远交群体动态性状基因定位的似然分析Ⅰ.理论方法

受动物遗传育种中用来估计动态性状育种值的随机回归测定日模型思想的启发 ,将关于时间 (测定日期 )的Legendre多项式镶嵌在遗传模型的每个遗传效应中 ,以刻画QTL对动态性状变化过程的作用 ,从而建立起动态性状基因定位的数学模型。利用远交设计群体 ,阐述了动态性状基因定位的似然分析原理 ,推导了定位参数似然估计的EM法两步求解过程。结合动态性状遗传分析的特点和普通数量性状基因定位研究进展 ,还提出了有关动态性状基因定位进一步研究的设想     

亚麻主要农艺与品质相关性状的QTL定位

为了全面了解亚麻产量和品质相关性状的遗传基础,为亚麻基因克隆和分子标记辅助育种提供理论依据,在已构建SNP连锁遗传图谱的基础上,以LH-89为父本,R43为母本构建F2:3家系QTL定位群体,用R/QTL软件采用复合区间作图法对13个农艺和品质性状进行QTL定位。结果表明:(1)该研究共检测出35个QTL位点,与粗脂肪及其组成成分相关的QTL有20个,与农艺性状相关的QTL有15个;其中:亚油酸和粗脂肪各5个,亚麻酸、千粒重各4个,棕榈酸、株高、工艺长度各3个,硬脂酸、分枝数各2个,单株果数、果粒数、单株粒重、油酸各1个。(2)共有18个QTL的表型贡献率超10%(主效基因),其中农艺性状定位8个主效基因,品质性状定位10个主效基因。     

远交群体动态性状基因定位的似然分析 I．理论方法

受动物遗传育种中用来估计动态性状育种值的随机回归测定日模型思想的启发,将关于时间(测定日期)的Legendre多项式镶嵌在遗传模型的每个遗传效应中,以刻画QTL对动态性状变化过程的作用,从而建立起动态性状基因定位的数学模型。利用远交设计群体,阐述了动态性状基因定位的似然分析原理,推导了定位参数似然估计的EM法两步求解过程。结合动态性状遗传分析的特点和普通数量性状基因定位研究进展,还提出了有关动态性状基因定位进一步研究的设想。     

大豆遗传图谱的构建和若干农艺性状的QTL定位分析

大豆许多重要农艺性状都是由微效多基因控制的数量性状,对这些数量性状进行QTL定位是大豆数量性状遗传研究领域的一个重要内容.本研究利用栽培大豆科新3号为父本、中黄20为母本杂交得到含192个单株的F2分离群体,构建了含122 个SSR标记、覆盖1719.6cM、由33个连锁群组成的连锁遗传图谱.利用复合区间作图法,对该群体的株高、主茎节数、单株粒重和蛋白质含量等农艺性状的调查数据进行QTL分析,共找到两个株高QTL,贡献率分别为9.15%和6.08%;两个主茎节数QTL,贡献率分别为10. 1%和8.6%;一个蛋白质含量QTL,贡献率为9.8%;一个单株粒重QTL,贡献率为11.4% .通过遗传作图共找到与所定位的4个农艺性状QTL连锁的6个SSR标记,这些标记可以应用于大豆种质资源的分子标记辅助选择,从而为大豆分子标记辅助育种提供理论依据.     

绿豆11个农艺性状相关基因的QTL定位

绿豆是我国传统的杂粮作物,遗传研究基础薄弱,优异基因发掘和资源利用效率低下。本研究在前期SNP高密度遗传连锁图谱的基础上,基于重组自交系群体的株高、主茎分枝、荚长、荚宽、单荚粒数、种皮色、种皮光泽、籽粒分布密度、初花期、叶绿素含量、百粒重等11个表型性状的数据调查分析及QTL定位研究。结果表明,绿豆种皮色为简单单基因控制,种皮光泽的遗传则较为复杂,数量性状中除百粒重外均不符合正态分布。11个性状共检测到20个QTL,分布在8个连锁群的14个非重叠区间。其中LG5、LG3、LG10分别检测到多个性状相关QTL,且定位区间重合。荚宽检测到的QTL最多,分别位于LG1、LG5、LG7和LG11,表型贡献率为5.5%～12.3%不等。单荚粒数、种皮光泽、种皮色及主茎分枝则各检测到单个QTL,其中种皮光泽（LG5）和种皮色（LG4）QTL位点的表型贡献率分别是61.0%和69.7%。结合KEGG和SNP变异分析,发现18个与农艺性状有关的候选基因。本研究结果将有助于提升绿豆分子遗传学研究水平,为新基因发掘及分子标记辅助育种奠定基础。     

