水稻分蘖角度的QTL定位和主效基因的遗传分析

利用水稻籼粳亚种间组合Asominori×IR24重组自交系(RIL)群体71个株系和相应的全基因组染色体片段置换系(Chromosomesegmentsubstitutionline,CSSL)群体65个株系,在2种环境下对分蘖角度性状进行了数量性状基因座(QTL)定位和上位性效应的遗传分析。在两种群体中都出现了分蘖角度的超亲分离。在RIL群体中发现了5个主效QTLs和3对上位性双位点互作标记基因座,控制水稻分蘖角度。其中在第9染色体上位于XNpb108~C506RFLP分子标记区间的qTA-9基因座在2种环境中同时出现,其贡献率平均为28·6%,增加分蘖角度的等位基因来自籼稻品种IR24。利用CSSL群体图示基因型分析,证实在第9染色体上含有RFLP标记C609和C506约15cM的染色体区段,存在增加分蘖角度的基因,来源于染色体片段供体亲本IR24,在Asominori的遗传背景中能增加分蘖角度约15°,该基因的位置与RIL群体在第9染色体上定位的QTL相同,证实了qTA-9的存在。F1表型测定及F2代遗传分析表明,来自IR24的等位基因是一个不完全显性基因。除一对上位性位点存在显著的环境互作效应外,未发现其他位点存在与环境的互作效应。不同基因的加性效应和双位点的上位性效应的共同作用可能是造成水稻分蘖角度超亲分离的主要原因。     

水稻叶绿素含量的QTL定位

利用由两个籼稻品种Acc8558和H359杂交构建的一个包含131个株系(F19)的重组自交系群体,及其相应的包含147个RFLP和78个AFLP标记的遗传图谱,采用多性状复合区间定位方法,对控制水稻叶绿素含量的QTL进行了定位分析。对叶绿素a和叶绿素b含量各检测到6个QTL,其中5个QTL在两性状问是相同的。这些QTL主要分布在第1和第4染色体上,因此这两条染色体对叶绿素含量是重要的。QTL qChlAlc／qChlBlb(二者位置相同)在4个观测时期均表现较大效应,且在最后的剑叶期贡献最大,因此对叶绿素含量最为重要。另两个QTL(qCh-LA4a／qChlB4a和qChlA4b／qChlB4b)只在第2次观测时期效应显著,表明它们只在特定发育阶段发挥作用。     

利用粳稻染色体片段置换系群体检测水稻抗亚铁毒胁迫有关性状QTL

潜育性水稻田广泛分布于中国、斯里兰卡、印度、印度尼西亚、塞拉里昂、利比亚、尼日利亚、哥伦比亚和菲律宾等国,其中我国南方稻区就有近700万公顷低产潜育性水稻田。该类水稻田还原性强,矿质营养失调,尤以Fe^2 过量积累,对水稻生长发育产生不良的逆境胁迫作用。培育抗亚铁毒的水稻品种是简便、经济有效地提高稻谷产量的重要途径之一。该文利用由粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24杂交衍生的Asominori染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs)群体为材料,检测与抗亚铁毒胁迫有关性状QTL。共检测到与抗亚铁毒胁迫有关性状QTL14个,各QTL的LOD值为2．72～6．63。其中检测到与抗亚铁毒胁迫直接有关的性状叶片棕色斑点指数QTL3个,分别位于第3、9、11染色体C515～XNpb279、R2638～C1263和G1465～C950之间,对应的贡献率分别为16．45％、11．16％和28．02％;与其他已发表的定位结果比较发现,位于第三染色体C515～XNpb279间控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上控制叶绿素含量的QTL的位置一致;表明在亚铁毒胁迫条件下,水稻在其叶片表面出现棕色斑点,叶片衰老,产生一些叶绿素降解物或衍生物,以提高叶片细胞对亚铁等重金属毒害的耐受力。另外,在第11染色体G1465～C950之间检测到了控制叶片棕色斑点指数、茎干重和根干重QTL1个,为主效QTL。在第6染色体XNpb386～XNpb342之间检测到控制茎干重、株高、根长和根干重QTL1个,是否与水稻抗亚铁毒有关需要进一步研究。本研究旨在通过定位与抗亚铁毒有关的QTL,借助与之紧密连锁的分子标记有效地聚合这些QTL,培育出抗亚铁毒性强的水稻新种质材料。     

