基于染色体片段置换系的野生稻粒宽QTL qGW8的精细定位与遗传分析

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL。CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段。构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49,将该QTL命名为qGW8。随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2：3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8精细定位到8号染色体10kb区间内。该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异。对双亲籽粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7%。这一结果表明qGW8中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型。     

水稻粒长QTL定位与主效基因的遗传分析

该研究利用短粒普通野生稻矮杆突变体和长粒栽培稻品种KJ01组配杂交组合F_1,构建分离群体F_2;并对该群体粒长进行性状遗传分析,利用平均分布于水稻的12条染色体上的132对多态分子标记对该群体进行QTL定位及主效QTLs遗传分析,为进一步克隆新的主效粒长基因奠定基础,并为水稻粒形育种提供理论依据。结果表明:(1)所构建的水稻杂交组合分离群体F_2的粒长性状为多基因控制的数量性状。(2)对543株F_2分离群体进行QTL连锁分析,构建了控制水稻粒长的连锁遗传图谱,总长为1 713.94 cM,共检测出24个QTLs,只有3个表现为加性遗传效应,其余位点均表现为遗传负效应。(3)检测到的3个主效QTLs分别位于3号染色体的分子标记PSM379～RID24455、RID24455～RM15689和RM571～RM16238之间,且三者对表型的贡献率分别为54.85%、31.02%和7.62%。(4)在标记PSM379～RID24455之间已克隆到的粒长基因为该研究新发现的主效QTL位点。     

基于染色体置换系的野生稻抽穗期及紫色性状QTL的鉴定

利用一套以9311为背景的普通野生稻染色体片段置换系群体为研究材料,进行野生稻相关QTL的定位与基因的鉴定。在多年多点的抽穗期调查数据基础上,结合200多个分子标记引物的基因型鉴定结果,定位到11个与抽穗期相关的QTL;选取携带相关QTL导入片段的两个置换系进一步研究,发现2个抽穗期主效QTL均为已克隆基因的等位基因。利用叶鞘、稃尖、柱头颜色与9311差异显著的一个单片段置换系定位到来自野生稻的紫色性状基因Or C,初步鉴定与栽培稻的等位基因功能不同。这些结果再次表明染色体片段置换系是行之有效的QTL定位以及基因发掘的遗传群体。通过对抽穗期、紫色性状相关QTL的定位与基因的鉴定,为进一步的功能研究提供了基因资源。     

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。     

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的水稻穗颈长度QTL的代换作图

水稻穗颈长度是影响杂交水稻制种产量提高的重要农艺性状之一。文章利用94个以籼稻品种9311为遗传背景、粳稻品种日本晴为染色体片段供体的覆盖全基因组的染色体片段置换系(Chromosome segment substi-tution lines, CSSL)为材料, 调查和分析CSSL群体及双亲的穗颈长度。结果表明: 在17个置换系中检测到8个控制水稻穗颈长度的数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL), 分别位于第2、3、7、8、9和第11染色体; 利用代换作图法, 定位了其中的7个穗颈长度QTL; 其加性效应值介于0.10~3.20之间, 其中qPE-9和qPE-11的加性效应值较大, 平均效应值分别为3.15和2.95, 表现为主效基因特征; qPE-2-2、qPE-3-1、qPE-3-2、qPE-7和qPE-8等5个QTL被定位在小于10.0 cM的区段内。利用CSSL可以有效地鉴定水稻穗颈长度QTL, 这些QTL为分子标记辅助选育穗颈长度适中的水稻品系及其进一步的精细定位奠定了基础。     

一个水稻长芒基因AWN-2的定位与克隆

本研究在以广西普通野生稻DP30为供体,籼稻品种9311为受体构建的染色体片段代换系中,筛选鉴定出1份稳定遗传的具有长芒表型的染色体片段代换系。利用该代换系与轮回亲本9311构建了BC5F2分离群体,对控制长芒表型的基因进行了遗传分析,发现该群体中长芒与短芒的单株分离比符合3:1的比例,表明该长芒性状受一对显性核基因控制。采用图位克隆法,将目的基因精细定位于水稻第4染色体分子标记M7和M8之间的12.14 kb范围内,该区域只有一个候选基因即LOC_Os04g43840,测序分析发现与栽培稻日本晴、9311相比,CSSL5的LOC_Os04g43840基因在5'UTR区有29个碱基的缺失和2个碱基的置换,因此,推测LOC_Os04g43840可能为该长芒候选基因。     

