水稻蒸煮品质相关QTL定位及候选基因分析

挖掘与稻米蒸煮品质相关的数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)，分析候选基因，并通过遗传育种手段改良稻米蒸煮品质相关性状，可有效提升稻米的口感。以籼稻华占(Huazhan, HZ)、粳稻热研2号(Nekken2)及由其构建的120个重组自交系(recombinant inbred lines, RILs)群体为实验材料，测定成熟期稻米的糊化温度(gelatinization temperature, GT)、胶稠度(gel consistency, GC)和直链淀粉含量(amylose content, AC)。结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位，共检测到26个与稻米蒸煮品质相关的QTLs (糊化温度相关位点1个、胶稠度相关位点13个、直链淀粉含量相关位点12个)，其中最高奇数的可能性(likelihood of odd, LOD)值达30.24。通过实时荧光定量PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析定位区间内候选基因的表达量，发现6个基因在双亲间的表达量差异显著，推测LOC_Os04g20270和LOC_Os11g40100的高表达可能会极大地提高稻米的胶稠度，而LOC_Os01g04920和LOC_Os02g17500的高表达以及LOC_Os03g02650和LOC_Os05g25840的低表达有助于降低直链淀粉含量。这些结果为培育优质水稻新品种奠定了分子基础，并为揭示稻米蒸煮品质的分子调控机制提供了重要的遗传资源。     

水稻穗部性状的QTL与环境互作分析

分别在两年收集珍汕97／明恢63的重组自交系群体的表现数据,运用混合线性模型的QTL定位方法,联合分析穗部5个性状的QTLs7及QTL与环境互作关系。每穗颖花数、每穗实粒数、结实率、穗长和穗着密度分别检测到10、3、6、8和7个QTLs分别解释各性状变异的29．13％、19．2％、29．46％、26．39％和35．76％。对于同一性状,高值亲本和低值亲本中均存在增效和减效QTL。相关性状QTL的位置表现相同或相似,高值亲本和低值亲本中均存在增效和减效QTL。相关性状QTL的位置表现相同或相似,成族分布。1个穗长QTL,2个每穗颖花数QTL3,3个结实率QTLs表现与环境显著互作,QTL与环境互作效应的贡献率比相应的QTL贡献率略大。遗传力稍高的每穗实粒数和穗着粒密度的DQTL与环境不互作。     

粳稻蒸煮食味品质相关性状的QTL分析

以沈农265和丽江新团黑谷杂交衍生的重组自交系群体(RILs)为实验材料,对12个粳稻(Oryza sativa subsp.japonica)蒸煮食味品质相关性状进行QTL分析。共检测到29个蒸煮食味品质相关的QTLs,分布于除第8染色体外的11条染色体上,LOD值介于2.50–16.47之间,加性效应值为–132.69–471.85,单个QTL贡献率为10.36%–73.24%。在第6染色体RM508–RM253区域检测到1个蒸煮营养食味品质多效性QTL簇,其中q AC6表型贡献率最大,解释73.24%的表型变异;在第10染色体PM166–RM258区域检测到2个与蒸煮食味品质相关的QTLs,分别是控制口感的q CTS10和综合评分的q CCS10。此外,检测到15个与RVA特征谱相关的QTLs,在第6染色体RM253–RM402区域检测到3个与RVA谱特征值相关的QTLs,表型贡献率均大于12%。这些定位结果将为粳稻蒸煮食味相关品质的分子遗传机理研究奠定基础。     

小麦籽粒品质性状的QTL分析

利用小麦中国春(母本)和兰考大粒(父本)F2群体构建了169个标记的分子遗传图谱,将F2∶3家系分别种植于3个环境中,利用基于完备区间混合模型的单环境作图模型和多环境作图模型对小麦籽粒容重、硬度、蛋白含量和结合水含量性状进行了QTL分析。结果显示:(1)两种作图模型下,检测到容重的6个共同QTL(QTW-6B-6、QTW-7B-6、QTW-7B-9、QTW-5D-2、QTW-6D-1、QTW-6D-4),单环境模型下遗传贡献率为1.99%~6.57%,多环境模型下遗传贡献率为3.66%~20.07%,其中QM TW-7B-9、QM TW-6D-1和QM TW-6D-4在多环境模型中表现为主效QTL。(2)检测到硬度的3个共同QTL(QHD-4A-5、QHD-7A-1和QHD-7B-9),单环境模型下的遗传贡献率为6.00%~6.95%,多环境模型中遗传贡献率为5.43%~9.64%。(3)检测到蛋白含量1个共同QTL(QPR-6D-1),单环境模型下的遗传贡献率为5.39%,多环境模型中遗传贡献率为10.06%,表现为主效QTL。(4)检测到籽粒结合水含量1个共同QTL(QMO-1B-4),单环境模型下的遗传贡献率为39.20%,多环境模型下的遗传贡献率为75.01%,均表现为主效QTL。(5)1B染色体上存在同时控制籽粒容重、硬度、蛋白和结合水含量的QTL,说明1B染色体对小麦品质的影响可能很大。研究表明,小麦容重、硬度、蛋白含量、结合水含量的遗传主要受加性效应控制。该研究初步定位的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和育种早代品质性状分子标记辅助选择提供依据。     