玉米子粒中锌及铁铜锰含量的遗传及QTL分析

分别利用三交组合DH8×登海40和DH86×沈137创建F1代DH群体A和群体B,比较2个不同遗传背景下DH群体子粒中锌及铁铜锰含量的变化,并对2个供试群体2年间的试验结果进行了QTL分析。发现玉米子粒中锌及铁铜锰的含量在不同个体间、不同年份间受环境影响比较大,且表现不稳定;群体内呈现连续性数量性状变化,服从于正态分布。对群体A2年子粒中锌及铁铜锰含量进行QTL定位,结果2007年检测到了5个与这些性状有关的QTL,可解释的遗传变异范围为9.41%~43.67%;2008年检测到9个QTL,可解释的遗传变异范围为11.21%~42.96%。2年间末检测到相同的QTL位点。对群体B进行QTL定位,2年间检测到18个QTL位点,分布于除第5染色体以外的其余9条染色体上。其中,2007年检测到12个QTL,2008年获得6个QTL,相同的QTL为2个,控制锌含量的1个位点位于第3染色体的p-umc1399-p-bnlg1605区段,控制铜含量的1个位点位于第2染色体的bnlg1746区段。     

玉米子粒中锌及铁铜锰含量的遗传及QLT分析

分别利用三交组合DH8×登海40和DH86×沈137创建F1代DH群体A和群体B,比较2个不同遗传背景下DH群体子粒中锌及铁铜锰含量的变化,并对2个供试群体2年间的试验结果进行了QTL分析。发现玉米子粒中锌及铁铜锰的含量在不同个体间、不同年份间受环境影响比较大,且表现不稳定;群体内呈现连续性数量性状变化,服从于正态分布。对群体A2年子粒中锌及铁铜锰含量进行QTL定位,结果2007年检测到了5个与这些性状有关的QTL,可解释的遗传变异范围为9.41%~43.67%;2008年检测到9个QTL,可解释的遗传变异范围为11.21%~42.96%。2年间末检测到相同的QTL位点。对群体B进行QTL定位,2年间检测到18个QTL位点,分布于除第5染色体以外的其余9条染色体上。其中,2007年检测到12个QTL,2008年获得6个QTL,相同的QTL为2个,控制锌含量的1个位点位于第3染色体的p-umc1399-p-bnlg1605区段,控制铜含量的1个位点位于第2染色体的bnlg1746区段。     

基于分离亚群体QTL定位的模拟研究

在数量性状QTL的精细定位中, 通过数量性状目标QTL的近等基因系可构建分离群体。在目标QTL效应较大的情况下, 数量性状表型值可反映目标QTL的基因型。若目标QTL附近的标记密度大时, 大样本才能定位该QTL。但是, 这增加了试验费用。为节约试验经费, 若只利用QTL纯合隐性基因型植株的分子标记信息, 也可比较准确地定位该QTL。利用极大似然法, 分别推导出F2、BC、DH以及RIL群体中重组率及其标准误的估计公式。Monte Carlo模拟研究表明, 基于定位群体中全部数据或隐性纯合基因型数据所获得的重组率估计值是一致的, 且在相同样本容量条件下, 二者精度相当。     

不同QTL增效基因初始频率下标记辅助选择的效果

采用随机模拟方法模拟了在一个闭锁群体内连续对单个性状选择10个世代的情形。在假定选择性状受一个位于常染色体上的QTL和多基因共同控制的情况下,采用动物模型标记辅助最佳线性无偏预测方法估计个体育种值并据此进行种畜的选留,并在此基础上系统地比较了QTL增效基因初始频率对标记辅助选择效果的影响。结果表明：当群体中QTL增效基因的初始频率较低时,选择所获得的QTL基因型值的进展会更大,标记辅助选择在单位时间内可获得较大的遗传进展;此时,尽管QTL增效基因在群体中固定所需的世代数会更长一些,但其频率上升的速度却更快。而QTL增效基因初始频率的高低对群体近交增量的影响不是很大。     