5 个籼稻背景的高代回交置换系的置换片段分析

以轮回亲本籼稻品种9311(Oryz a sativa ssp. indica ‘Yangdao 6’)为对照, 选用132个亲本间有多态性的SSR标记, 对以粳稻品种日本晴(Oryz a sativa ssp. japonica 'Nipponbare’)为供体的5个高代回交置换系的农艺性状及置换片段进行分析。5个置换系在粒长、粒宽、千粒重、剑叶长、株高及落粒性等方面与籼稻品种9311之间有极显著差异, 其余性状与籼稻品种9311间的差异不显著; 从置换系中检测出8个置换片段, 总长度为236.0 cM, 平均长度为29.5 cM; 从置换片段上检出包括2个千粒重、1个粒长、1个粒宽、1个剑叶长、1个株高和1个落粒性共7个QTLs , 分别分布在水稻第1、3、5、6和第10染色体上。其中, 第1染色体上控制剑叶长的QTL和第6染色体上控制株高的QTL可能是新发现的QTLs。实验结果进一步丰富了置换系群体的数量和质量, 也为QTLs 的精细定位及分子设计育种奠定了基础。     

5个籼稻背景的高代回交置换系的置换片段分析

以轮回亲本籼稻品种9311（Oryza sativassp.indica‘Yangdao6’）为对照,选用132个亲本间有多态性的SSR标记,对以粳稻品种日本晴（Oryzasativassp.japonica‘Nipponbare’）为供体的5个高代回交置换系的农艺性状及置换片段进行分析。5个置换系在粒长、粒宽、千粒重、剑叶长、株高及落粒性等方面与籼稻品种9311之间有极显著差异,其余性状与籼稻品种9311间的差异不显著;从置换系中检测出8个置换片段,总长度为236.0cM,平均长度为29.5cM;从置换片段上检出包括2个千粒重、1个粒长、1个粒宽、1个剑叶长、1个株高和1个落粒性共7个QTLs,分别分布在水稻第1、3、5、6和第10染色体上。其中,第1染色体上控制剑叶长的QTL和第6染色体上控制株高的QTL可能是新发现的QTLs。实验结果进一步丰富了置换系群体的数量和质量,也为QTLs的精细定位及分子设计育种奠定了基础。     

茶陵野生稻导入系遗传分析及重要性状相关QTL鉴定

普通野生稻是栽培稻的祖先种,从野生稻中挖掘栽培稻中已丢失或削弱了的优异基因是保证水稻高产稳产的一个重要手段。本研究以茶陵野生稻染色体片段导入系群体为研究材料,使用均匀分布于12条水稻染色体上的136个多态性分子标记,对其遗传背景进行检测。平均每个导入系携带24个导入片段,导入片段平均长度为16.1 cM,导入片段覆盖野生稻基因组的87.89%。结合两个环境中的性状调查,鉴定到与6个产量性状相关的18个QTLs,其中6号染色体上与粒宽有关的QTL在两个环境中被连续检测到。除此之外,还鉴定到5个与发芽期耐冷性有关的QTLs。     

水稻籽粒γ-氨基丁酸含量的QTL定位分析

本研究以低含量γ-氨基丁酸的宁农黑粳为母本,高含量γ-氨基丁酸的高粱稻-1为父本,构建F2群体,获得了216个F2单株。利用130个SSR标记构建了一张F2群体的SSR标记连锁图谱,覆盖基因组长度为2406.9 cM,连锁群长度在129.5～360.7 cM之间,标记间的平均距离为18.5 cM,并进一步开展控制水稻γ-氨基丁酸含量的QTL定位研究。结果表明:共检测到7个QTL位点,分别位于第8号和第9号染色体上,其中qGABA8-2、qGABA8-3、qGABA9-1的贡献率依次为10%、11%和9%。对3个贡献率大的QTL位点进行复合区间作图,当LRS为25.6时,在RM342～RM515处可能存在较为可靠的QTL,初步将qGABA8定位在标记RM342与RM515之间的326 kb区间内。利用InDel标记对目标区间加密,将该区间进一步缩小到183 kb区间内,位于标记RM342和G121之间。本研究结果可进一步通过构建次级群体对该基因进行精细定位及图位克隆,同时,研究中筛选出的SSR标记和设计的InDel标记可快速筛选水稻育种材料中富γ-氨基丁酸的基因型,加快育种进程。     

