水稻抽穗期QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)抽穗期是决定产量和品质的重要性状,在育种、制种及引种驯化过程中发挥重要作用。将热研2号(O. sativa subsp. japonica cv.‘Nekken2’)和华占(O. sativa subsp. indica cv.‘HZ’)杂交获得F₁代,经连续多代自交得到120个重组自交系(RILs)群体。在常规水肥管理条件下,对120个RILs株系的抽穗时间进行统计分析。利用已构建好的高密度遗传图谱,对水稻抽穗期相关性状进行QTL定位分析,结果共检测到11个QTLs,分别位于第1、3、4、5、6、8和12号染色体上,其中1个LOD值高达5.75。通过分析QTLs区间内的候选基因,筛选出可能影响两亲本抽穗期的相关基因,并利用实时定量PCR进行基因表达量分析,发现LOC＿Os03g03070、LOC＿Os03g50310、LOC＿Os03g55389、LOC＿Os04g55510、LOC＿Os08g07740和LOC＿Os08g01670共6个基因在双亲间的表达量差异显著,其中LOC＿Os03g50310在Nekken2中的表达量比H...     

水稻穗部性状QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)穗部性状与产量直接相关,其相关基因的挖掘与功能解析对于保障国家粮食安全意义重大。以籼稻华占(HZ)和粳稻热研2号(Nekken2)及构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,测定了穗长、每穗粒数、结实率、柱头外露率及一次枝梗数等穗部性状。结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位,结果共检测到31个QTLs,分别位于第1、2、3、4、5、6、10和11号染色体上,其中2个位点的LOD值分别高达5.45与5.28。通过分析筛选QTL区间内可能影响穗部性状的相关基因,并利用qRT-PCR进行基因表达检测,发现LOC＿Os05g05490、LOC＿Os05g06150、LOC＿Os03g11700、LOC＿Os03g12430、LOC＿Os05g28720、LOC＿Os05g30890、LOC＿Os05g31740和LOC＿Os02g17880在双亲间的表达水平差异显著。其中,前5个基因编码三角状五肽重复蛋白,而后3个基因编码糖基转移酶。研究挖掘到31个与穗部性状相关的QTLs,为进一步定位和克隆相关基因,从而选育高产水稻新品种奠定理论基础。     

水稻籽粒镉积累QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)是全世界重要的经济作物之一, 稻田镉(Cd)污染和镉积累问题严重威胁世界水稻的产量和品质以及人类健康, 如何降低水稻中镉积累已成为热点问题。以籼稻品种华占(HZ)为父本、粳稻品种热研2号(Nekken2)为母本, 连续自交多代后得到120个重组自交系群体, 对其镉积累进行检测和分析, 同时利用遗传图谱进行QTL作图。结果共检测到7个QTLs, 分别位于水稻第2、3、9和12号染色体上, 其中1个LOD值高达4.97。对这些QTL区间内与耐金属离子胁迫相关的候选基因进行定量分析, 发现LOC_Os02g50240、LOC_Os02g52780、LOC_Os09g31200、LOC_Os09g35030和LOC_Os09g37949这5个基因在双亲间的表达量差异显著, 结合亲本对不同金属离子的浓度积累数据, 推测LOC_ Os02g50240、LOC_Os09g31200及LOC_Os09g35030的高表达可能极大地提高了水稻对镉离子的吸收和胁迫耐受能力。通过QTL挖掘和分析, 发现这些基因与水稻籽粒的镉积累有关, 可能影响水稻耐镉胁迫的能力。研究结果为进一步筛选和培育耐镉胁迫的水稻品种创造了条件, 为阐明水稻镉积累的分子调控机制奠定了基础。     

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。     

水稻籽粒维生素E QTL挖掘及候选基因分析

维生素E (V_E)是稻米营养品质的重要指标。水稻(Oryza sativa)是我国种植最广泛的粮食作物, 增加其籽粒的V_E含量是实现国民营养强化的一条便捷有效的途径。该研究以籼稻华占(HZ)为父本, 粳稻热研2号(Nekken2)为母本, 构建120个重组自交系(RILs)群体。采用高效液相色谱法(HPLC)对RILs群体的V_E各组分含量进行测定, 并基于构建的高密度分子遗传图谱进行QTL定位, 谱系分析后挖掘到122个V_E总量和分量相关QTLs, 分布在12条染色体上。其中qT3α/to2-1的LOD值高达10.32, qT3α2-1的LOD值高达9.91, 另有多个控制各异构体含量的主效QTLs, 且区间内包含OsGGR1、OsGGR2、OsTC及OsγTMT等V_E生物合成基因。通过qRT-PCR检测亲本中V_E合成基因的表达量, 发现在华占中候选基因的表达量均极显著高于热研2号, 推测这些基因的高表达是华占生育酚及生育三烯酚含量高于热研2号的原因。研究挖掘到的QTL数目较多, LOD值也较大, 为进一步筛选和培育高V_E含量的水稻新品种奠定了分子基础, 同时为揭示水稻V_E生物合成的分子调控机制提供了重要基因资源。     