籼稻稻米碾磨与外观品质性状的QTL定位

文章利用籼籼交组合特青/IRBB衍生的重组自交系群体, 在2个环境下对稻米碾磨品质和外观品质进行QTL定位。共计检测到控制稻米碾磨品质的QTL 12个和控制外观品质的QTL 18个, 包括糙米率8个、精米率2个、整精米率2个、粒长7个、粒宽5个和长宽比6个, 这些QTL分布于除第4和12染色体外的其他10条染色体上。其中, 第3染色体涵盖粒形基因GS3的区域对粒长、长宽比、糙米率和整精米率具有较大效应, 其献率分别为56.71%、42.23%、10.05%和4.91%; 第5染色体涵盖粒宽基因GW5的区域对粒宽、长宽比、糙米率和精米率具有较大效应, 表型变异贡献率分别为59.51%、36.68%、19.51%和4.56%。此外, 第6染色体涵盖直链淀粉含量基因Wx的区域对糙米率和精米率具有较小效应。GS3和GW5对糙米率和粒形具有重要作用。     

小麦重组自交系(RILs)群体碳同位素分辨率的QTL分析

为了探知小麦水分利用效率(WUE)碳同位素分辨率(Δ)的遗传机理,以小麦重组自交系(RILs)群体为材料,在不同水分条件下研究Δ的遗传规律,并进行QTL定位。结果表明:(1)RILs群体的Δ值呈正态分布,Δ属于数量性状遗传。(2)共检测到11个主效QTL,主要位于2B、3B、7B、1D和3D染色体上,表型贡献率在10.83%~46.87%之间,有9个加性QTL(A-QTL)与环境发生互作,互作贡献率在1.02%~3.15%之间。(3)检测到5对影响Δ的上位QTL(AA-QTL),其中3对AA-QTL与环境发生互作,互作贡献率在0.86%~2.01%之间。(4)加性效应及贡献率大于上位性效应及贡献率,A-QTL与环境互作贡献率大于AA-QTL与环境互作贡献率,表明RILs群体中Δ遗传变异主要受加性效应影响,控制Δ的主效基因作用较大,受水分环境影响较小。     

绿豆产量相关农艺性状的QTL定位

绿豆育种的目标性状大多是受多基因控制的数量性状,表现型受环境影响很大。为深入分析绿豆复杂数量性状的遗传特征,本试验以绿豆Berken/ACC41 F10重组近交系群体为作图群体,利用该群体已经构建的包含79个RFLP标记的分子连锁图谱对北京和广西2个种植环境下考察的11个绿豆产量相关农艺性状进行QTL定位。结果表明,2个环境下共检测到产量相关性状QTL 63个（其中北京25个,广西38个）,分布于除第13连锁群以外的12条连锁群。大部分QTL只在单一环境下被检测到,说明产量相关QTLs与环境之间存在明显的互作。2个环境均能检测到的QTL仅有6个,分别为控制荚长、百粒重、生育期的QTLs,这6个在不同生态环境下同时发挥效应的QTLs对于绿豆分子标记辅助育种具有特殊的意义。研究还发现2个QTLs富集区域和若干成束分布的QTLs,它们可能是发掘通用QTL的候选位点。     

