作物数量性状(QTL)基因研究进展

从作物数量性状基因座QTL(quantitative trait locus)作图群体类型及特点,QTL定位的原理和方法,作物QTL研究现状,以及QTL精细定位、克隆、利用等方面进行了综述。对作物QTL分子标记辅助选择育种进行了探讨,并对目前QTL定位中存在的问题和今后QTL的研究方向提出了一些思考。     

大白×梅山杂交组合肉质性状的数量性状位点定位分析

为寻找影响猪肉质数量性状基因位点的染色体区域 ,以 3头英系大白公猪和 7头梅山母猪建立F2 资源家系。随机选留 14 7头F2 代个体 (1998年 81头 ,2 0 0 0年 66头 ) ,经检测均获得肉质性状表型数据。对资源家系内的所有个体位于染色体 1、2、3、4、6和 7上的 48个微卫星位点进行扩增。利用线性模型最小二乘法分别对各年度及两年综合后的肉质性状进行数量性状位点 (QTL)区间定位 ,利用置换法确定显著性阈值。研究结果表明 :在 2 0 0 0年群体中 ,猪 4号染色体 (SSC4)上定位了肌内脂肪QTL ,达到染色体极显著水平 (P <0 0 1)和基因组显著水平 (P <0 0 5) ,解释表型变异为 5 2 4% ,梅山猪具有增加肌内脂肪QTL ;两年度群体综合后 ,在上述 4号染色体同一区间 ,肌内脂肪QTL接近染色体显著水平 ;股二头肌pH值和半棘肌pH值QTL分别定位在SSC1和 3上 ;在 1998年和 2 0 0 0年群体中分别发现 1个和 3个达染色体显著水平 (P <0 0 5)的系水力QTL ;在 1998年群体中 ,肌肉含水量QTL位于SSC6;两年综合群体中 ,SSC2、6和 7上定位了肌肉含水量QTL ,达到染色体显著水平 ,含水量QTL均有印迹效应 ,梅山和大白猪各有增效基因     

大白菜部分形态性状的QTL定位与分析

应用352个标记位点的大白菜AFLP和RAPD图谱和一套栽培品种间杂交获得的重组自交系群体,采用复合区间作图的方法对大白菜9个形态性状进行QTL定位及遗传效应研究。在14个连锁群上检测到50个QTL:其中控制株型的QTL有5个;控制株高的QTL有6个;控制开展度的QTL有5个;控制最大叶长的QTL有7个;控制最大叶宽的QTL有4个;控制叶形指数的QTL有6个;控制中肋长的QTL有7个;控制中肋宽的QTL有4个;控制抽苔的QTL有6个。另外,估算了单个QTL的遗传贡献率和加性效应。这将为大白菜品种改良中形态性状的分子标记辅助选择提供理论依据。     

小麦抗旱相关生理性状的QTL分析

利用RIL群体131个系,在小麦中首次对超氧化物岐化酶活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、硝酸还原酶活性、气孔导度等5个抗旱相关生理性状进行了QTL定位,共检测到超氧化物岐化酶活性、可溶性蛋白含量、硝酸还原酶活性等3个性状5个加性QTL,涉及1D、2B、5A、7B共4条染色体,可解释表型变异的8.74％～36.96％。其中．3个QTL即QSDd,sdau-7B、Qspc,sdau-1D、QNra,sdau-1D贡献率较大,分别为29.28％、23.11％和36．96％,其加性效应都源于山农483。讨论了可能用于标记辅助选择的QTL及其分子标记。     

西瓜果实性状QTL定位及其遗传效应分析

用可溶性固形物含量高、薄皮、感枯萎病的栽培西瓜自交系（Ｃｉｔｒｕｌｌｕｓ ｌａｎａｔｕｓ ｖａｒ．ｌａｎａｔｕｓ）９７１０３和可溶性固形物含量低、皮厚、抗病的野生西瓜种质（Ｃｉｔｒｕｌｌｕｓ ｌａｎａｔｕｓ ｖａｒ．ｃｉｔｒｏｉｄｅｓ）ＰＩ２９６３４１杂交所得Ｆ２的１１８个单株为作图群体,通过构建分子连锁图谱,对西瓜主要果实性状可溶性固形物含量、果皮硬度、果皮厚度、单果重、种子千粒重进行区间作图,     

