水稻籼粳交DH群体籽粒充实度的遗传分析

籽粒充实度差是限制亚种间杂交稻产量潜力发挥的重要因素。作者对籼粳交（圭630／02428）DH群体的籽粒充实度进行了研究,结果表明,籽粒充实度是受多基因控制的数量性状,在该DH群体中发生分离的基因估计数为5－6对。通过估测三级（偏度）和四级（峰度）统计量,检测到控制籽粒充实度的多基因间存在重叠作用。DH群体中籽粒充实度表现出明显的超亲分离,表明基因重组可实现控制籽粒充实度的增效基因的聚合。籽粒充实度与单穗产量、穗均实粒数和干物质／总库容之比呈显著或极显著正相关,与千粒重、穗均颖花数和穗均总库容相关不显著。     

水稻光合功能相关性状QTL分析

利用粳稻Kinmaze／籼稻DV85杂交后代单粒传衍生的81个F11家系所组成的重组自交系（Recombinant Inbred Lines,RILs）群体,研究水稻光合功能相关性状的数量性状基因座（QTL）。在水稻抽穗后7d测定叶片全氮含量（TLN）、叶绿素a／b比值（Chl．a：b）和叶绿素含量（Chl）。共检测到6个QTL,各QTL的LOD值为2．66～4．81,贡献率为11．2％-29．6％,其中,在第1、2和11染色体上检测到3个与全氮含量相关的QTL,相应贡献率为17．3％、15．3％、13．7％;在第3和4染色体检测到2个与叶绿素a／b比值相关的QTL,贡献率为13．8％和29．6％;在第1染色体检测到1个与叶绿素含量相关的QTL,贡献率为11．2％。4个QTL为本研究新检测的基因座。有趣的是,控制叶绿素含量的qCC-1位于第1染色体上RFLP标记C122附近,与已报道的NADH-谷氨酸合成酶基因位置一致,而叶绿素合成始于谷氨酸,暗示该基因座与水稻光合功能关系极为密切。然而,对抽穗后30d叶绿素含量进行QTL分析,结果未检测到与其相关的QTL,表明控制叶绿素含量qCC-1效应随水稻叶片的衰老而降低。     

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。     

多QTL定位的压缩估计方法

本文综述了多标记分析和多QTL定位的压缩估计方法。对于前者,Xu（Genetics,2003,163：789—801）首先提出了Bayesian压缩估计方法。其关键在于让每个效应有一个特定的方差参数,而该方差又服从一定的先验分布,以致能从资料中估计之。由此,能够同时估计大量分子标记基因座的遗传效应,即使大多数标记的效应是可忽略的。然而,对于上位性遗传模型,其运算时间还是过长。为此,笔者将上述思想嵌入极大似然法,提出了惩罚最大似然方法。模拟研究显示：该方法能处理变量个数大于样本容量10倍左右的线性遗传模型。对于后者,本文详细介绍了基于固定区间和可变区间的Bayesian压缩估计方法。固定区间方法可处理中等密度的分子标记资料;可变区间方法则可分析高密度分子标记资料,甚至是上位性遗传模型。对于上位性检测,已介绍的惩罚最大似然方法和可变区间Bayesian压缩估计方法可供利用。应当指出,压缩估计方法在今后的eQTL和QTN定位以及基因互作网络分析等研究中也是有应用价值的。     

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。     

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。     

水稻柱头外露率的QTL分析

利用高柱头外露率的籼稻窄叶青8号(ZYQ8)和极低外露率的粳稻京系17(JX17)以及由它们构建的加倍单倍体(DH)群体,在海南对各DH株系的柱头外露率进行调查,并使用该群体的分子连锁图谱进行数量性状座位(QTL)分析。共检测到2个控制水稻柱头外露率的QTL(qPES-2,qPES-3),分别位于第2、第3染色体;并发现控制柱头单边外露率的QTL与柱头外露率完全一致,而控制柱头双边外露率的QTL在第2染色体上检测到;其增效基因均来源于ZYQ8。同时定位的控制穗粒数的QTL位于第6染色体和第8染色体上,与柱头外露率之间没有连锁关系。     