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。     

谷子SSR分子图谱的构建及主要农艺性状QTL定位

试验拟对谷子重要农艺性状进行数量性状位点QTL分析。以表型差异较大的沈3/晋谷20F2作图群体为材料,观测其株高、穗长等性状,选用SSR做分子标记,利用完备区间作图法(BASTEN C J)进行QTL分析。结果显示,表型数据在作图群体中呈现连续分布,表现为多基因控制的数量性状,被整合的54个SSR标记构建10个连锁群,LOD阈值设置为2.0,检测到与株高相关的主效QTL2个,联合贡献率45.9637%,穗长主效QTL1个,贡献率14.9647%,与穗重、粒重相关的主效QTL为同一位点,贡献率分别为11.9601%和10.1879%。有6组QTL位点之间存在基因互作效应,大小范围为-0.4986-16.6407,对性状的贡献率在2.2716％至6.7478％之间。谷子表型控制复杂,相关QTL的检测受环境影响较大,不同连锁群QTL间互作明显。     

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。     

淹水和干旱条件下水稻根系形成的QTLs及候选基因分析

为了研究不同水分条件下组成型根系性状和适应性根系性状的遗传机制,利用由IR64／Azucena发展的双单倍体（DH）群体分析了淹水和干旱条件下水稻幼苗种子根长（SRL）、不定根数（ARN）、总根干重（RW）及其对应的相对参数（干旱和淹水条件下根系性状的比值）的QTLs。淹水与干旱条件下检测到一个共同的种子根长QTL和一个共同的总根干重QTL。同时对前人发表的遗传群体定位的根系性状QTLs进行比较分析,检测到几个共同的根系性状QTLs。对与细胞伸长、分裂相关的候选基因进行了定位,其中4个细胞壁相关的ESTs（OsEXP2,OsEXP4,EXT和Xet）被定位在与不同水分条件下检测出的根系性状QTLs的相同区间。     

性状遗传力与QTL方差对标记辅助选择效果的影响

在采用动物模型标记辅助最佳线性无偏预测方法对个体育种值进行估计的基础上,模拟了在一个闭锁群体内连续对单个性状选择10个世代的情形,并系统地比较了性状遗传力和QTL方差对标记辅助选择所获得的遗传进展、QTL增效基因频率和群体近交系数变化的影响。结果表明：在对高遗传力和QTL方差较小的性状实施标记辅助选择时,可望获得更大的遗传进展;遗传力越高,QTL方差越大,则QTL增效基因频率的上升速度越快;遗传力较高时,群体近交系数上升的速度较为缓慢,而QTL方差对群体近交系数上升速度的影响则不甚明显。结合前人关于标记辅助选择相对效率的研究结果,可以认为：当选择性状的遗传力和QTL方差为中等水平时,标记辅助选择可望获得理想的效果。     

玉米叶夹角形成的遗传基础与分子机制解析*

玉米产量取决于植株捕获光能和固定CO₂合成有机化合物的效率。叶夹角是株型重要性状之一,较小叶夹角有利于提高玉米植株光合作用效率和种植密度,因而有利于提高玉米产量。研究表明玉米叶夹角为多基因控制的复杂数量性状,其遗传力较高,主要受基因的加性效应调控。目前,利用数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已鉴定数百个玉米叶夹角相关QTL;结合突变体分析等方法,已克隆数十个调控叶夹角关键基因,这为了解玉米叶夹角遗传机制提供了重要参考。由于前人研究所采用群体、分析方法及参考基因组版本不同,各研究之间所鉴定QTL差异较大,因此无法客观揭示叶夹角性状的遗传规律。为此,通过总结前人所定位叶夹角相关QTL和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点并构建一致性图谱,鉴定出叶夹角性状定位热点区间,并对调控叶夹角的已知基因进行功能分类。这不仅为了解玉米叶夹角的遗传结构、推动叶夹角相关重要基因克隆提供数据支撑,也对进一步开发叶夹角相关分子标记,指导玉米分子育种和提高玉米产量提供有益指导。     