3B染色体短臂小麦赤霉病抗性主效QTL的分析

采用区间作图和复合区间作图方法对重组自交系群体宁894037／Alondram、望水白／Alondra和苏麦3号／A1ondra进行了抗赤霉病QTL分析,结果表明,用在田间和温室的赤霉病抗性鉴定资料,在3个赤霉病抗源宁894037、望水白和苏麦3号的3B染色体短臂上均检测到主效QTL的存在。宁894037主效QTL位于标记BARCl33与Xgwm493之间的5．0cM的区间内,最高可解释42．8％的赤霉病抗性;望水白的主效QTL位于标记BARCl47与Xgwm493之间11．5cM的区间内,最高可解释15．1％的赤霉病抗性;苏麦3号的主效QTL位于Xgwm533a与Xgwm493之间13．0cM的区间内,最高可解释10．6％的赤霉病抗性。与赤霉病抗性主效QTL紧密连锁的标记均为SSR标记,可直接用于分子辅助育种。     

水稻QTL分析的研究进展

水稻许多重要的性状是由多基因控制的数量性状,经典的数量遗传学只能把数量性状作为一个整体进行研究。近年来．高密度分子标记连锁图的构建和有效的生物统计学方法的发展使人们对数量性状遗传基础的研究出现了革命性的变化。通过对不同群体内的个体或品系的分子标记基因型和表型数据的共分离分析,能对QTL进行检测和定位。本文对QTL定位的原理和方法进行了介绍,从QTL的数目和效应、上位性效应、QTL基因型与环境的互作、相关性状的QTL以及个体发育不同阶段的QTL等方面对水稻QTL分析的研究进展进行了综述。水稻基因组测序计划已经完成,本文还对基因组时代水稻QTL精细定位和克隆的方法进行了探讨,对QTL分析在水稻育种中的应用前景进行了展望。     

标记基因型中QTL基因型条件概率分布

随着分子数量遗传学的发展,人们提出了很多统计模型用于QTL定位分析。在这些模型中,首先得确定QTL在标记基因型中的条件概率分布,然后利用适当的统计方法对QTL在基因组中所处的位置进行估计。本文讨论了常见作图群体（如F2和回交群体）中在给定标记基因型下QTL的条件概率分布,提出了用Mathematics软件推导QTL基因型条件概率分布的方法。用该方法能够快速地、准确地推导出比较复杂的标记基因型中QTL基因型的条件概率分布。     

宁夏春麦区小麦资源株高、籽粒性状及抗病性分析

为评价我国4个主要育种阶段来源于不同麦区的小麦资源在宁夏春麦区的株高、籽粒性状和抗病性,以及为宁夏小麦育种提供可行的评价方法和优异种质,本研究以4个育种阶段共228份小麦资源为材料,采用熵值赋权DTOPSIS法对这些资源的株高和籽粒性状进行综合评价,以筛选优良育种亲本。通过田间抗性调查结合18个与宁夏小麦主要病害相关的分子标记对这些资源的抗病性及抗病基因分布情况进行评价。结果表明,从阶段Ⅰ～Ⅳ,材料的株高和蛋白质性状呈降低趋势,而穗粒数和粒重呈增加趋势。根据Ci值筛选出11份资源（占总数5%）,分别为红兴隆3号、糯麦、新疆小麦、上林小麦、宁春45号、会宁19号、宁春32号、宁春58号、甘春25号、永良15号和小冰33号。抗性调查结果表明,228份资源中分别有181份、220份和83份表现抗条锈病、叶锈病和白粉病。Ci值筛选出的11份资源对条锈病和叶锈病表现出较好的抗性,其中红兴隆3号、上林小麦和小冰33号还兼抗白粉病。此外,18个与抗病基因相关的分子标记在228份资源中表现出不同比例的扩增。总之,基于熵值赋权的DTOPSIS法和小麦主要病害相关分子标记检测可用于国内小麦资源不同育种阶段...     