利用籼粳回交群体分析水稻粒形性状相关QTLs

水稻谷粒的外观性状对稻米外观品质存在重要的影响。该研究利用SSR标记,以回交群体Balilla／NTH∥Balilla为作图群体,构建了水稻12条染色体的连锁图,该遗传图谱包括：108个分子标记,平均图距为11．9cM。以构建的遗传图谱为基础,采用区间作图法对谷粒外观性状,包括粒长、粒宽和粒形进行了数量性状基因(QTL)定位。结果表明,粒长、粒宽和粒形在回交群体中均呈近似的正态分布,表现出典型的数量性状特征。QTL定位结果表明,第12染色体上RM101-RM270区间内存在一个与粒长性状相关的QTL,(qGL-12),加性效应约为0．26mm,贡献率为16．7％。在第2和第3染色体上RM154-RM211和RM257-RM175区问内,分别检测到qGW-2和qGW-3两个位点与粒宽性状有关,加性效应为分别为-0．10mm和-0．12mm,贡献率分别为11．5％和16．6％。对于粒形性状,共检测到3个QTLs,qLW-2、qLW-6和qLW-7,分别位于第2、6和7染色体上。其中qLW-2和qLW-7的加性效应分别约为0．09和0．10,两个QTLs分别可解释表型变异的12．7％和18．3％;而qLW-6的加性效应约为-0．13,可解释粒形变异的11．5％。文中还讨论了粒形和稻米外观品质同时改良的可能性。     

小麦幼苗耐热性的QTL定位分析

以小麦DH群体(‘旱选10号’ב鲁麦14’)为材料,在高温(热胁迫)及常温(对照)两种条件下考察小麦幼苗的根干重、苗干重、幼苗生物量、叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数及其耐热指数,并应用基于混合线性模型的复合区间作图法分析幼苗性状及其耐热指数QTL的数量、染色体分布及表达情况,以及QTL与环境的互作效应。结果显示:(1)亲本‘旱选10号’的耐热性明显优于‘鲁麦14’,且杂交后代的耐热性出现超亲分离。(2)控制幼苗耐热相关性状的QTL位点在染色体2D、6B、3A、4A、5A和7A上分布较多,而控制幼苗性状耐热指数的QTL在染色体6A、6B、3A、2D、5A和7A上分布较多,QTL位点在染色体上的分布有区域化的趋势。(3)控制幼苗性状的单个加性QTL和上位性QTL解释的表型变异分别平均为2.48%和2.65%;而控制耐热指数的单个加性QTL和上位性QTL解释的表型变异分别平均为8.84%和1.98%。(4)在热胁迫和对照条件下共检测到与幼苗性状及其耐热指数有关的加性效应QTL 13个和上位性效应QTL 28对,分布在除4D和6D以外的19条染色体上。研究表明,控制幼苗性状的QTL以上位性效应为主,而其耐热指数的QTL以加性效应为主。     

高丹草氢氰酸含量性状的QTL定位分析

为了深入开展高丹草低氢氰酸含量性状的QTL精细定位、基因图位克隆、功能解析及分子标记辅助育种,该研究以二倍体杂交高丹草F_2代群体500个分离单株无性系及其亲本为材料,在课题组前期已构建出的高丹草高密度分子遗传连锁图谱的基础上,利用区间作图法对两年两地测定的高丹草氢氰酸含量性状进行了QTL定位分析。结果显示:(1)在4个不同环境下高丹草氢氰酸含量性状的广义遗传率分别为61.70%、72.05%、40.16%和69.25%,表明氢氰酸含量是既受环境影响又受微效多基因控制的数量性状,而且其群体测定值频率呈明显单峰正态性分布特点,符合QTL定位要求。(2)在LOD2.5的条件下,共检测到16个与氢氰酸含量性状相关的QTLs,其分布在LG1、LG2、LG4、LG6、LG7、LG8和LG10连锁群上。(3)16个QTLs中能重复检测到的稳定QTLs有9个,遗传贡献率范围为1.17%～39.9%,其中贡献率大于20%的主效QTLs有Qcn2-2、Qcn4-1、Qcn6和Qcn6-1共4个。该研究结果明确了各QTLs的遗传效应和分子标记位点。     