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。     

高粱子粒单宁含量和颜色QTL分析

高粱在我国酿酒行业和农业结构调整中均有重要作用。子粒单宁含量和粒色是高粱两个重要的品质性状,但有关高粱子粒单宁和粒色分子遗传的报道还较少。本研究用白粒低单宁的BTx623与浅粉高单宁Rio两个品种为亲本,构建了含325个株系的重组自交系基因定位群体,开展高粱子粒单宁和粒色基因定位研究。筛选出118个SSR标记和8个INDEL亲本多态性标记用于定位群体株系的基因型检测,结合亲本和定位群体子粒单宁和粒色2年测定数据,采用QTL Ici Mapping 4.1软件中的完备区间作图法,对高粱子粒单宁和粒色2个性状进行QTL定位,共检测到3个与单宁含量相关和6个粒色相关的QTL位点。与单宁含量相关的QTL qTan4-1即为已克隆的Sb04g031730,另外检测到新的qTan1-1(txp11~txp279,贡献率1.29%)和qTan2-1(txp298~SB1292,贡献率1.28%),但2014年未检测到。控制粒色的6个QTL中,qGC1-1(贡献率1.00%和12.03%)在txp11~txp279之间;qGC1-2(贡献率2.64%和16.96%)在txp43~txp11之间;qGC1-3(2014年贡献率22.81%)在1d1A3~sam44127标记之间;qGC2-1(2014年贡献率1.00%)在txp72~txp298之间;qGC2-2(贡献率1.19%和3.66%)在txp298~SB1292之间;qGC6-1(2015年贡献率15.08%)在txp57~sam43683之间。本研究为高粱子粒单宁和粒色2个性状的精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择研究奠定了基础。     

水稻对叶瘟和穗瘟部分抗性的遗传分析

在一个水稻籼籼交重组自交系群体中,选用由感病株系构成的2个亚群体和2个不同的稻瘟病菌小种,进行了水稻对叶瘟部分抗性的QTL定位,还选用由感病而且抽穗期相近的株系构成的亚群体和另一个病菌小种,进行了水稻对穗瘟部分抗性的QTL定位,将病叶面积百分比(DLA)、病斑大小(LS)和病斑数(LN)作为对叶瘟部分抗性的性状,将病斑长度(LL)和孢子量(CA)作为对穗瘟部分抗性的性状。所构建的图谱包含168个标记。应用QTLMapper 1．01b,共检测到11个表现主效应的QTL和28对双因子互作,有3个表现主效应的QTL参与对同一性状的互作。QTL的主效应对单一性状的贡献率为4．7％～38．8％,而上位性效应对单一性状的贡献率为16．0％～51．7％,QTL的主效应对大多数性状的贡献率小于互作效应,表明互作效应对于部分抗性的重要作用。对穗瘟部分抗性的两个性状LL和CA,所检测到QTL总效应的贡献率分别达到70．6％和82．6％,表明由排除了主效抗病基因的感病株系组成的亚群体适合于进行部分抗性QTL定位。     

作物数量性状基因研究进展

分子生物技术的发展对作物数量性状基因（QTL）研究提供了条件,不同的定位群体各有其特点,相继出现的QTL定位也逐步完善。大量的研究揭示了QTL的基本特征,剖析了重要农艺4性状的遗传基础,给作物遗传改良带来了新的策略,不断深入的研究已经完成了特定的QTL的精细定位和克隆。本从QTL的定位群体,定位方法,研究现状,精细定位与克隆,以及QTL利用等方面对作物数量性状基因的研究进行了综述。     

水稻QTL分析的研究进展

水稻许多重要的性状是由多基因控制的数量性状,经典的数量遗传学只能把数量性状作为一个整体进行研究。近年来．高密度分子标记连锁图的构建和有效的生物统计学方法的发展使人们对数量性状遗传基础的研究出现了革命性的变化。通过对不同群体内的个体或品系的分子标记基因型和表型数据的共分离分析,能对QTL进行检测和定位。本文对QTL定位的原理和方法进行了介绍,从QTL的数目和效应、上位性效应、QTL基因型与环境的互作、相关性状的QTL以及个体发育不同阶段的QTL等方面对水稻QTL分析的研究进展进行了综述。水稻基因组测序计划已经完成,本文还对基因组时代水稻QTL精细定位和克隆的方法进行了探讨,对QTL分析在水稻育种中的应用前景进行了展望。