大豆重要农艺性状的QTL分析

应用栽培大豆科丰1号（♀）和南农1138-2（♂）杂交得到的F9代重组自交系（RILs）群体（201个家系）,构建了含302遗传标记、覆盖2363.8cM、由22个连锁群组成的遗传连锁图谱。采用区间作图法,对该群体的主要农艺性状的调查数据进行QTL分析,表明与开花期、成熟期、株高、主茎节数、每节荚数、倒状性、种子重、产量、蛋白质和含油量等10个重要农艺性状连锁的QTL位点34个,每个数量性状的遗传变异是由多个QTL位点决定的。与产量有关的农艺性状的一些QTL集中在几个连锁群上。     

小麦的小孢子培养

小孢子培养是在花药培养的基础上发展起来的一种高效再生体系,其在植物育种中的作用一直受到关注.但是,由于培养技术的限制,小麦(Triticum aestivum)小孢子培养还未能推广应用.近年来小麦小孢子培养发展很快,展现出广阔的应用前景.     

水稻种子活力QTL定位及上位性分析

利用1个粳／籼交来源(Lemont／Teqing)、包含264个重组自交系的作图群体,采用纸卷法在18℃培养箱中进行2次重复的发芽实验,考察了种子发芽7d、9d和1ld的发芽率,种子发芽15d后的芽长及干重等种子活力的相关性状。结合一张含有198个DNA标记的连锁图谱,用作图软件QTLMapper1．0定位与种子活力相关的QTL。共检测到13个主效应QTL,这些QTL对性状的贡献率为2．9％～12．7％,平均贡献率为6．2％。同时检测到18对贡献率≥5％的互作位点,其贡献率为5．1％～11．8％,平均贡献率为6．9％,比检测到的主效应QTL的平均贡献率稍大。种子活力相关性状的大多数主效应和互作QTL成串分布于少数几个染色体区段(Chromosome Regions,CRs),并且成串分布在同一染色体区段的QTL效应的方向总是一致,该结果与这些性状在表型上的正相关相一致。若将成串分布有3个及3个以上种子活力相关性状QTL的CRs视为与种子活力高度相关的CRs,则共检测到7个上述与种子活力高度相关的CRs,分别分布在水稻12条染色体中的7条染色体上。根据所含QTL的种类(主效应QTL或／和上位性QTL)可将这些CRs分成以下3种：1)M-CRs：只含有主效应QTL,如CR^sv-7;2)E-CRs：所含位点没有主效应,但与其他位点发生互作,如CR^sv-1、CR^sv-6和CR^sv-12;3)ME-CRs：既含有主效应QTL、也含有与其他位点产生互作的互作位点,如CR^sv-2、CR^sv-5和CR^sv-8。另外还发现,有的CR上的位点同时与多个不同CR上的位点互作,影响种子活力的相关性状。与前入的研究结果相比较,发现有些与种子活力高度相关的CR可在不同研究者所用的不同定位群体中被检测到,而有的CR只在特定的定位群体中被检测到。由此表明,水稻种子活力具有丰富的遗传多样性和复杂的遗传基础,其主效QTL和互作位点可能基于遗传背景的不同而相互转化。     

Mapping QTLs with epistatic effects and QTL×environment interactions for plant height using a doubled haploid population in cultivated wheat

Quantitative trait loci (QTLs) for plant height in wheat (Triticum aestivum L.) were studied using a set of 168 doubled haploid (DH) lines, which were derived from the cross Huapei 3/Yumai 57. A genetic linkage map was constructed using 283 SSR and 22 EST-SSR markers. The DH population and the parents were evaluated for wheat plant height in 2005 and 2006 in Tai’an and 2006 in Suzhou. QTL analyses were performed using the software of QTLNetwork version 2.0 based on the mixed linear model. Four additive QTLs and five pairs of epistatic effects were detected, which were distributed on chromosomes 3A, 4B, 4D, 5A, 6A, 7B, and 7D. Among them, three additive QTLs and three pairs of epistatic QTLs showed QTL×environment interactions (QEs). Two major QTLs, Qph4B and Qph4D, which accounted for 14.51% and 20.22% of the phenotypic variation, were located similar to the reported locations of the dwarfing genes Rht1 and Rht2, respectively. The Qph3A-2 with additive effect was not reported in previous linkage mapping studies. The total QTL effects detected for the plant height explained 85.04% of the phenotypic variation, with additive effects 46.07%, epistatic effects 19.89%, and QEs 19.09%. The results showed that both additive effects and epistatic effects were important genetic bases of wheat plant height, which were subjected to environmental modifications, and caused dramatic changes in phenotypic effects. The information obtained in this study will be useful for manipulating the QTLs for wheat plant height by molecular marker-assisted selection (MAS).     