家蚕茧质性状的QTL定位研究

采用QTLMapper 2．0 QTL作图软件,对F2群体的家蚕全茧量、茧层量、茧层率和蛹体重等性状进行了QTL定位分析,分别检测出7个、6个、2个、8个有显著效应分量的QTLs,分布于7个、5个、2个、7个不同的连锁群。控制全茧量、茧层量的QTLs一般存在复杂的上位性效应。对全茧量性状,有3对QTLs存在显著的加加上位性效应,其中1对还存在加显、显显互作;共有3个QTLs存在显著的显性效应,1个存在显著的加性效应。对茧层量QTLs,发现1对QTLs存在极显著的各项遗传效应,包括上位性效应;1对QTLs被检测到显著的显显互作,1个QTL具有显著的显性效应,并与另一个QTL存在显著的加加互作。茧层率、蛹体重主要受加性或显性的QTLs作用,没有发现茧层率QTLs的上位性效应,蛹体重的有效QTL大都呈现显著的负向显性效应,只有一对QTLs存在显著的加加上位性效应。第2、3、4、11、13、24、34、37、40连锁群是两个或多个性状QTLs分布的共同连锁群。全茧量和茧层量存在共同的QTL或染色体区域,育种上可通过适当选配,利用基因的互作效应,同步改良这两个性状。     

籼稻稻米蛋白质含量与外观品质性状间不同遗传体系的条件遗传相关分析

选用稻米蛋白质含量等品质差异较大的7个籼型不育系(A)及相应的保持系(B)与5个籼型恢复系(R)杂交,组成7×5不完全双列杂交组合。应用包括胚乳、细胞质和母体植株基因的遗传主效应以及基因型×环境互作效应的数量性状遗传模型及非条件和条件分析方法,研究了籼稻稻米蛋白质含量与外观品质性状间的遗传相关性,进一步揭示了籼稻糙米重、稻米直链淀粉含量对稻米蛋白质含量与外观品质性状间遗传相关性的影响。非条件分析的结果表明,除了与糙米厚的相关性未达到显著水平以外,蛋白质含量与其它稻米外观品质性状间的遗传相关性均达极显著水平,其中与糙米宽间的相关性表现为正值,其余为负向相关。条件分析的结果显示,糙米重和直链淀粉含量对稻米蛋白质含量与外观品质性状间的遗传相关性均可产生较大的影响。糙米重主要通过基因型×环境互作效应影响蛋白质含量与外观品质性状间的遗传相关性,其中对蛋白质含量与糙米长、糙米宽、糙米厚间遗传相关性的影响主要表现为负向作用,而对蛋白质含量与糙米长宽比、糙米长厚比间遗传相关性的影响则表现为正向作用。稻米直链淀粉主要通过细胞质遗传主效应和母体加性效应影响蛋白质含量与糙米长、糙米长宽比、糙米长厚比间的遗传相关性,而对蛋白质含量与糙米宽间的相关性影响主要表现为负向作用。     

稻米品质的分子水平研究进展

随着分子生物学和各项技术的发展,稻米品质的研究取得了一些进展。从与稻米品质中的直链淀粉含量、胶稠度、垩白、糊化温度及碾磨品质有关的基因或QTL,ADP葡聚糖焦磷酸化酶、淀粉合成酶、分支酶及脱支酶在淀粉合成中的作用以及胚乳淀粉粒的形成、形态与结构等方面作了综述 。     

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。     

水稻产量库相关穗部性状的遗传分析

收人李源于珍汕97/明恢63的重组系群体中与产量库容有关的10个穗部性状的表现型数据。总体上,每穗颖花数与每穗二次枝梗数、每个二次枝梗上的颖花数、颖花密度有更大的相关性。对所研究的10个性状,两年间共检测到53个QTLs。约43.4%的QTLs能在两年同时检测到。5个染色体区域（第1染色体上G359-RG532和C567-C86-RG236,第2染色体上R712-RM29,第6染色体上P-RG424,第10染色体上C148-RM258）分别对多个穗部性状表现出效应。结果显示相关性状的QTLs大致定位在相似的染色体区域,这表明基因的多效性或紧密连锁是穗部性状间相关的遗传基因。在检测到的大量2位点互作对中,约18.2%在两年都能被检测到。不同性状的共同互作对的比例为8.7%～32.6%。在两年都能检测到2位点组合中,约26.7%的组合同时影响着多个性状,表现出多效效应。结果表明每个性状都由数个QTL、基因型与环境互作、大量的上位性互作所控制。     

水稻籽粒锌含量的QTL 定位

锌元素的营养失衡已成为影响人类健康的最重要因素之一, 籽粒锌含量的QTL(quantitative trait loci)定位对研究富锌水稻的遗传育种具有重要的意义。以水稻(Oryza sativa L.)亲本奉新红米和明恢100杂交的145个株系的F2群体为实验材料, 利用92个SSR(simple sequence repeat)标记对水稻籽粒锌含量进行了QTL定位, 共检测到3个QTLs , 分别定位于第3、6和11染色体上, 对表型变异的贡献率分别为4.97%、12.75%和7.74%。其中位于第3染色体上的分子标记RM186和RM168之间的QZN3对表型变异的贡献率最大, 其增效等位基因来自亲本明恢100, 表现为部分显性。3个QTLs 的联合贡献率为25.46%, 具有基因累加效应。该研究结果有利于深入理解水稻锌含量的遗传基础, 为锌含量的QTL精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择提供依据。     