基于CSSL的水稻抽穗期QTL定位及遗传分析

抽穗期是水稻（Oryza sativa）品种的重要农艺性状之一,适宜的抽穗期是获得理想产量的前提。鉴定和定位水稻抽穗期基因/QTL,分析其遗传效应对改良水稻抽穗期至关重要。以籼稻品种9311（Oryzasativa ssp.indica‘Yangdao 6’）为受体,粳稻品种日本晴（Oryza sativa ssp.japonica‘Nipponbare’）为供体构建的94个染色体片段置换系群体为材料,以P≤0.01为阈值,对置换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。采用代换作图法共定位了4个控制水稻抽穗期的QTL,分别位于第3、第4、第5和第8染色体;QTL的加性效应值变化范围为–6.4––2.7,加性效应百分率变化范围为–6.4%––2.7%;qHD-3和qHD-8加性效应值较大,表现主效基因特征。为了进一步定位qHD-3和qHD-8,在目标区域加密16对SSR引物,qHD-3和qHD-8分别被界定在第3染色体RM3166–RM16206之间及第8染色体RM4085–RM8271之间,其遗传距离分别为13.9cM和6.4cM。研究结果为利用分子标记辅助选择改良水稻抽穗期奠定了基础。     

基于CSSL的水稻抽穗期QTL定位及遗传分析

抽穗期是水稻(Oryza sativa)品种的重要农艺性状之一, 适宜的抽穗期是获得理想产量的前提。鉴定和定位水稻抽穗期基因/QTL, 分析其遗传效应对改良水稻抽穗期至关重要。以籼稻品种9311(Oryza sativa ssp. indica ‘Yangdao 6’)为受体,粳稻品种日本晴(Oryza sativa ssp. japonica ‘Nipponbare’)为供体构建的94个染色体片段置换系群体为材料, 以P≤0.01为阈值, 对置换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。采用代换作图法共定位了4个控制水稻抽穗期的QTL, 分别位于第3、第4、第5和第8染色体; QTL的加性效应值变化范围为–6.4 – –2.7, 加性效应百分率变化范围为–6.4%– –2.7%; qHD-3和qHD-8加性效应值较大, 表现主效基因特征。为了进一步定位qHD-3和qHD-8, 在目标区域加密16对SSR引物, qHD-3和qHD-8分别被界定在第3染色体RM3166–RM16206之间及第8染色体RM4085-RM8271之间, 其遗传距离分别为13.9 cM和6.4 cM。研究结果为利用分子标记辅助选择改良水稻抽穗期奠定了基础。     

利用染色体片段置换系定位水稻落粒性主效QTL

水稻落粒性是与其生产密切相关的重要性状之一。以7个染色体片段置换系为材料,采用重叠群代换作图法对控制落粒性的2个主效QTL进行定位。结果表明,104个SSR标记在亲本间具有多态性,多态率为68.0%;4个置换系的落粒性与亲本日本晴的落粒性相似,表现难落粒。3个置换系与亲本93-11的落粒性相似,表现易落粒;7个染色体片段置换系在第1和第6染色体上检出7个置换片段,其长度分别为23.6、16.5、6.6、9.9、10.4、20.2和7.1 cM;qSH-1-1被定位在第1染色体RM472-RM1387之间,遗传距离约为6.6 cM。qSH-6-1为新发现的落粒性主效QTL,被定位在第6染色体RM6782-RM3430之间,遗传距离约为4.2 cM。利用染色体片段置换系能准确地定位水稻落粒性QTL,qSH-1-1与qSH-6-1的鉴定和初步定位为其进一步的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择奠定了基础。     

利用染色体片段置换系定位水稻落粒性主效QTL

水稻落粒性是与其生产密切相关的重要性状之一。以7个染色体片段置换系为材料, 采用重叠群代换作图法对控制落粒性的2个主效QTL进行定位。结果表明, 104个SSR标记在亲本间具有多态性, 多态率为68.0%; 4个置换系的落粒性与亲本日本晴的落粒性相似, 表现难落粒。3个置换系与亲本93-11的落粒性相似, 表现易落粒; 7个染色体片段置换系在第1和第6染色体上检出7个置换片段, 其长度分别为23.6、16.5、 6.6、 9.9、 10.4、 20.2和7.1 cM; qSH-1-1被定位在第1染色体RM472－RM1387之间, 遗传距离约为6.6 cM。qSH-6-1为新发现的落粒性主效QTL, 被定位在第6染色体RM6782－RM3430之间,遗传距离约为4.2 cM。利用染色体片段置换系能准确地定位水稻落粒性QTL, qSH-1-1与qSH-6-1的鉴定和初步定位为其进一步的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻RIL群体苗期耐冷性QTL分析

