水稻籽粒砷、铜、铁、汞、锌含量QTL挖掘及候选基因分析

水稻是关键的粮食作物,金属污染是影响水稻产量和品质的重要因素.挖掘与水稻籽粒金属含量积累相关的数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL),并分析其候选基因,再通过遗传育种手段提高水稻耐金属离子胁迫的能力,可有效减少土壤金属污染所造成的损失.本研究以粳稻品种热研(Nekken)为母本,籼稻品种华占(HZ)为父本,杂交获得F1代后,连续自交多代,得到的120个重组自交系(recombination inbred line, RIL)群体为实验材料.在相同且适宜的条件下培养,常规管理,在成熟期对各株系水稻籽粒内的金属离子含量进行测定.利用该RIL群体构建遗传图谱,对水稻耐金属离子胁迫的QTL进行定位分析,结果共检测到9个水稻金属离子含量QTL.其中包含1个与Cu、Hg积累相关的多效QTL; 3个与As积累相关的QTLs; 2个与Fe积累相关的QTLs,其中一个的likelihood of odd(LOD)值高达5.53; 2个与Zn积累相关的QTLs,其中一个的LOD值高达7.29.对这些QTLs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_Os01g14440, LOC_Os01g18584, LOC_Os01g20160, LOC_Os04g34600这4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结果,本团队推测, LOC_Os01g14440, LOC_Os01g18584, LOC_Os01g20160的高表达可能会极大提高水稻对Zn离子胁迫的吸收和耐受能力,而LOC_Os04g34600的高表达可能增加水稻对Fe胁迫的吸收和耐受能力.通过本次QTL的挖掘和分析发现,这些基因与水稻籽粒的金属离子积累有关,可能会影响水稻耐金属离子胁迫的能力,为进一步培育和筛选耐金属离子胁迫的水稻品种创造了条件.     

全球水稻分子育种核心种质资源耐低钾品种的苗期筛选

以全球水稻分子育种计划提供的117份核心种质资源为供试材料,进行苗期水培试验,比较两种不同K 浓度处理下的苗期根茎性状表现.结果表明:两种处理条件下,品种间存在显著差异;以发根数、总根长、苗高、地下部干重、地上部干重等5个性状相对指数的平均值构成品种的综合指数,作为筛选耐低钾品种的评判标准,结合稻苗生长情况,从117份核心种质资源中筛选出9个耐低钾品种和32个较耐低钾品种.     

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。     

利用两种方法构建的近等基因系对水稻两个多效区段遗传效应进行评价

水稻每穗颖花数是水稻产量的重要构成因子之一。适当的抽穗期和株高对水稻高产是非常必要的。依据珍汕97和HR5衍生的重组自交系初步定位的结果, 利用高世代回交的方法构建了第7染色体同时控制抽穗期、株高和每穗颖花数的靶区段近等基因系(BC4F2); 利用基于重组自交系群体的杂合区段自交的方法构建了第8染色体同时控制抽穗期、株高和每穗颖花数的靶区段近等基因系, 并利用两个近等基因系对这两个多效区段的遗传效应进行了准确的评价。两个近等基因系的QTL分析结果表明, 3个性状都是由一个QTL或紧密连锁的QTL控制, 而且加性效应和显性效应的方向均相同; 同时3个性状在各自的近等基因系中呈现典型的双峰分布或不连续分布,这些结果暗示3个性状可能是一因多效的结果。文章还对抽穗期和株高与水稻产量的关系、3个性状显著正相关在育种中的应用及两种构建近等基因系方法的优缺点也进行了讨论。     

水稻RIL群体芽期耐冷性基因的分子标记定位

水稻芽期冷害是我国长江中下游的早稻种植区和东北、西北稻区及云贵高原的一季稻区水稻生产中的重要限制因子之一。研究中利用纸卷法测定1个水稻重组自交系群体对10℃低温的芽期耐冷性,结合1张高密度分子遗传图谱,进行QTL定位分析。检测到控制水稻芽期耐冷性的4个QTL,分别位于1、3、7和11号染色体上。其中,位于11号染色体上的QTL qSCT-11的效应最大,在10℃低温处理13d时,对性状的贡献率达26％～30％,被检测到的LOD值也高达16～19,其加性效应值为正,增效等位基因存在于亲本Lemont中,RM202为与QTL qSCT-11紧密连锁的SSR标记。该主效QTL的增效基因,可作为分子标记辅助选择的操作对象用于水稻芽期耐冷性的遗传改良。     

基于高密度遗传图谱的水稻萌发耐淹性QTL定位

通过对水稻萌发耐淹性进行QTL定位和稳定位点的聚合效应分析,可以为萌发耐淹性基因的精细定位及后续分子辅助育种奠定基础。本研究利用一个包含144份家系的强萌发耐淹性粳型杂草稻WR-4与籼稻品种广百香占的F2:3定位群体,基于1K m GPS SNP芯片构建了一个包含825个Bin标记的高密度遗传图谱,利用完备区间作图法共检测到10个萌发耐淹性QTL,分布于水稻第3、4、7、8、9和10染色体上,LOD值介于3.6～21.3之间,可解释3.0%～21.1%的表型变异。其中,具有较高LOD值和贡献率的2个主效QTL(q GS4-1和q GS7-1)能够被重复检测到,是后续基因克隆的候选位点。根据Bin标记分型结果将不同子代在两个稳定QTL区间内分为WR型和广百香占型,在F2:3群体中进行聚合效应分析,发现聚合增效等位基因数量越多的家系,其淹水条件下的胚芽鞘越长,这些携带多个耐性QTL的株系可为分子育种培育耐低氧萌发水稻新品种提供亲本资源。     