爆裂玉米膨化倍数QTL分析及其环境稳定性

膨化倍数是爆裂玉米最重要的品质指标。以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04杂交构建的259个F2：3家系为定位群体,采用完全随机区组设计在郑州春播和夏播条件下测定了膨化倍数。利用覆盖玉米10条染色体的183对多态性分子标记构建连锁图,采用复合区间作图法（CIM）进行QTL定位分析,采用多区间作图法（MIM）分析定位QTL间的互作效应。共检测出22个QTLs,单个QTL的贡献率为3．07％～12．84％,累计贡献率为66．46％和51．90％。其中5个QTLs在两种环境条件下均检测到,3个QTLs（qPF-6-1、qPF-8-1和qPF-1-3）的贡献率大于10％。大多数QTLs的加性效应值大于显性效应,表现为加性、部分显性、显性和超显性基因作用方式的QTLs数目在两种环境下分别为4、5、0、2和2、5、2、2。仅6对（占2．60％）QTLs或标记区间存在显著互作效应,表现为AA、DA或DD互作方式。     

正常与水分胁迫下水稻叶片叶绿素含量的QTL分析

随着分子标记技术的发展,利用不同的遗传群体对叶绿素的分子遗传机理进行了一些探索,定位了一些控制叶绿素含量的数量性状基因座(Quantitative trait loci, QTL)。该研究着眼于当前干旱严重影响农业生产的形势,以水稻重组自交系‘珍汕97B’בIRAT109’ F₉代群体195个株系为材料,在正常与水分胁迫环境下研究叶片叶绿素含量与光合速率的变化及相关性,定位不同水分条件下影响叶绿素含量的QTL,为阐明干旱环境下水稻叶绿素含量的分子遗传机理、分子标记辅助育种和节水抗旱稻培育提供理论基础和依据。研究表明叶绿素含量与光合速率在正常供水下呈极显著正相关(r=0.185 7^**),但在干旱下则表现无关(r=0.076 6)。QTL定位共检测到13个影响叶绿素含量的主效QTL,分别位于第1、2、3、4、5、6、10染色体:其中在干旱处理下检测到6个,其联合贡献率为47.39%;在正常供水下检测到7个,联合贡献率达56.19%。检测到显著互作效应位点16对:其中干旱处理下有4对显著互作,联合贡献率为18.57%;正常供水下有12对显著互作,联合贡献率达38.49%。     

籼粳交稻米蒸煮品质性状的遗传效应分析

以2个粳型光温敏核不育系和4个籼稻品种为材料,配制籼粳交组合,用包括基因型×环境互作效应的胚乳性状遗传模型对3个蒸煮品质性状(直链淀粉含量、胶稠度、碱消值)进行了遗传研究,结果表明:直接加性和母体加性效应对三个性状的遗传变异起主要作用.基因型×环境互作主要表现为显性×环境以及细胞质×环境互作.直链淀粉含量的普通遗传率都不显著,只有较高的互作母体遗传率;胶稠度具有显著的普通直接遗传率和互作细胞质遗传率;碱消值的普通直接遗传率和普通母体遗传率都极显著.根据遗传效应预测值对供试亲本的利用价值作了评价。     

水稻生育后期叶绿素含量的QTLs及其与环境的互作分析

利用Dular和Lemont杂交后代单粒传衍生的123个F12家系所组成的重组自交系（RILs）群体,研究水稻剑叶叶绿素含量的数量性状基因座（QTL）.分别在2005年和2006年考察该RIL群体齐穗期剑叶叶绿素含量,并进行QTL定位和上位性分析及其与环境的互作效应分析.结果表明：在4对染色体上共检测到10个控制叶绿素含量的加性QTLs,共解释了73.51%的遗传变异,单个QTL的表型贡献率为2.08%～20.14%,其中6个和环境存在显著互作;同时也检测到13对影响叶绿素含量的加性×加性上位性互作,其中6对具有显著的上位性环境互作效应.