植物抗病遗传育种中的QTL定位和克隆(综述)

对植物抗病遗传育种中QTL定位与克隆研究进行综述。主要阐述了数量抗性的遗传学基础、作物抗病性QTL的定位作图、QTL作图的可靠性及应对措施、QTLs候选基因的证实和定位克隆等,并对植物抗病遗传育种未来的研究方向予以讨论。     

植物数量性状基因的定位与克隆

作物的许多重要农艺性状属于数量性状,鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异,并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。本文从QTL作图、QTL的精细定位与图位克隆、QTL近等基因系和染色体片断代换系的建立以及基于LD的关联分析等方面对植物数量性状的研究进展进行了讨论,提出了以植物基因组学技术为平台,将QTL作图与关联分析方法相结合,是进行数量性状遗传机理研究同时服务于作物育种实践的有效途径。     

植物数量性状基因的定位与克隆

作物的许多重要农艺性状属于数量性状, 鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异, 并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。本文从QTL作图、QTL的精细定位与图位克隆、QTL近等基因系和染色体片断代换系的建立以及基于LD的关联分析等方面对植物数量性状的研究进展进行了讨论, 提出了以植物基因组学技术为平台, 将QTL作图与关联分析方法相结合, 是进行数量性状遗传机理研究同时服务于作物育种实践的有效途径。     

QTL定位的研究方法

QTL 定位就是采用类似单基因定位的方法将QTL定位在遗传图谱上 ,确定 QTL与遗传标记间的距离 (以重组率表示 ) [1]。根据标记数目的不同 ,可分为单标记、双标记和多标记几种方法。根据统计分析方法的不同 ,可分为方差与均值分析法、回归及相关分析法、矩估计及最大似然法等。根据标记区间数可分为零区间作图、单区间作图和多区间作图。此外 ,还有将不同方法结合起来的综合分析方法 ,如 QTL复合区间作图 (CIM)、多区间作图 (MIM)、多 QTL作图、多性状作图 (MTM)等等。建立在标记与数量性状之间相互关联基础上的关联分析方法主要有…     

谷子SSR分子图谱的构建及主要农艺性状QTL定位

试验拟对谷子重要农艺性状进行数量性状位点QTL分析。以表型差异较大的沈3/晋谷20F2作图群体为材料,观测其株高、穗长等性状,选用SSR做分子标记,利用完备区间作图法(BASTEN C J)进行QTL分析。结果显示,表型数据在作图群体中呈现连续分布,表现为多基因控制的数量性状,被整合的54个SSR标记构建10个连锁群,LOD阈值设置为2.0,检测到与株高相关的主效QTL2个,联合贡献率45.9637%,穗长主效QTL1个,贡献率14.9647%,与穗重、粒重相关的主效QTL为同一位点,贡献率分别为11.9601%和10.1879%。有6组QTL位点之间存在基因互作效应,大小范围为-0.4986-16.6407,对性状的贡献率在2.2716％至6.7478％之间。谷子表型控制复杂,相关QTL的检测受环境影响较大,不同连锁群QTL间互作明显。     

作物QTL定位常用作图群体

作物大多重要农艺性状是数量性状,受多基因控制,基因之间及基因与环境之间都会发生互作,这为研究带来了很大的不便。因此,好的QTL作图群体,是研究QTL间的互作、QTL与环境的互作、QTL定位以及基因克隆的最根本保障。随着分子标记技术的发展,QTL定位的作图群体也在不断的发展并逐渐满足研究者对于QTL的精细定位及基因克隆等研究的进一步要求。文章主要综述了作物QTL定位常用作图群体的构建及优缺点。     

家蚕分子连锁图谱的构建及分子标记育种研究进展

国际蚕分子育种计划(International Silkworm Project)是Rhode Island大学的M.R.Goldsmith在1991年提出来的,也叫基因标记育种计划[1].该计划主要包括两步工作:第一步是制作蚕的分子基因图, 第二步是数量性状定位分析(简称QTL分析,也叫数量性状定位作图:QTL Mapping).最后利用分子标记直接在DNA水平进行重要经济性状(数量性状)的选择、固定,即实施"分子育种",用很短时间育成兼具高抗、强健、丝多、质优、易繁等特性的新蚕品种,本文对此进行简要介绍.     

