寡核苷酸探针套涂染结合基因组原位杂交和分子标记分析准确鉴定小麦-百萨偃麦草异源易位系的研究

培育小麦异源易位系是转移和利用外源基因的有效途径,快速准确的染色体鉴定方法有利于提高染色体工程效率。本研究以电离辐射诱致的2个普通小麦-百萨偃麦草染色体5J易位系（NAU16YJ127和NAU16YJ124）为例,分析了综合利用本课题组前期开发的寡核苷酸探针套［包括(GAA)₁₀、pSc119.2-1、pAs1-1、pAs1-3、AfA-3和AfA-4六个寡核苷酸探针］涂染,结合基因组原位杂交和分子标记等方法鉴定小麦异源易位系的效果。结果表明,NAU16YJ127（2n=6x=42）包含一对小麦-百萨偃麦草易位染色体T5JS·5JL-5AL#1,同时在染色体6A和2D长臂顶端也发生了明显的相互易位;NAU16YJ124（2n=6x=44）附加了一对小麦-百萨偃麦草易位染色体,同时包含一对6A长臂缺失染色体del6AL,其缺失区段易位到5JL近端部,形成T5JS·5JL-6AL,其他染色体未见明显变化。利用21个5J特异分子标记（19个位于长臂和2个位于短臂）分析发现,两个易位系均含有全部5J短臂标记,同时T5JS·5JL-5AL#1含有12个长臂标记,而T5JS·5JL-6AL仅含有2个长臂标记,确证两个易位系断点不同,并将21个标记定位于4个不同区段,其中位于5J短臂的2个标记位于1个区段,位于5J长臂的19个标记位于3个区段（5JL-1~3）,分别包含2、10和7个标记;发现3个为可以同时识别5J和5A的共显性标记,其中NAU16YJ124含有全部5A标记,而NAU16YJ127仅包含其中2个标记,进一步验证了细胞学鉴定结果。本研究结果表明,寡核苷酸探针套涂染、基因组原位杂交和分子标记分析相结合为准确鉴定小麦异源易位系提供了新方法。     

稻米垩白QTL定位分析

该研究以高垩白度品种V20B和低垩白度品种CPSLOi7作为亲本,构建150个V20B/CPSLO 17重组自交家系(RIL)为作图群体,进行稻米垩白QTL检测及其遗传效应分析.以垩白度作为衡量稻米垩白高低的表型数据,结合SLAF标签构建的分子连锁图谱,运用MapQTL5软件检测到4个稻米垩白QTL,分别命名为qC-5a、qC-5b、qC-5c和qC-5d.分析结果表明这4个QTL的LOD值分别为4.02、4.09、3.94和4.1,对表型变异的解释率分别为11.6％、11.8％、11.2％和11.8％,且这4个QTL抗性等位基因都来自低垩白亲本CPSLO17.     

盐胁迫对小麦代换系光合性状的影响及染色体效应研究

为了选育小麦耐盐基因型,以中国春-Synthetic 6x小麦染色体代换系及其亲本为材料,设置对照(0mmol·L~(-1) NaCl)和盐胁迫(150mmol·L~(-1) NaCl)2个处理,通过测定不同处理条件下代换系幼苗比叶重、叶绿素和类胡萝卜素含量及光合速率的变化,探讨盐胁迫对小麦代换系幼苗光合性状的影响,并对其调控相关特性的基因进行染色体定位。结果表明,盐胁迫导致多数小麦代换系叶绿素和类胡萝卜素含量、比叶重、光合速率降低;盐胁迫条件下,Synthetic 6x的2D染色体上可能存在诱导比叶重升高的基因,1A、5A、7A、2B、3B、5B、6B和6D染色体上可能存在诱导叶绿素含量增加的基因,1A、4A、7A和5B染色体上可能存在诱导类胡萝卜素含量增加的基因,1A和7D染色体上可能存在诱导幼苗光合速率增强的基因,即Synthetic 6x的1A染色体上可能存在调控光合特性的关键基因。     

利用单片段代换系测交群体定位玉米产量相关性状的杂种优势位点

杂种优势利用是提高农作物产量与品质的一种重要途径, 而明确杂种优势的遗传机制将促进优良玉米新品种的选育, 但是截至目前其遗传机制仍然不清楚。本研究以玉米自交系lx9801背景的昌7-2的单片段代换系为基础材料, 利用与自交系T7296的测交群体, 对昌7-2和lx9801对应染色体片段与T7296之间存在差异的杂种优势位点进行了分析, 共检测出64个不同穗部性状和产量的杂种优势位点(HL), 其中23个在2个环境中同时被检测到, 包括4个穗长的HL, 4个穗粗的HL, 4个穗行数的HL, 7个行粒数的HL和4个产量的HL, 并在多个染色体片段上鉴定出同时包含产量及其构成因子的杂种优势位点, 该研究为进一步解析玉米产量杂种优势形成的遗传机制奠定了材料基础。     