候选基因策略在植物遗传学中的应用

随着遗传学研究技术的快速发展和后基因组学时代的来临,候选基因的概念和研究方法越来越多地被人们所应用,成 为功能克隆、图位克隆、表型克隆、插入突变等方法之外的又一重要基因克隆策略。候选基因策略的基本原理和主要步骤,以 及其在植物遗传学中具有重要的应用实例。     

甘蓝型油菜种子发芽率QTL定位及相关生理性状

利用GH06×P174组合衍生的183个重组自交系进行种子发芽率遗传分析及种子发芽期间种子生理性状分析。用复合区间作图法对在室温下保存两年的种子(STY)、保存1年的种子(SOY)与新收获种子(FS)发芽率进行QTL定位。另外对保存两年的种子及新收获的种子萌发期间脂肪酶活性、电导率、还原糖含量、总糖含量及根系活力进行了测定, 并对结果进行分析。结果表明3批种子的发芽率QTL位点各不相同, 保存两年的种子在第9、14、17条连锁群上分别检测到1个位点, 保存1年的种子在第5、9条连锁群上各检测到1个位点, 新收获的种子在第4、18条连锁群上分别测检到1个位点。研究发现, 3批种子的发芽率相关性不显著, 发芽率差异达到极显著水平, 同时保存不同年份种子的发芽率QTL各不相同, 这表明甘蓝型油菜发芽率受很多不同因素所控制。保存两年及新收获种子的发芽率与电导率之间的相关性均达到极显著负相关, 表明可以通过电导率的测定估测发芽率, 电导率的研究对种子发芽率的研究具有重要意义。     

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。     

水稻DH群体籽粒充实度的QTL定位

籽粒充实度较差是当前水稻亚种间杂种优势利用中所面临的最大障碍之一。研究采用籼粳交(圭630×02428)来源的DH群体对水稻籽粒充实度进行QTL分析,检测到1个主效应QTL(qGP-7),该QTL位于第7染色体RZ978～RG404a～RG404c区间的大约26cM的染色体区段上,对籽粒充实度的贡献率为10%～15%。发现了2对\"加性×加性\"效应的互作QTL,对籽粒充实度的贡献率皆为20%左右,表明QTL的上位性是控制籽粒充实度的重要遗传基础之一。还对亚种间杂交稻育种中\"以饱攻饱\"的亲本选配策略作了讨论。     

水稻白叶枯病抗性遗传解析

水稻白叶枯病是水稻主要的病害之一,对水稻生产具有重要的意义。本研究以国外引进粳稻品种Maybelle与地方籼稻品种白叶秋为亲本构建而成的加倍单倍体(doubled haploid, DH)群体为材料,调查了4个白叶枯病致病小种的致病性。结果表明,各小种的致病性在DH群体间呈现连续分布,并伴有一定的超亲变异。而且,各个致病小种的致病性具有一定的相关性,相关系数处在0.3与0.6之间。数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)分析共检测到12个QTL,分别位于水稻第1、2、3、5、6、7、9和12号染色体,贡献率介于4.95%-16.05%之间,其中位于5号染色体上的RM6024-RM163区间在3个致病小种中均检测到,并且是效应最大的主效QTL。另外,QTL座位的聚合进一步表明,通过不同的QTL座位的聚合能够显著提高水稻白叶枯病的抗性。该研究对拓宽我国白叶枯病抗性基因资源具有重要的意义。     

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。     

Mapping QTL for Biomass Yield and Its Components in Rice (Oryza sativa L.)