水稻株高、抽穗期和有效穗数的QTL与环境的互作分析

株高、抽穗期和有效穗数是水稻的重要农艺性状,合适的株高、抽穗期和有效穗数对水稻的高产稳产是至关重要的。该实验应用中156/谷梅2号的重组自交系(RIL)群体,建立由168个DNA分子标记组成的遗传连锁图,以一年两季作为不同的环境效应,对水稻株高、抽穗期和有效穗数进行了非条件和条件QTL定位,在非条件QTL定位中共检测到7个株高QTLs、5个抽穗期QTLs和3个有效穗数QTLs和10对加加上位性互作位点,条件QTL定位结果表明,抽穗期这一性状对株高和有效穗数QTLs的表达既有抑制作用,也有较大的贡献率。     

水稻产量相关QTL研究现状

产量是最为复杂的数量性状,对它的遗传机理了解甚微。近15年来,许多学者利用随机分离群体定位了许多影响水稻产量及其组分的QTL,即以QTL定位的方法对产量潜力进行遗传剖析。试验证明上位性效应对产量及其组分性状遗传变异起着重要作用,但目前大多数QTL研究仍侧重于发掘和克隆单个主效QTL,然而对单一基因／QTL的深入了解还不足以诠释复杂性状遗传基础的全貌,还没有为育种家提供足够的可应用于分子标记辅助育种的遗传信息并用于提高水稻产量。笔者认为今后的数量性状研究尚需加强复杂性状QTL遗传网络的发掘,在改良水稻品种性状的同时发展并完善QTL研究。     

上位性和QTL×环境互作对水稻(Oryza sativa L.)抽穗期的影响

水稻抽穗期是重要的农艺性状之一,对水稻品种的地理分布和适应性起到关键性作用。适宜的抽穗期是获得高产的前提。因此确定水稻抽穗期的遗传基础在育种计划中具有重要的意义。本研究用一套来源于亲本IR64/Azucena的双单倍体（DH）群体在两个种植季节的试验资料,用基于混合线性模型的复合区间作图方法,对水稻抽穗期QTL的加性、上位性及其与环境互作效应进行了研究。结果表明共有14个QTL影响水稻抽穗期,它们分布在除第5和第9条染色体外的10条染色体上,有8个位点携带单位点效应,5对位点携带双位点互作效应,2个单位点和1对双位点存在与环境的互作,所有效应值介于1.179～2.549天之间,相应的贡献率为1.04%～4.84%。基于所估算的QTL效应值,本研究预测了两个亲本和两个极端型品系的遗传效应值,并讨论了影响遗传效应值与实际观测值偏差的可能原因,以及研究群体所具有的遗传潜力。对水稻抽穗期QTL的定位结果与前人研究基本一致,并进一步证实了上位性和QE互作效应是水稻抽穗期的重要遗传基础。     

影响水稻花药培养力的数量性状基因座位间的互作

控制数量性状的多个基因间不仅存在加性效应,还存在非等位基因间的互作。对一个籼粳交后代的加倍单倍体群体花药培养,通过Ｅｐｉｓｔａｔ软件分析影响水稻花药 数量性状基因座位间的互作。结果表明,愈伤组织诱导率主要受两个单基因的影响,不存在双基因条件型互作,但有２对互适型互作与其有关。     