小麦幼胚培养中的体细胞胚胎发生

小麦品种崇阳红麦和鄂思一号杂种一代幼胚培养具有再生植株的潜力。从一个幼胚经200天左右的连续培养获得530多株再生植株,并从中获得了典型的具有两极性的与愈伤组织块仅局部相连的胚状体。体细胞胚胎发生是小麦幼胚培养的主要途径,但受培养条件的影响,以MS培养基作基本培养基,低浓度2,4-D(0.4mg/1)和水解酪蛋白(1000mg/l)有利于体细胞胚胎发生。     

Mapping QTLs with epistatic effects and QTL×environment interactions for plant height using a doubled haploid population in cultivated wheat

Quantitative trait loci (QTLs) for plant height in wheat (Triticum aestivum L.) were studied using a set of 168 doubled haploid (DH) lines, which were derived from the cross Huapei 3/Yumai 57. A genetic linkage map was constructed using 283 SSR and 22 EST-SSR markers. The DH population and the parents were evaluated for wheat plant height in 2005 and 2006 in Tai'an and 2006 in Suzhou. QTL analyses were performed using the software of QTLNetwork version 2.0 based on the mixed linear model. Four additive QTLs and five pairs of epistatic effects were detected, which were distributed on chromosomes 3A, 4B, 4D, 5A, 6A, 7B, and 7D. Among them, three additive QTLs and three pairs of epistatic QTLs showed QTLxenvironment interactions (QEs). Two major QTLs, QphAB and Qph4D, which accounted for 14.51 % and 20.22% of the phenotypic variation, were located similar to the reported locations of the dwarfing genes Rhtl and Rht2, respectively. The Qph3A-2 with additive effect was not reported in previous linkage mapping studies. The total QTL ef fects detected for the plant height explained 85.04% of the phenotypic variation, with additive effects 46.07%, epistatic effects 19.89%, and QEs 19.09%. The results showed that both additive effects and epistatic effects were important genetic bases of wheat plant height, which were subjected to environmental modifications, and caused dramatic changes in phenotypic effects. The information obtained in this study will be useful for manipulating the QTLs for wheat plant height by molecular marker-assisted selection (MAS).     

基因枪介导小麦成熟胚遗传转化的影响因素

小麦成熟胚作为转化受体可克服小麦幼胚存在的受季节和幼胚发育阶段限制的缺点。以湖北省小麦品种‘鄂麦12’和模式品种‘Bobwhite’为材料,成熟胚为转化受体,优化基因枪转化法的轰击压力、轰击距离、选择剂等因素,建立以小麦成熟胚为转化受体的高效转化系统。结果表明:小麦成熟胚作为转化受体时,适宜轰击压力和轰击距离组合是900 psi、6 cm;成熟胚对选择剂G418的敏感性强于幼胚,轰击后需要延长恢复时间,选择剂G418的适合浓度为20～40 mg/L。在以上优化条件下小麦成熟胚转化频率达0.3%～0.9%,已初步建立基因枪介导的小麦成熟胚遗传转化系统。     

不同小麦品种氮效率和产量性状的研究

对29个冬小麦品种进行子粒产量和氮效率的研究,结果表明,在氮胁迫条件下,供试小麦品种的子粒产量具有明显差异。缺氮条件下子粒产量的聚类分析结果表明,供试品种可划分为氮高效、中效和低效三类,氮高效品种在其中所占比例较少。在缺氮条件（N-）下,不同氮效率品种成熟期植株全氮含量差异不大,植株氮素积累量、氮效率（NUE）、吸收效率（UPE）和利用效率（UTE）均以氮高效品种最高,中效品种次之,低效品种最低。缺氮条件下较强的氮索吸收和利用能力是氮高效小麦品种氮胁迫条件下高氮效率的主要原因。     

RiceQTLPro: an integrated database for quantitative trait loci marker mapping in rice plant

The National Agricultural Biotechnology Information Center (NABIC) in South Korea reconstructed a RiceQTLPro database for gene positional analysis and structure prediction of the chromosomes. This database is an integrated web-based system providing information about quantitative trait loci (QTL) markers in rice plant. The RiceQTLPro has the three main features namely, (1) QTL markers list, (2) searching of markers using keyword, and (3) searching of marker position on the rice chromosomes. This updated database provides 112 QTL markers information with 817 polymorphic markers on each of the 12 chromosomes in rice.

Availability

The database is available for free at http://nabic.rda.go.kr/gere/rice/geneticMap/