水稻苗期冷害是影响早春季节和高纬度地区水稻成苗和秧苗生长的重要限制因素之一。为了鉴定控制水稻苗期耐冷性的QTL,研究采用了1个水稻“粳籼交”重组自交系(RIL)群体,结合1张高密度分子遗传图谱,对3叶期幼苗经过10℃冷处理3d、恢复培养2d和4d时的秧苗存活率进行复合区间作图。亲本Lemont和特青的苗期耐冷性具有极显著差异,Lemont的苗期耐冷性很强,而特青对低温敏感。在重组自交系群体中,苗期耐冷性表现为连续变异,在两个方向上均出现大量超亲分离。共检测到5个水稻苗期耐冷性QTL,分别位于水稻1、3、8和11号染色体上,单个QTL对性状的贡献率为7％～21％。其中,4个QTL的增效基因来源于亲本Lemont,另1个QTL的增效基因来源于亲本特青。2个主效QTL(qSCT-3和qSCT-8)分别位于3号染色体标记区间RM282-RM156和8号染色体标记区间RM230—RM264,对性状的贡献率达到或接近20％,被检测到的LOD值显著较高,其增效基因均来自于耐冷性亲本Lemont。研究结果进一步揭示了水稻苗期耐冷性QTL具有丰富的位点多样性,表明耐冷性普遍较强的粳稻是发掘苗期耐冷性优异基因的主要稻种资源。     

利用CSSLs群体研究稻米粒型QTL的表达稳定性

利用Asominori×IR2 4的染色体片段置换系 (CSSLs)群体 ,对稻米粒长、粒宽和长宽比进行连续两年及 4个地点的QTL表达稳定性分析。结果表明 :3个性状“两年四点”的表现型都为连续分布 ,均存在超亲遗传类型 ;共检测到 13个粒型相关QTL ,其中在 8个环境中都能被重复检测到的QTL有 6个 ,即影响粒长的 qGL 3、控制粒宽的qGW 5a和 qGW 5b以及共同作用于长宽比的qLWR 3、qLWR 5a和 qLWR 5b。这 6个QTL对应置换系的相应性状与背景亲本Asominori的表现型差异在 8个环境中都达到极显著水平 (P <0 0 0 1) ,且同一QTL对应置换系相应性状的表现型在不同环境间呈显著正相关 (r≥ 0 75 ,r0 0 5=0 6 6 6 ) ,说明这 6个QTL表达稳定性较高。由于 qGL 3和 qLWR 3均位于R19 C16 77标记区间 ,qGW 5a和 qLWR 5a位于C2 6 3标记附近 ,qGW 5b和 qLWR 5b被定位在R5 6 9标记附近 ,因此R19、C16 77、C2 6 3和R5 6 9这 4个RFLP标记对优良水稻外观品质的标记辅助选择 (MAS)育种有着重要作用     

基于CSSL的高密度物理图谱定位水稻分蘖角度QTL

对以籼稻9311为遗传背景携带粳稻日本晴基因组的染色体片段置换系（CSSL）的遗传图谱进行分子标记加密,构建了含250个多态标记的高密度物理图谱。以119个CSSLs为材料,P≤0.001为阈值,筛选到分蘖角度与受体亲本9311差异极显著的10个系。结合物理图谱和代换作图方法,共鉴定出5个分蘖角度QTL,其中qTA11的加性效应表现为增效作用,来源于9311的等位基因;其余4个QTL的加性效应为减效作用,均来源于日本晴的等位基因。qTA6-1和qTA6-2分别被定位于第6染色体RM253–RM527之间的3.55Mb区段和RM3139–RM494的1.65Mb区间;qTA9被定位于第9染色体RM257–RM189之间的3.40Mb区段;qTA10被定位在第10染色体RM222–S10-1之间的2.10Mb区段;qTA11被定位于第11染色体RM1761–RM4504之间的3.30Mb区间。以上研究结果为水稻分蘖角度QTL的精细定位和株型育种提供了依据。     

基于染色体置换系的普通野生稻耐盐性QTL定位

本研究分别利用SSR标记、InDel标记以及简化基因组测序技术对一套以普通野生稻为供体亲本,9311为受体亲本的染色体置换系进行基因型鉴定,并通过对其不同生育期的耐盐性鉴定,共发掘2个与发芽期耐盐相关的QTL,13个与苗期耐盐性相关的QTL。其中与苗期存活率相关的QTL qSSR5.1、苗期耐盐等级相关的QTL qSSG5.1均被定位于同一位点,该位点对苗期存活率、苗期耐盐等级均具有增效作用,贡献率分别为6.36%、8.13%。在此QTL内包含与非生物胁迫相关基因OsDi19-1。经序列比对发现,OsDi19-1启动子区域在两亲本间存在较大差异,且受到盐胁迫时该基因表达量上升。同时,鉴定出水稻芽期耐盐的优异种质资源CSSL72、苗期耐盐的优异种质资源CSSL23、CSSL153,为水稻育种中耐盐性的改良提供了新的种质资源。     