利用回交重组自交群体检测水稻抗褐飞虱数量性状基因座

利用由98个系组成的Nipponbare/Kasalath//Nipponbare回交重组自交系（Backcross Inbred lines,BILs）作图群体（BC1F9）,进行水稻抗褐飞虱数量性状基因座（Quantative Trait Locus,QTL）的检测和遗传效应分析。采用苗期集团鉴定方法,并以死苗率作为抗褐飞虱表型值,分析亲本和98个BILs抗褐飞虱表现。共检测到3个苗期抗褐飞虱QTL,分别位于2、10和12染色体上,各QTL的LOD值为2.01～2.33,贡献率为10.4%～16.6%,可解释群体总表型变异的39.0%。这3个数量性状基因座对褐飞虱的抗性均来自抗虫亲本Kasalath。与这些数量性状基因座连锁的分子标记可望应用于聚合多个抗性基因,培育对褐飞虱具有水平抗性水稻新品种的育种实践中。     

基于元分析的抗玉米丝黑穗病QTL比较定位

以玉米遗传连锁图谱IBM2 2005 Neighbors为参考图谱,通过映射整合不同试验中的抗玉米丝黑穗病QTL,构建QTL综合图谱。在国内外种质中,共发现22个抗病QTL,分布在除第7染色体外的9条玉米染色体上。采用元分析技术,获得2个“一致性”抗病QTL,图距分别为8.79 cM和18.92cM。从MaizeGDB网站下载“一致性”QTL区间内基因和标记的原始序列;采用NCBI网站在线软件BLASTx通过同源比对在2个“一致性”QTL区间内初步获得4个抗病位置候选基因。借助比较基因电子定位策略,将69个水稻和玉米抗性基因定位于玉米IBM2图谱上,在2个“一致性”QTL区间内分别发现1个水稻抗性基因,初步推断为抗病位置候选基因。本文结果为抗玉米丝黑穗病QTL精细定位和分子育种提供了基础。     

水稻抗纹枯病遗传育种研究进展

纹枯病是世界性水稻病害, 在中国南方部分水稻种植区已成为水稻第一大病害. 但对水稻抗纹枯病遗传育种研究却进展缓慢. 抗性鉴定方法、抗病基因定位和抗性资源发掘是抗病遗传育种研究中的最重要内容, 亦是抗病品种选育的基础. 本文综述了近年提出的水稻纹枯病抗性鉴定方法, 对抗病基因QTL进行物理图谱整合, 分析了抗病QTL的定位概况, 同时对抗源发掘和抗病育种方面的新进展进行了归纳与讨论, 最后提出下一步研究方向, 以期为加速水稻抗纹枯病遗传育种进程提供帮助.     

Components of partial resistance as criteria for identifying resistance

The components of partial resistance, incubation period, lesion area, latent period and sporulation were recorded on plants of six winter and two spring wheat cultivars which had been artificially inoculated with Septoria nodorum spores. Incubation period gave a guide as to how the cultivars would respond in the field to Septoria nodorum but statistical analysis showed that it could not be used alone to predict accurately the resistance of each cultivar to the pathogen. Average sporulation, however, could be used with more confidence for predicting the field resistance of the cultivars. From a regression analysis of NIAB rating versus incubation period, lesion area, latent period and sporulation, an equation was devised to obtain resistance indices for each cultivar. These resistance indices clearly reflected the NIAB ratings for the cultivars. It would therefore appear that resistance indices could be used as a pre-field evaluation method for identifying resistance to Septoria nodorum and thus be a valuable technique in breeding programmes.     

Engineering trypsin for inhibitor resistance

The development of effective protease therapeutics requires that the proteases be more resistant to naturally occurring inhibitors while maintaining catalytic activity. A key step in developing inhibitor resistance is the identification of key residues in protease-inhibitor interaction. Given that majority of the protease therapeutics currently in use are trypsin-fold, trypsin itself serves as an ideal model for studying protease-inhibitor interaction. To test the importance of several trypsin-inhibitor interactions on the prime-side binding interface, we created four trypsin single variants Y39A, Y39F, K60A, and K60V and report biochemical sensitivity against bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and M84R ecotin. All variants retained catalytic activity against small, commercially available peptide substrates [k_cat/K_M = (1.2 ± 0.3) × 10⁷ M⁻¹ s⁻¹. Compared with wild-type, the K60A and K60V variants showed increased sensitivity to BPTI but less sensitivity to ecotin. The Y39A variant was less sensitive to BPTI and ecotin while the Y39F variant was more sensitive to both. The relative binding free energies between BPTI complexes with WT, Y39F, and Y39A were calculated based on 3.5 µs combined explicit solvent molecular dynamics simulations. The BPTI:Y39F complex resulted in the lowest binding energy, while BPTI:Y39A resulted in the highest. Simulations of Y39F revealed increased conformational rearrangement of F39, which allowed formation of a new hydrogen bond between BPTI R17 and H40 of the variant. All together, these data suggest that positions 39 and 60 are key for inhibitor binding to trypsin, and likely more trypsin-fold proteases.     

Breeding tobacco for disease resistance

Resistance toward eight fungal, four virus, two nematode and one parasitic seed-plant disease have almost exclusively occupied the attention of tobacco breeders, and improvement in quality has so far received only negligible consideration.     

HATs on for drug resistance

Mutations in the human cytomegalovirus UL27 gene confer resistance to an inhibitor of the viral protein kinase UL97. Reitsma and colleagues (2011) demonstrate that UL27 destabilizes the Tip60 histone acetyltransferase, setting forth intriguing new mechanisms for antiviral drug resistance and for viral regulation of the cell cycle.