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。     

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。     

水稻纹枯病抗性QTL分析

对灿稻窄叶青8号（ZYQ8）和粳稻京系17（JX17）以及由它们构建的加倍单倍体（DH）群体,分别在杭州和海南岛,采用注射器接种法进行纹枯病抗性鉴定,并使用该群体的分子链锁图谱进行数量性状座位（QTL）分析。共检测到4个抗纹枯病的QTL（qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7和qSBR-11）,分别位于第2、第3、第7和第11染色体。其中qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7的抗性基因由抗病亲本ZYQ8贡献,而qSBR-11的抗性基因来自感病亲本JX17。qSBR-2、qSBR-3、qSBR-7在杭州和海南岛都能检测到,而qSBR-11只在杭州检测到。在杭州的实验中,纹枯病病级与秆长和抽穗期呈显著负相关;在控制秆长和抽穗期的QTL中,控制秆长的qCL-3与qSBR-3位于同一染色体区域,其余QTL与抗纹枯病的QTL之间无连锁关系。     

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。     

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。     

水稻QTL定位研究进展

水稻的许多重要农艺性状均属于数量性状,研究水稻数量性状遗传对水稻育种具有十分重要的意义.近年来大量的研究揭示了水稻QTL的基本特征,剖析了重要农艺性状的遗传基础,给水稻遗传改良带来了新策略,不断深入的研究已经完成了水稻特定数量基因的精细定位和克隆,到目前为止已经有一万多个水稻QTL进行了定位,其中有19个进行了克隆,这对水稻育种具有十分重要的意义.本文主要综述了QTL定位的理论基础,水稻QTL定位的研究进展,并对水稻QTL研究的趋势进行了展望.     

我国农作物QTL定位研究的现状和进展

植物大多数重要的经济性状都是数量性状,研究植物数量性状遗传对植物育种具有十分重要的意义。近十几年来,分子生物学特别是分子标记技术的飞速发展,许多植物高饱和的分子连锁图谱的构建,使得我们可以更深入地进行数量性状的研究。本文综述了近年来我国在农作物数量性状遗传研究方面的进展及发展动态。列举了我国利用DNA分子标记进行数量性状QTL定位的47个实例。总结了控制数量性状的QTL的数目、类别、效应及其互作和QTL与环境间的互作关系。讨论了当前在该研究领域中存在的问题,展望了该领域的发展前景。     

绿豆5个产量相关性状的QTL分析

利用绿豆(Vigna radiata)品种苏绿16-10和潍绿11杂交构建的F2和F3群体发掘调控绿豆产量相关性状的遗传位点。同时对绿豆产量相关性状进行表型鉴定和相关性分析,并利用构建的遗传连锁图谱进行QTL定位。结果表明,单株产量与单株荚数、单荚粒数、百粒重和分枝数均呈正相关。单株产量与单株荚数的相关性最高,这2个性状在F2和F3群体中的相关系数分别为0.950和0.914。在F2群体中,共检测到8个与产量性状相关的QTL位点,其中与单株荚数、单荚粒数和单株产量相关的QTL位点各1个,分别解释11.09%(qNPP3)、17.93%(qNSP3)和14.18%(qYP3)的表型变异;2个与分枝数相关的QTL位点qBMS3和qBMS11,分别解释18.51%和7.06%的表型变异;3个与百粒重相关的QTL位点qHSW3、qHSW7和qHSW10,分别解释5.33%、46.07%和4.24%的表型变异。在F3群体中,qNSP3和qHSW7再次被检测到,表明这2个QTLs有较好的遗传稳定性。同时,开发了1个与百粒重主效QTLqHSW7紧密连锁的InDel标记R7-13.4,并利用自然群体对...     

水稻产量及其构成因子对大气CO2浓度升高响应的相关QTL初步分析

以粳稻Asominori与籼稻IR24所衍生的染色体片段置换系(CSSL)为材料,于2003年和2004年连续2年在FACE(free air CO2 enrichment,大气CO2浓度增加200μmol/mol)和正常大气CO2浓度(约370μmol/mol)下,分析了控制单株产量、有效分蘖数、每穗实粒数和千粒重的数量性状位点(QTL)。结果表明,2年共检测到36个控制产量性状的QTL,分布在除第5、10和11染色体的各条染色体上。其中,仅有位于第1染色体上靠近XNbp113标记的1个控制千粒重的QTL,在2年的FACE和对照下都被检测到,并且其加性效应均来自IR24,但其贡献率在各个年份和两CO2浓度下却表现不同。另外,36个QTL中,2个QTL(qTGW1-3QE和qFT3-3QE)被检测到具有显著的基因型×环境互作。     