Addicive effects, additive by additive epistatic effects, and their environmental interactions of QTLs are important genetic components of quantitative traits. Genetic architecture underlying rice biomass yield and its two component traits (straw yield and grain yield) were analyzed for a population of 125 DH lines from an inter-subspecific cross of IR64/Azucena. The mixed-model based composite interval mapping approach (MCIM) was used to detect QTLs, There were 12 QTLs detected with additive main effects, 27 QTLs involved in digenic interaction with aa and/or aae effects, and 18 QTLs affected by environments with ae and/or aae effects. It was revealed that epistatic effects and QE interaction effects existed on biomass yield and its component traits in rice. In addition, the genetic basis of relationships among these traits were investigated. Four QTLs and one pair of epistatic QTLs were detected to be responsible for the positive correlation between biomass yield and straw yield. Three QTLs might be responsible for the negative correlation between straw yield and grain yield. This result could partially explain the genetic basis of correlation among the three traits, and provide useful information for genetic improvement of these traits by marker-assisted selection.     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

Mapping quantitative trait loci associated with days to flowering and photoperiod sensitivity in rice (Oryza sativa L.)

This study was undertaken to identify putative quantitative trait loci (QTLs) associated with days to flowering (DTF) and photoperiod response in rice. A population of 143 recombinant inbred lines derived from a cross between CO39 and Moroberekan was grown under greenhouse conditions and exposed to two different photoperiod regimes. DTF of individual plants was evaluated under 10 h and 14 h day lengths, and loci associated with photoperiod sensitivity were identified based on the delay in flowering under the 14 h photoperiod (DTF at 14 h minus DTF at 10 h). An RFLP data set consisting of 127 markers provided the basis for the QTL analysis. Both single marker and interval analysis were used and interactions between putative QTLs were estimated based on two-way ANOVA. Out of 15 QTLs associated with DTF, only 4 were identified as influencing the response to photoperiod. Interactions between flowering QTLs indicated the complex nature of the control of flowering in rice. The effectiveness of using a single recombinant inbred population to study a variety of complex phenotypes is discussed in relation to practical plant breeding.     

Molecular marker dissection of rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) plant architecture under temperate and tropical climates

Rice (Oryza sativa L.) plants develop vertically with shoot elongation and horizontally with tillering. The purpose of this study was to identify and characterize genomic regions influencing the rice plant architecture by quantitative trait locus (QTL) analysis for the component traits: culm length (CL), panicle length (PnL), panicle number (PnN) and tiller number (TN). For this QTL analysis, 191 recombinant inbred lines (F₇) derived from a cross of Milyang 23 (M23) and Akihikari (AK) were grown in 1995, 1996 and 1997 (May–Oct) in Joetsu, Japan (temperate climate), and in the 2000 dry season (Jan–Apr), the 2000 wet season (Jun–Oct) and the 2001 dry season in Los Baños, The Philippines (tropical climate). Results showed that rice plant architecture was influenced by 19 genomic regions categorized into five groups. In Group I, two regions (on chrs. 6 and 11) affected shoot elongation (CL and PnL) and tillering (PnN and TN) in opposite directions more significantly in Los Baños than in Joetsu. In Group II, two regions (chrs. 3 and 12) affected shoot elongation, whereas in Group III, five regions [chrs. 1 (two), 2, 3 and 9] affected only culm length (CL). Expressions of four regions of Group III were influenced by either tropical or temperate environments. In Group IV, seven regions (chrs. 1, 2, 4, 5, 6, 8 and 9) controlled panicle development (PnN or PnL), and in Group V, three regions (chrs. 1, 2 and 3) regulated tillering (PnN or TN). Characterizing these 19 genomic regions provided a detailed analysis of rice plant architecture with emphasis on the multiple effect and environmental responsive regions.Communicated by D. Mackill     

QTLs for nutritional contents of rice seedlings (Oryza sativa L.) in solution cultures and its implication to tolerance to iron-toxicity

Iron toxicity is one of the major constraints for lowland rice production in highly weathered soils, which are widely distributed in tropics and subtropics and often lack macronutrients such as potassium (K) and phosphorus (P). To analyze the genetic factors for excess iron accumulation under K or P deficiency, a set of seedlings in F₃ and F₈ generations from an Oryza sativa cross between a japonica cultivar ‚Gimbozu’ and an indica cultivar ‚Kasalath’ were raised and exposed to nutritional stresses in a short period under nutritional solutions. In the F₈ lines, contents of K, P, Fe, and Mg in dried shoots were measured. Quantitative trait loci (QTL) for the iron accumulation and related mineral contents in each plant were analyzed with composite interval mapping. QTLs for the Fe, P and Mg content in shoots were compared in the maps of F₃ and F₈. The QTLs for the Fe content in shoots varied in three types of nutritional conditions, but consistently indicated two overlapping regions on chromosome 3 and 4. The obtained QTLs were crosschecked with those reported before. Some of these QTLs were indicative of iron excluding the power of the root, which was expressed under reduced P content in solution.