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。     

利用RIL和CSSL群体检测水稻种子休眠性QTL

利用由梗稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合衍生的重组自交F10。家系(Recombinant Inbred Lines,RIL)群体及其衍生的染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSL)群体,进行了种子休眠性QTL的检测和遗传效应分析。其中CSSL群体有2个,即CSSLl(以Asominori为背景,置换片段来自IR24)和CSSL2(以IR24为背景,置换片段来自Asominori)。在RIL群体上共检测到3个种子休眠性QTL,分别位于第3、6和9染色体上;在CSSL1群体中检测到分布在第1、3和7染色体上的3个休眠性QTL;而在CSSl2群体上检测到的3个QTL则分别位于第1、2和7染色体上。同时在两套CSSL群体上,分别检测到位于第1、7染色体上位置相近且效应一致的休眠性QTL,分析表明其所在的Asominori片段含对种子休眠性的增效基因,相应的IB24段含有减效基因。     

覆盖野生稻基因组的染色体片段替换系的构建及其米质相关数量性状基因座位的鉴定

染色体片段替换系（CSSL）是基因组水平快速初步定位数量性状基因座位（QTL）的良好材料,而水稻的品质性状是多基因控制的数量性状,因此可用替换系鉴定控制水稻品质性状的QTL。本文用分子标记辅助选择技术（MAS）构建了由133个株系组成的以‘特青’（籼稻品种）为轮回亲本,以海南的一种普通野生稻为供体亲本,覆盖绝大部分野生稻基因组的染色体片段替换系。利用这套替换系,初步定位了控制稻米外观和理化品质性状的15个QTL,为今后水稻品质性状QTL的克隆以及稻米品质相关性状的改良提供了依据。     

水稻显性感光抑制基因Su-E_1(t)的定位及遗传分析

利用粳稻品种Asominori和籼稻品种IR24衍生的重组自交系群体,在南京和海南2种自然环境下对水稻抽穗期QTL进行检测,分别检测到5个和6个影响抽穗期的QTL,其中位于第6染色体的qDTH-6在2种环境下都能被检测到,LOD值分别为6.28和12.93,贡献率分别为12.26%和17.18%。对以Asominori为背景、在qDTH-6处置换了IR24片段的染色体片段置换系CSSL45及背景亲本进行人工短日照处理,发现qDTH-6来自籼稻IR24的等位基因具有显性感光抑制效应。利用抽穗期基因型测验系和9311等一些常规稻与CSSL45杂交分析,进一步证实了qDTH-6的显性感光抑制功能,并初步判断其抑制对象为主效感光基因E_1(Ghd7),本研究将其命名为Su-E_1(t)。同时利用CSSL45×Asominori次级F2群体分别在人工短日照和自然长日照条件下对Su-E_1(t)进行了进一步定位,将其定位在SSR标记RM527附近。本研究对有效地解决水稻籼粳亚种间杂种生育期超亲晚熟的难题具有重要意义。     

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。     

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。     

水稻qGL3.4调控籽粒大小与株型

籽粒大小与株型对水稻产量具有重要影响,因此其相关基因克隆与功能研究对培育高产水稻具有重大的意义。本研究从以短舌野生稻为供体、华粳籼74 (HJX74)为受体的染色体单片段代换系(SSSLs)中鉴定到一个新的调控籽粒大小与株型的QTL位点qGL3.4。与对照HJX74相比,近等基因系NIL-qGL3.4的粒长、粒宽、千粒重、穗长、穗粒数、一次枝梗数、单株产量与株高显著增加,而NIL-qGL3.4的分蘖数和二级枝梗数与HJX74对应值无显著差异。通过图位克隆,将qGL3.4定位在第3号染色体239.18 kb区间内。细胞学分析表明,NIL-qGL3.4通过调节颖壳细胞的生长进而调控籽粒的大小。分子机理研究表明,qGL3.4可能通过调控籽粒大小相关基因EXPANSINs、GS3、GL3.1、PGL1、GL7、OsSPL13和GS5的表达进而调控籽粒大小。本研究可能为高产与理想株型的水稻培育提供新的靶标位点。     

云南元江普通野生稻株高和抽穗期QTL定位研究

以云南元江普通野生稻为供体亲本,在特青的遗传背景下构建了一套BC3高代回交群体。利用117个SSR标记分析383个BC3F2株系的基因型,采用单标记分析法对控制元江普野株高和抽穗期的QTL进行分析。在北京和合肥两个地点试验结果表明,控制株高的QTL分布在第1染色体上,在RM104附近有一个QTL,与sd-1位置相当,其对表现型变异的贡献率在两个地点分别为27％和28％,其加性效应值分别为26．24cm和26．28cm,来自野生稻的等位基因显著提高回交群体的株高;在第1、3、7、8、11染色体共检测到6个控制抽穗期QTL,其中第8染色体RM25附近控制抽穗期的QTL在两个地点的贡献率分别为13％和15％,加性效应值为4．60d和3．65d,来自野生稻的等位基因使回交群体抽穗期延迟。     

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。