不同化学杂交剂(CHA)对小麦花药同工酶影响的研究

在小麦叶枕距±2cm时, 喷施4种不同化学杂交剂(CHA)后, 分别取小孢子处于不同发育阶段的花药, 进行过氧化酶(POD)、淀粉酶(Amy)和酯酶(Est)等同工酶的分析。研究表明: 在小孢子母细胞减数分裂期, 处理2、3和4 三种CHA对POD的A1、A2; B2、B4和B5; C1、C2和C3同工酶带的活性均有明显的抑制作用; 处理5除去对A1和A2表现抑制外, 对其他酶带的活性均有增强作用。在单核早期, 处理2和3的A、B和C区POD 同工酶活性均明显低于对照; 处理4和5上述各区POD同工酶活性却明显高于对照。 在上述两个发育时期, 处理2对Amy1区酶活性有增强作用, 而处理3、4和5对该区酶活性却表现了专一性的抑制。各处理对Est同工酶A区和B 区的酶活性主要表现为抑制。实验结果表明, 不同的CHA均通过干扰花药的物质和能量代谢而导致雄性生理性不育。Abstract:When the distance between wheat (T. aestivum ) flag leaf and it's adjucent leaf is about ± 2cm, four different kinds of CHA (Chemical Hybridizing Agents) were sprayed, then we took the anthers which were at different microspore's development stages to make POD、Amy and Est isoenzymes analysis. The study showed that: during the microsporocyte meiophase, treatmant 2、3 and 4, the three kinds of CHAs had evident inhibitation on the activity of POD's bands A1、A2; bands B2、B4 and B5; bands C1、C2and C3. CHA of treatment 5 had inhibitation on bands A1 and A2, but could promote the activity of the other POD bands. During the early uninucleate stage, the POD activity on area A、area B and area C with CHAs of treatment 2、3 was obviousely lower than the control. But in these areas POD activity with CHAs of treatment 4、5 was obviousely higher than the control. During the above two development stages, CHA of treatment 2 obviously strengthened the activity of Amy1area; on the other hand, CHAs of treatment 3、4 and 5 have the unique inhibitation in the same area. All the treatments mainly had inhibitant effects on the activities of Ests area A and area B. The study shows that all the different CHAs bring about male physiological sterility. Through disturbing the anther's metabolism of substances and energy.     

水稻株高构成因素的QTL剖析

利用水稻籼粳杂交 (圭 6 30× 0 2 42 8) F1 的花药离体培养建立的一个含 81个 DH家系的作图群体 ,对水稻株高构成因素 (穗长、第 1节间长、……、第 5节间长 )进行基因定位。DH群体中株高构成因素均呈正态分布。相邻的构成因素间呈极显著的正相关 ,而相距较远的构成因素间的相关较弱或不显著。采用 QTL(Quantitative trait lo-cus)分析 ,定位了影响株高构成因素的 6个 QTL:qtl7同时影响穗长和第 1、2、3节间长 ,qtl1 和 qtl2 同时影响第 4和第 5节间长 ,qtl1 0 a和 qtl1 0 b仅影响第 1节间长 ,qtl3 仅影响第 3节间长。采用 QTL 互作分析 ,检测到 19对显著的互作 ,每个构成因素受 2个或 2个以上的 QTL 互作对的影响。并且还发现 ,同一个 QTL 互作对可能影响不同的性状 ,以及一个 QTL 可以分别与不同的 QTL 产生互作而影响同一个性状或影响不同的性状 ,但总的看来 ,加性效应是主要的。这些结果揭示了株高构成因素间相关的遗传基础 ,在水稻育种中运用这些 QTL 将有助于对株高 ,以及对穗长和上部节间长度进行精细的遗传调控。     

BC群体不同连锁模式分子区间标记QTL作图相关方法的精确度分析

该文分析了BC群体不同连锁模式分子区间标记QTL作图相关方法的精确度,提出了相应参数的适用范匿,连锁顺序的检测方法,分析步骤,为QTL作图提供了理论基础。     

Saturation mapping of QTL regions and identification of putative candidate genes for drought tolerance in rice

We have developed 85 new markers (50 RFLPs, 5 SSRs, 12 DD cDNAs, 9 ESTs, 8 HSP-encoding cDNAs and one BSA-derived AFLP marker) for saturation mapping of QTL regions for drought tolerance in rice, in our efforts to identify putative candidate genes. Thirteen of the markers were localized in the close vicinity of the targeted QTL regions. Fifteen of the additional markers mapped, respectively, inside one QTL region controlling osmotic adjustment on chromosome 3 ( oa3.1) and 14 regions that affect root traits on chromosomes 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 12. Differential display was used to identify more putative candidate genes and to saturate the QTL regions of the genetic map. Eleven of the isolated cDNA clones were found to be derived from drought-inducible genes. Two of them were unique and did not match any genes in the GenBank, while nine were highly similar to cDNAs encoding known proteins, including a DnaJ-related protein, a zinc-finger protein, a protease inhibitor, a glutathione-S-transferase, a DNA recombinase, and a protease. Twelve new cDNA fragments were mapped onto the genetic linkage map; seven of these mapped inside, or in close proximity to, the targeted QTL regions determining root thickness and osmotic adjustment capacity. The gene I12A1, which codes for a UDP-glucose 4-epimerase homolog, was identified as a putative target gene within the prt7.1/brt7.1 QTL region, as it is involved in the cell wall biogenesis pathway and hence may be implicated in modulating the ability of rice roots to penetrate further into the substratum when exposed to drought conditions. RNAs encoding elongation factor 1, a DnaJ-related protein, and a homolog of wheat zinc-finger protein were more prominently induced in the leaves of IR62266 (the lowland rice parent of the mapping materials used) than in those of CT9993 (the upland rice parent) under drought conditions. Homologs of 18S ribosomal RNA, and mRNAs for a multiple-stress induced zinc-finger protein, a protease inhibitor, and a glutathione-S-transferase were expressed at significantly higher levels in CT9993 than in IR62266. Thus several genes involved in the regulation of DNA structure and mRNA translation were found to be drought-regulated, and may be implicated in drought resistance.Communicated by R. Hagemann     