黄瓜RIL群体瓜长和把长的QTL定位分析

以黄瓜野生变种‘PI183967’(Cucumis sativus L.hardwickii)和新泰密刺选系‘931’为亲本,通过单粒传法获得包含160个株系的F9代重组自交系群体(RIL)。结合分子遗传图谱和不同年份(2012年春、秋季和2013年春、秋季)的表型调查数据,利用MapQTL4.0软件进行黄瓜瓜长和把长的QTL定位。结果显示:(1)共检测到8个与瓜长和把长相关的QTLs,分布在染色体3、4、5、6、7上,LOD值在2.78~10.24之间,可解释7.4%~32.7%的表型变异率,贡献率≥10.0%的QTL位点4个,占QTLs总数的1/2,在春秋两季重复检测出的QTL位点有4个。(2)检测到4个与瓜长相关的QTLs位点Fl3.1、Fl4.1、Fl5.1、Fl6.1,4个与把长相关的QTLs位点Fsl3.1、Fsl3.2、Fsl5.1、Fsl6.1。(3)Fl6.1和Fsl6.1在2012、2013年春秋季中均可检测到,位于第6号染色体的109.2cM处,标记SSR17591~C80之间;Fl6.1在4次中的贡献率在13.8%~32.7%之间,Fsl6.1在4次中贡献率为12.1%~24.1%;(4)Fl3.1和Fsl3.2位于第6号染色体标记SSR16152~SSR07706之间,其中Fl3.1在2012年秋季和2013年春秋两季中均可检测到,贡献率总共为25.1%,Fsl3.2仅在2012年秋季中检测到,解释8.8%的表型变异率。研究表明,第6号染色体上标记SSR17591~C80和第3号染色体上的SSR16152~SSR07706等2个区域聚集了控制瓜长和把长的主效QTL位点,这2个区域应作为今后研究的重点。     

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。     

Seasonal and plant-density dependency for quantitative trait loci affecting flowering time in multiple populations of Arabidopsis thaliana

Multiple environmental cues regulate the transition to flowering. In natural environments, plants perceive seasonal progression by changes in day length and growth temperature, and plant density is monitored by changes in the light quality reflected from neighbouring vegetation. To understand the seasonal and plant-density dependence associated with natural allelic variation in flowering time, we conducted a quantitative trait loci (QTL) mapping study in Ler x Cvi, Bay x Sha and Ler x No-0 recombinant inbred line (RIL) populations of Arabidopsis thaliana. Days and total leaf number to bolting were examined under low and high plant density (200 or 1600 plants m(-2)) in autumn-winter and spring seasons. We found between 4 and 10 QTLs associated with seasonal and density variations in each RIL population. For Ler x Cvi and Bay x Sha RIL populations, a major proportion of QTLs showed seasonal and density interaction (up to 63%) and four QTLs were common to all environments (21%). Only three QTLs showed seasonal or density dependency. By aligning the linkage maps onto a common physical map, we detected at least one QTL at chromosome 2 and two QTLs at chromosome 5 that overlap between the three RIL populations, suggesting that these QTLs play a crucial role in the adaptive control of flowering time.     

水稻耐储藏特性三年动态鉴定与QTL分析

种子耐储藏特性是粮食作物的特殊农艺性状之一, 耐储藏性能对种子生产和种质资源保存有重要意义。以粳型超级稻龙稻5 (LD5)和高产籼稻中优早8 (ZYZ8)杂交衍生的重组自交系(RILs)群体(共180个株系)为实验材料, 自然高温高湿条件下放置1年、2年和3年后, 对不同储藏时段种子发芽率进行比较, 并利用223个分子标记的遗传图谱进行动态QTL鉴定。结果表明, 不同储藏时段龙稻5的发芽率均显著低于中优早8, 株系间耐储性存在较大差异; 不同储藏时段发芽率显著相关, 相邻存储时段发芽率关系紧密。共检测到17个耐储性相关的QTLs, 3个老化时段分别检测到5、4和3个, 检测到5个动态条件QTLs, 单一QTL解释5.60%-32.76%的表型变异, 加性效应在-16.78%-16.95%范围内。主效QTL簇qSSC2、qSSC6、qSSC7和qSSC8能调控不同储藏时段的发芽率, qSSC6具有明显降低发芽率的效应。共检测到26对上位性互作位点, 主效QTL qSS1和qSS4参与上位性互作, 这表明上位性互作是调控耐储藏性状的重要遗传组成。研究结果为水稻(Oryza sativa)耐储性相关QTL的精细定位奠定基础, 同时丰富了耐储性分子标记辅助选择育种的基因资源。     