利用染色体片段代换系定位陆地棉株高QTL

以陆地棉中棉所36为轮回亲本和海岛棉海1为供体亲本, 构建染色体片段代换系。为了能检测到稳定的株高QTL,将三个代换系群体(BC₅F₃, BC₅F_3:4和BC₅F_3:5)在5个环境中种植,2009年和2010年分别在河南安阳种植BC₅F₃单株、BC₅F_3:4株行, 2011年分别在河南安阳、辽宁辽阳和新疆石河子种植BC₅F_3:4株系。结果表明,在不同群体环境中株高的超亲比例为53.43%~88.97%。从早期构建的总图距为5088.28 cM, 含有2280个SSR标记位点,覆盖26条染色体的遗传连锁图谱中筛选标记,对408个单株进行的SSR鉴定,结果检测到16个株高QTL,分布在10条染色体上。单个QTL解释的表型变异为7.35%~13.17%。有7个QTL在2个以上环境被检测到。与标记MUSS563紧密连锁的qPH-15-19在一个环境中被检测到,在前人的研究中也有报道。这些结果为进一步精细定位QTL、基因克隆、分子辅助选择等研究奠定基础。     

染色体单片段代换系的构建及应用于QTL精细定位

染色体片段代换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs),又称为代换系(Substitution lines,SLs)或导入系(Introgression lines,ILs)。只含一个代换片段的代换系,即单片段代换系(Single Segment Substitution Lines,SSSLs)是理想的代换系。单片段代换系只有代换片段与受体亲本不同,其它遗传背景与受体亲本完全一致,对代换区段中的QTL进行分析时遗传背景干扰很小,有利于QTL的分析,不少学者利用单片段代换系材料对许多QTL进行了鉴定和精细定位,并克隆了一些重要性状的QTL。本文介绍了染色体单片段代换系构建的原理和利用微卫星标记(SSR）进行单片段代换系鉴定的方法,讨论了代换系构建过程中值得注意的问题,并对用染色体单片段代换系进行QTL精细定位做了展望。     

用单片段代换系（SSSLs）研究水稻株高及其构成因素QTL加性及上位性效应

株高是典型的数量性状,易受遗传背景和环境等因素的影响。单片段代换系和双片段聚合系减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定QTL和研究QTL上位性的新型遗传材料。本研究采用随机区组试验设计方法以初级单片段代换系间杂交衍生的16个次级单片段代换系和15个双片段聚合系分析了株高及其构成因素QTL的加性效应及加性×加性上位性效应。共鉴定出11个QTL,其中3个株高QTL,1个倒1节间长QTL,2个倒2节间长QTL,2个倒3节间长QTL和3个倒4节间长QTL,分布于第4、6和10染色体上。鉴定出23对双基因互作,其中7对为没有显著效应的座位间互作,16对为有显著效应的QTL与没有显著效应的座位间互作。结果表明,QTL加性效应和QTL间的上位性效应都是株高及构成因素的重要遗传组成。通过单片段代换系杂交衍生的次级单片段代换系和双片段聚合系可提高QTL鉴定和上位性分析的灵敏度。     

干旱胁迫对小麦叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响及染色体调控

以中国春-Synthetic 6x小麦染色体代换系及其亲本为材料,在不同生育时期对其叶片叶绿素、类胡萝卜素含量进行测定.结果表明,正常水分条件下(对照),5A、5B代换系叶片的叶绿素含量与5B代换系叶片的类胡萝卜素含量在孕穗期、开花期和灌浆期均显著或极显著高于中国春.干旱胁迫下,叶绿素和类胡萝卜素含量低于对照,3A、4D代换系叶片的叶绿素含量与2A、4D代换系的类胡萝卜素含量始终显著或极显著高于中国春.由此表明,正常水分条件下,Synthetic 6x的5A、5B染色体上可能存在诱导叶绿素含量增高的有利基因,5B染色体上可能存在诱导类胡萝卜素含量增高的有利基因.干旱胁迫下,Synthetic 6x的3A、4D染色体上可能存在诱导叶绿素含量增高的有利基因,2A、4D染色体上可能存在诱导类胡萝卜素含量增高的有利基因.     

水稻染色体片段代换系对氮、磷胁迫反应差异及其QTL分析

利用来源于9311(籼稻)与日本晴(粳稻)杂交后代衍生的遗传背景为9311的染色体片段代换系群体,分析其在大田正常、低氮和低磷条件下的单株有效穗和单株产量的差异。结果表明,低磷、低氮胁迫对单株有效穗和单株产量影响较大。代换系对低磷和低氮的反应存在明显差异。在低氮(磷)水平下共检测到26个单株有效穗和单株产量片段或QTL,以及12个相对单株有效穗和相对单株产量QTL。源于日本晴的等位基因均呈减效作用。低磷和低氮下共同检测到5个导入片段影响单株有效穗或单株产量。而大部分(约81%)QTL只在单胁迫处理下被检测到。表明水稻对磷胁迫和氮胁迫的反应既存在不同的遗传基础,也存在共同的遗传机制。     

一个新的水稻花粉半不育性位点的定位分析

利用一套以籼稻珍汕97B为背景的粳稻日本晴染色体片段代换系,鉴定发现1个半不育的代换系。全基因组基因型分析表明,该代换系仅含3个粳稻导入片段,而其他遗传背景与珍汕97B相同。在湖北武汉和海南分别种植其衍生的F₂和F₃分离群体,采用单标记分析和区间作图法分析花粉育性和小穗育性的数量性状位点(QTL),结果表明,该代换系的半不育性是第2染色体上的粳稻导入片段引起的,该片段RM262~RM475区间存在1个新的影响花粉育性的QTL,其贡献率为13.9%。研究结果将为进一步精细定位水稻育性QTL以及鉴定相关功能基因提供重要的试验基础。