作物数量性状基因图位克隆研究进展

对数量性状基因(QTL)的鉴定和克隆不仅有利于从分子水平上阐明作物重要农艺性状的形成机理,而且对于有效开展这些性状的分子育种,进一步提高作物增产潜力具有重要意义.近年来作物QTL图位克隆取得了重要突破,一批QTL被成功克隆,而模式植物基因组研究的快速发展则为作物QTL图位克隆技术带来了新的策略和方法.本文就相关研究的主要进展和发展趋势进行了综述.     

不同温度条件下水稻种子活力QTL的定位分析

为了揭示基因型与环境温度之间的互作对种子活力的影响,利用1个粳籼交来源的重组自交系群体,采用纸卷法在15、20和25℃条件下进行发芽试验,考察了发芽率、芽长、根长及干重等4个种子活力相关性状。结合一张含有198个DNA标记的连锁图谱,用作图软件QTL Mapper1.0定位与种子活力相关的QTL。共检测到34个主效应QTL。这些QTL中的绝大多数(82％)成簇分布于第3、5和8号染色体的5个不同染色体区段上,分别被命名为QTL qSV-3-1、qSV-3-2、qSV-5、qSV-8-1和qSV-8-2。其中,QTL qSV-3-1、qSV-3-2和qSV-8-1对种子活力的效应大小和方向在3个温度条件下均较一致;而QTL qSV-5和qSV-8-2主要在20和25℃条件下起作用,在15℃低温条件下作用甚微或不起作用。表明种子活力QTL具有显著的基因型与环境温度之间的互作,而且这种互作具有明显的QTL特异性。芽长是唯一同时受5个与种子活力高度相关的染色体区段共同影响的指标,因此,相对而言,作为水稻种子活力的测定指标,芽长是最具有代表性的。     

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。     

水稻低温发芽性QTL的分子标记定位

利用1个粳／籼交来源的重组自交系群体,采用纸卷法在15℃低温条件下进行发芽试验,在发芽培养的6～14d中每天观测统计1次发芽率(％)。结合一张含有198个DNA标记的连锁图谱,用复合区间作图法定位水稻低温发芽性QTL。共检测到7个主效应QTL,分别位于水稻1、3、5、6和8号染色体上,单个QTL对性状的贡献率为5％～16％。其中,位于3号染色体标记区间RM148-RM85的qLTG-3-2和位于8号染色体标记区间RM223-RM210的qLTG-8-1对性状的贡献率最大,分别达16％和14％。QTL qLTG-3-2在发芽培养6～10d中表达,其效应由强渐弱,对性状的贡献率由发芽培养6d时的16．4％逐渐降低为发芽11d时的5．1％;而QTL qLTG-8-1则在发芽培养9～14d中起作用,其效应值由小逐渐增大,对性状的贡献率由发芽9d时的8．6％逐渐上升为发芽13～14d的14％。尽管这2个QTL加性效应的大小在低温发芽过程中按一定趋势变化,但加性效应的方向始终是一致的。QTL qLTG-3-2的增效基因来源于亲本特青,而QTL qLTG-8-1的增效基因来自于亲本Lemont。这2个QTL的增效等位基因有望作为分子标记辅助育种的操作对象,用于水稻品种低温发芽性的遗传改良。