大豆蛋白含量新位点qPRO-19-1的定位

大豆是重要的粮食作物和经济作物,其籽粒蛋白约为40%,是植物蛋白的重要来源之一。国产大豆主要用于食用,提高大豆蛋白含量是主要的育种目标。因此,发掘大豆蛋白含量相关基因,对开发分子标记并培育高蛋白食用大豆具有重要意义。本研究以低蛋白大豆品种中黄35为母本,以源自日本的高蛋白大豆十胜长叶为父本,构建了重组自交系(RIL,recombination inbred lines)群体。利用集群分离分析法(BSA,bulked segregant analysis)在3条染色体筛选出9个与蛋白含量相关的SSR标记,其中位于19号染色体的QTL尚未见报道。进一步利用完备区间作图法(ICIM-ADD)分析RIL群体F_2:15和F_2:16,在19号染色体重复定位了1个蛋白质含量相关QTL qPRO-19-1,位于分子标记SSR_19_38和SSR_19_59之间,LOD值分别为3.43和3.98,贡献率分别为7.81%和14.87%,高蛋白等位基因来自于高蛋白亲本十胜长叶。qPRO-19-1的定位区间长度为385 kb,共有注释基因36个。本研究定位了蛋白质含量相关的新位点qPRO-19-1,为大豆高蛋白基因的图位克隆及分子标记育种奠定了基础。     

水稻耐储藏特性三年动态鉴定与QTL分析

种子耐储藏特性是粮食作物的特殊农艺性状之一, 耐储藏性能对种子生产和种质资源保存有重要意义。以粳型超级稻龙稻5 (LD5)和高产籼稻中优早8 (ZYZ8)杂交衍生的重组自交系(RILs)群体(共180个株系)为实验材料, 自然高温高湿条件下放置1年、2年和3年后, 对不同储藏时段种子发芽率进行比较, 并利用223个分子标记的遗传图谱进行动态QTL鉴定。结果表明, 不同储藏时段龙稻5的发芽率均显著低于中优早8, 株系间耐储性存在较大差异; 不同储藏时段发芽率显著相关, 相邻存储时段发芽率关系紧密。共检测到17个耐储性相关的QTLs, 3个老化时段分别检测到5、4和3个, 检测到5个动态条件QTLs, 单一QTL解释5.60%-32.76%的表型变异, 加性效应在-16.78%-16.95%范围内。主效QTL簇qSSC2、qSSC6、qSSC7和qSSC8能调控不同储藏时段的发芽率, qSSC6具有明显降低发芽率的效应。共检测到26对上位性互作位点, 主效QTL qSS1和qSS4参与上位性互作, 这表明上位性互作是调控耐储藏性状的重要遗传组成。研究结果为水稻(Oryza sativa)耐储性相关QTL的精细定位奠定基础, 同时丰富了耐储性分子标记辅助选择育种的基因资源。     

种子休眠机理研究概述

种子休眠是植物本身适应环境和延续生存的一种特性,是种子植物进化的一种稳定对策。野生植物特别是原产温带的植物,其种子大多有深而长的休眠期。关于种子休眠的概念有多种,这些概念引出了许多学说、假说和模型。种壳障碍、胚形态发育不完全和生理后熟以及种子中含有化学抑制剂等,都可导致种子休眠。根据不同的分类标准可将种子分成不同类型,一般将种子分为强迫休眠和机体休眠;机体休眠又可分为外部休眠、内部休眠和综合休眠。植物种类不同休眠特性也不同;同种植物的种子来源于不同的居群和植株时,若采集时期不同,其休眠也可能不同;甚至在同一果实中的不同种子,休眠特性亦可能有差异。影响休眠性状表达的基因既有核基因,也有质基因,休眠通常表现为一种受多基因控制的数量性状。种子休眠具有重要的生态学意义,能有效地调节种子萌发的时空分布。研究种子的休眠特性和机理及其解除方法,有助于农业生产和植物多样性保护。     

Advances in Understanding Seed Dormancy at the Whole-seed Level:An Ecological, Biogeographical and Phylogenetic Perspective

Following a brief account of the early foundations of seed germination ecology sensu lato, some historical and recent developments pertaining to the ecology, biogeography and phylogeny of seed dormancy are discussed.