲及F₂单株构建的四排穗型池和正常穗型池都具有多态性的SSR分子标记,利用JoinMap4.0软件构建了与frs1连锁的2A染色体11个SSR分子标记遗传图谱,其中SSR标记Xwmc598和Xwmc522位于frs1基因两侧,与该基因的遗传距离分别为4.0 cM和2.4 cM。利用2A染色体缺失系对这11个SSR进行物理定位,Xwmc598和Xwmc522均被定位在2A染色体短臂FL0.00~0.78区域。本研究的结果为frs1基因的精细定位及分子标记辅助选择奠定了基础。     

黄淮麦区小麦品种(系)产量性状与分子标记的关联分析

为了获得与小麦产量性状关联的分子标记,筛选相关标记的等位变异,以128份黄淮麦区小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定产量性状,并选用在小麦全基因组21条染色体上的64个SSR标记、27个EST-SSR标记和47个功能标记检测所有材料的基因型。91个SSR和EST-SSR标记共检测到315个等位变异,单个引物检测到2~7个等位变异,平均3.5个;47个功能标记共检测到107个等位变异,单个引物检测到2~5个等位变异,平均2.3个。关联分析表明,49个位点与4个环境的产量性状及其均值显著关联(P≤0.005),其中38个位点在2个或以上环境或均值下被重复验证,16个位点与2个或以上性状相关联。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如降低株高的等位变异Ax2*-null和UMN19*-A362,增加穗长的等位变异barc21-A220,增加可育小穗数的等位变异gpw2111-A156,增加总小穗数的等位变异swes65-A120,增加穗数的等位变异VRN-A1*-A1068,增加穗粒数的等位变异cfd5-A215和增加千粒重的等位变异wmc626-A170。研究结果对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有一定的指导意义。     

A comparison of marker-assisted and phenotypic selection for high grain protein content in spring wheat

Wheat grain protein content (GPC) is a primary end-use quality determinant for hard spring wheat (Triticum aestivum L.), and marker-assisted selection (MAS) could help plant breeders to develop high GPC cultivars. Two experiments were conducted using two populations developed by crossing low GPC cultivars (Ember) and (McVey) with (Glupro), which contains a high GPC QTL from Triticum dicoccoides (DIC). In one experiment, MAS and phenotypic selection (PS) were employed to select high GPC genotypes, and the selected genotypes were grown in six North Dakota (ND), USA environments. In a second experiment, molecular markers were used to select BC₂F₂ plants from each marker class for the DIC allele from each population. These plants were twice self-pollinated to produce BC₂F₄ plants, which were grown in single ND and Minnesota (MN) environments. Mean GPC was highest among lines using PS at two environments and not significantly different between MAS and PS in the other four environments. Lines presumably homozygous for DIC alleles had significantly higher GPC than their respective low GPC parents. The phenotypic GPC variation explained by the markers (r ²) was 30% at the ND and 15% at the MN environment. The use of PS was as effective as MAS in selecting for high GPC genotypes and more effective in some environments. This likely can be attributed to PS enabling selection for both the major QTL and other genes contributing to GPC. The use of molecular markers might be more advantageous for transferring the high GPC DIC QTL in a backcrossing program during parent development.     

1Dx5亚基特异PCR标记在小麦品质性状群体改良中的应用

利用1Dx5亚基特异PCR标记对改良品质性状的Ta1小麦轮回选择群体C₄进行了分子检测，并通过SDS-PAGE电泳对其结果的验证，以探讨群体5亚基基因型的组成及其特异PCR标记用于轮回选择的可行性。结果表明：（1）1Dx5亚基特异PCR标记在具有1Dx5亚基的单株中均扩增出450 bp的基因片段，生化标记检测也证明所有能扩增出450 bp片段的单株均含有5亚基的条带，分子标记与生化标记结果一致，而且PCR扩增结果的重复性好。说明1Dx5亚基特异PCR标记的选择准确率高，完全可用于Ta1小麦群体改良中1Dx5亚基基因型的检测；（2）构建的轮回选择群体C₄中携带1Dx5亚基的优质基因型比例高，达56.81％，且大都伴随与之连锁的10亚基出现。生化检测表明群体中同时产生5＋12稀有亚基和14＋15与5＋10的聚合体。     

A comparison of grain protein content QTLs and flour protein content QTLs across environments in cultivated wheat

The protein content of cultivated wheat (Triticum aestivum L.) is an important determinant factor of the nutritional value of the grain and the technological properties and rheological properties of flour. In order to examine the genetic basis of protein content, we searched for grain protein content quantitative trait loci (QTLs) and flour protein content QTLs in a newly developed doubled haploid (DH) line and identified the genetic correlation between grain protein content and flour protein content in the same DH population. Both the DH population and its parental lines were evaluated for grain protein content and flour protein content in three field trials. Four additive effect QTLs, two pairs of epistatic QTLs, and two QTLs × environment (QE) interaction for grain protein content were identified. The model explained 51.52% of the phenotypic variation (PVE), with epistatic effects being better explained by the higher PVE than additive effects. Four additive effect QTLs, five pairs of epistatic QTLs, and one QE were detected for flour protein content. The model explained 45.8% of the PVE. Of the 15 QTLs identified, three additive QTLs and one pair of epistatic QTLs were determined for both grain protein content and flour protein content; of these, the QTLs for protein content were considered to be more 'stable' than those detected for only grain protein content or for only flour protein content. The data reported here may be useful for manipulating the QTLs for protein content by marker-assisted selection in future wheat breeding programs.     