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。     

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。     

Genetic Relationships Among Panicle Characteristics of Rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) Using Unconditional and Conditional QTL Analyses

Using mixed-model-based composite interval mapping and conditional statistical methods, we studied quantitative trait loci (QTLs) with epistatic effects and QTLs by environment interaction effects for rice seed set percent (SSP), filled grain number per plant (FGP), and panicle length (PL). A population of 241 recombinant inbred lines was used which was derived from a cross between “Zhenshan 97” and “Minghui 63.” Its linkage map included 221 molecular markers. Our QTL analysis detected 28, 25, and 32 QTLs for SSP, FGP, and PL, respectively. Each QTL explained 1.37%∼13.19% of the mean phenotypic variation. A comparison of conventional and conditional mapping provided information about the genetic control system involved in the synthetic process of SSP, FGP, and PL at the level of individual QTLs. Conditional QTLs with reduced (or increased) effects were identified for SSP, which were significantly influenced by FGP or PL. Some QTLs could express independently for the given traits, thereby providing possibilities for simultaneous improvement of SSR and PL, and SSR and FGP. Epistasis was more sensitive to environmental conditions than were additive effects.     

水稻红莲型CMS育性恢复QTL分析

红莲型CMS是在我国杂交水稻生产中被广泛利用的雄性不育细胞质之一。为了同时定位红莲型CMS育性恢复主效和微效QTL,利用红莲型CMS不育系粤泰A(YTA)与“Lemont／特青”RIL群体测交,结合1张含有198个DNA分子标记的高密度遗传图谱,对测交F1群体的小穗育性和花粉育性进行复合区间作图。在对YTA的育性恢复性方面,该。RIL群体的2个亲本之间具有明显差异,特青的恢复性较强,其测交F1的小穗育性和花粉育性分别为72％和51％;而Lemont测交F1的小穗育性和花粉育性分别为32％和9％。复合区间作图定位到4个育性恢复QTL,分别位于水稻第1、2和10号染色体上,单个QTL的贡献率在5％～24％之间。其中,除1个QTL的增效基因来源于Lemont外,其余3个QTL的增效基因均来源于特青。效应最大的QTL为qRF-10-1,该QTL位于10号染色体RM258-C16标记区间,对小穗育性表型变异的贡献率为24％,对花粉育性的贡献率为17％,且该QTL被检测到的LOD值显著较高,因此是1个主效QTL,其增效基因来源于特青。除了主效QTLqRF-10-1外,其它3个QTL对性状的贡献率均在10％以下(5％～8％)。由此表明,该RIL群体对红莲型CMS的育性恢复由1个主效QTL控制,并受其它几个微效QTL的影响。该QTL定位结果与小穗育性在测交F1群体中呈连续的双峰分布的结果相一致。与主效QTL qRF-10-1紧密连锁的SSR标记为RM258,该主效QTL可作为分子标记辅助育种的操作目标之一,用于杂交稻分子育种中培育红莲型CMS的强恢复系。     

玉米株高和穗位高遗传基础的QTL剖析

利用玉米强优势组合(Mo17×黄早四)自交衍生的191个F2单株构建了由SSR和AFLP标记组成的分子连锁图谱.F2进一步自交产生的184个F2:3家系用于调查株高和穗位高的表型值.采用基于混合线性模型的复合区间作图法和相应的作图软件QTLmapper/V2.0,分别定位了7个株高和6个穗位高QTL;检测到18对控制株高和13对控制穗位高的上位性效应位点;同时发现了与环境存在显著互作的6个株高和8个穗位高单位点标记区域以及4对株高和4对穗位高上位性效应区域.分析了各种遗传因素在株高和穗位高遗传基础中的相对作用大小,指出了加性、显性和上位性是玉米株高和穗位高的重要遗传基础.并对所定位的QTL的真实性、株高和穗位高的关系以及研究结果对分子育种的启示予以讨论.     

应用二种定位法比较不同世代水稻产量性状QTL的检测结果

应用珍汕97B／密阳46的F2和重组自交系（RIL）群体,建立RFLP连锁图,检测控制稻谷产量及其5个构成因子的QTL。结果表明,具有较大加性效应者,能同时在F2和RIL群体中检测到。而且,在重组自交系群体中,发现设重复的表型鉴定与基于单株的表型鉴定,对效应较高的QTL的检测影响不大。     

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。