玉米穗行数主效位点qKRN5.04精细定位与遗传效应解析

穗行数是影响玉米产量的重要因素之一,其遗传机制解析和关键基因精细定位对开展分子育种具有重要的意义。本研究以穗行数仅有4行的"四路糯系选"和多穗行自交系"农531"(18~22行)为亲本,构建了高代回交群体和次级定位群体(四路糯选系为供体亲本,农531为轮回亲本)。通过对不同类型试验群体的多环境表型鉴定和基因型鉴定,利用完备区间作图法(ICIM)进行穗行数主效QTL定位分析,将穗行数主效位点q KRN5.04定位到第5染色体136.3~140.0 Mb的区间之内;遗传效应分析发现,该位点在不同环境条件下最大可解释的表型变异为21.76%,效应值为0.80~1.76行。通过次级分离群体重组事件分析可将其进一步定位到~300 kb区间内。本研究结果不仅为分子标记辅助选择提供了实用的In Del标记,而且为玉米穗行数主效位点q KRN5.04的图位克隆和候选基因挖掘奠定了重要的基础。     

EMS诱导小麦TcLr19感叶锈病突变体的筛选

为了利用小麦感叶锈病突变体进行抗病基因功能和机制研究,用EMS处理小麦抗叶锈病近等基因系Tc Lr19的种子,对获得的M2、M3植株进行农艺性状观察和田间抗叶锈性鉴定。结果显示,不同浓度的EMS溶液处理种子共获得367个M1单株,处理浓度为1.0%时,接近半致死剂量,且M2表型突变频率最高,适宜突变筛选。在2 359个M2突变群体中,共筛选到表型突变体38个,表型突变频率1.61%;筛选出感叶锈病突变体53个,感病突变频率2.25%。在459个M3感病突变群体中,共鉴定出146个感病突变体,其中M36-2、M333-8、M333-9、M333-11、M344-4、M396-8这6个M3感病突变材料,遗传稳定率较高,达70%以上。为保证结果的可靠性,试验中还利用Lr19的分子标记对突变体进行分子辅助筛选。结果表明,EMS诱变是获得小麦感叶锈病突变体的有效手段,不仅为小麦抗叶锈基因的克隆和功能研究提供了重要的基础材料,还为小麦育种提供了新的种质。     

分子标记辅助选择在回交育种中的两种数学模型及其原理剖析

本文简要剖析了两种分子标记辅助选择在回交育种中的数学模型及应用原理,从数学推导方面阐明了双分子标记与单分子标记在辅助选择方面的效率,证明了在回交选择育种中使用双分子标记可以大大提高辅助选择的效率。     

Validation of simple sequence repeats associated with quality traits in durum wheat

Over recent years, quality has become an important commercial issue for durum wheat breeders. Modern breeding methods are most efficient for producing and supplying the best quality raw materials to the pasta industry. Here we assessed the effectiveness of molecular marker-assisted selection of quality traits in durum wheat. To this end, DNA and quality trait markers were jointly used to analyze quality-related traits in a durum wheat collection. A total of 132 durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum) Mediterranean landraces, international lines, and Moroccan cultivars were analyzed for seven important qualityrelated traits including thousand-kernel weight (TKW), test weight (TW), gluten strength, yellow pigment (YP), and grain protein content (GPC). Additionally, 18 simple sequence repeat (SSR) markers previously reported to be associated with different quality traits were analyzed. Of these, 14 (78%) were polymorphic and four were monomorphic. There were between two and seven alleles per locus, with an average of four alleles per locus. The average phenotypic variation value (R²) ranged from 2.81 to 20.43%. Association analysis identified nine markers significantly associated with TKW, TW, and YP, followed by eight markers associated with GPC, six markers associated with yellow index b, four markers associated with brightness L, and three markers associated with SDS-sedimentation volume. This study highlights the efficiency of SSR technology, which holds promise for a wide range of applications in marker-assisted wheat breeding programs.     

waxy基因功能标记开发及在糯玉米育种中的应用

为利用分子标记辅助选择加快糯玉米种质资源改良进程,以糯玉米自交系云539和普通玉米自交系昌7-2为材料,通过DNA序列测定和分析,探明糯玉米自交系云539 wx基因属于wx-D7突变类型。根据2个自交系基因组序列差异,开发出waxy基因功能标记FMD7,并通过了表型验证和通用性验证。利用开发的基因功能标记FMD7进行分子标记辅助选择,结合产量、株型和品质性状分析,获得携带wx基因的优良昌7-2改良系6个。利用本研究开发的基因功能标记FMD7进行辅助选择可加快回交转育进程,提高育种效率,为选育高产糯玉米杂交种提供材料基础,同时也为分子标记辅助选择单基因或少数主效基因控制的性状提供理论参考。     

冬小麦低温处理叶片细胞膜透性的QTL定位

为探索冬小麦抗寒性的分子机制,以168个花培3号×豫麦57的双单倍体株系为作图群体,利用已构建含有324个SSR标记的遗传图谱,对电导法测定低温(−18℃)处理后的叶片膜透性进行QTL定位。利用完全区间作图法,在3种环境下共检测到21个与叶片膜透性相关的加性QTLs,分布于1B、2A、3A、3B、5B、6A、6B、6D、7B和7D染色体上,其中4个位点(qCMP-1B-1、qCMP-3B-2、qCMP-5B-1和qCMP-5B-4)遗传贡献率大于10%,属主效基因,其余QTL的遗传贡献率较小,属微效基因。3种环境条件下在5B染色体的Xgwm213–Xswes861.2区间检测到共同位点,与Xswes861.2的遗传距离为0 cM,其中qCMP-5B-1 (环境1)和qCMP-5B-4 (环境3)的贡献率高达17.5%和14.0%。研究结果对于小麦抗寒标记选择和抗寒育种具有应用价值。