水稻剑叶部分形态生理特性QTL分析以及它们与产量、产量性状的关系

光合产物是水稻产量的主要来源,因此对水稻后期功能叶片尤其是剑叶形态生理性状的遗传分析对水稻高产育种很重要。利用来源于籼／粳交后代的重组自交系群体为材料对水稻剑叶形态（叶片长、宽、面积）和生理性状（叶绿度、持绿性）进行了QTL定位,并对这些性状与产量、产量性状的相关性进行了分析。两年分别定位了17、6和14个与剑叶形态性状、叶绿度和持绿性有关的QTL,其中10个QTL在两年中共同检测到。相关分析表明,较大的剑叶可以增加穗粒数并显著增加产量,然而叶绿度和持绿性与产量、产量性状无关或呈显著负相关。叶绿度与剑叶大小呈显著负相关以及籼／粳交群体后代半不育是叶绿度和持绿性与产量、产量性状无关或呈显著负相关的可能原因。染色体4上的RM255-RM349区域同时控制3个剑叶形态性状并且解释的变异也较大,该区域可用于遗传改良以提高水稻产量。染色体3上的RM422-RM565区域重叠了3个与持绿性有关的QTL,它们对产量的贡献有待于通过构建近等基因系进行深入研究。     

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。     

陆地棉早熟相关性状的QTL定位与相关基因的初步鉴定

早熟性状是棉花遗传改良的目标性状之一,鉴定棉花早熟性状QTL具有重要育种价值。以陆地棉早熟品系EM019(Early-maturity 019)和陆地棉晚熟品种鲁棉研37号（LMY37,Lumianyan 37）为亲本杂交,构建了包含312个株系的重组自交系群体（RILs,recombinant inbred lines）,采用复合区间作图法对该RIL群体在山东临清（2019,2020,2021年）、新疆轮台（2019年）4个环境条件下的开花时间、吐絮率、铃重、衣分进行QTL检测,共获得21个QTLs。其中7个与开花时间相关,加性效应在0.30～1.01之间,解释表型变异率为2.56%～17.71%;8个与吐絮率相关,加性效应在-5.81～-2.39之间,解释的表型变异率为4.66%～20.44%。这些QTLs大多成簇分布在A05、D03和D08染色体上。对D08染色体上的一个QTL簇进行相关基因鉴定,筛选出124个相关基因,结合LMY37和EM019在长日照和短日照处理下不同叶龄期的转录组数据,通过GO富集和热图分析,获得了3个可能与早熟相关的基因：GH＿D08G0636、GH＿D0...     

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.     

大豆叶绿素含量QTL定位及候选基因预测

叶绿素是调节光合作用的关键色素,对籽粒形成有着重要作用。本研究以美国半矮秆大豆Charleston为母本,东北地区主栽品种东农594为父本杂交衍生的147个重组自交系群体为材料,基于经SLAF测序获得的大豆高密度遗传图谱,利用复合区间作图法(CIM)、多重区间作图法(MIM)和完备区间作图法(ICIM)对大豆叶绿素含量进行QTL联合定位分析,并结合大豆基因组基因注释信息对QTL区段内的候选基因进行预测。利用CIM算法定位出2个QTL,表型遗传贡献率分别为6%和9.3%。利用MIM算法定位到了1个QTL,表型遗传贡献率为8.1%。利用ICIM算法定位到了1个QTL,表型遗传贡献率为7.76%。其中qchl-G-1被CIM和MIM两种算法同时检测到。在上述3个QTL区段内共含有151个基因,根据大豆基因组基因注释信息,筛选到了3个与叶绿素相关的候选基因,这些结果为叶绿素含量的遗传剖析和标记辅助育种提供理论基础,有利于分子辅助育种的发展。     

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。     

基于单片段代换系的水稻芽期耐冷QTL定位和聚合北大核心CSCD

芽期耐冷性是华南双季稻地区水稻育种的一个重要目标。虽然水稻芽期耐冷QTL的标记定位已取得了一定的进展,但是这些QTL/基因尚未在水稻育种中得到有效的应用。定位稳定表达的芽期耐冷QTL,开展QTL聚合育种是水稻芽期耐冷性育种取得突破的关键。在本研究中,利用以粳稻IR65598-112-2为供体,籼稻华粳籼74为受体构建的单片段代换系(SSSL)开展芽期耐冷QTL定位,并进行聚合育种。通过评价SSSL与受体华粳籼74的芽期耐冷性差异,定位了2个稳定的芽期耐冷QTLs(qCTBB-3和qCTBB-12)。试验表明,分别携带有耐冷QTL qCTBB-3和qCTBB-12的SSSL在冷处理后都比华粳籼74表现出更高的幼苗成活率。通过代换作图,发现在qCTBB-3区间存在2个紧密连锁的耐冷QTLs(qCTBB-3a和qCTBB-3b)。利用本研究携带qCTBB-3a/qCTBB-3b的单片段代换系和前期研究鉴定出的芽期耐冷QTL qCTBB-6的单片段代换系为亲本进行杂交,通过分子标记辅助选择,获得了2份含有这3个QTL的聚合系。耐冷性评价表明,来源于两个供体/亲本的QTL不存在显著的上位性效应,聚合系的芽期耐冷性较亲本显著增强。可见,通过聚合芽期耐冷QTLs qCTBB-3a/qCTBB-3b和qCTBB-6能显著提高水稻芽期的耐冷性,获得的QTL及三耐冷QTL聚合系为水稻芽期耐冷性分子育种提供了优良的基因资源和亲本材料。     

利用回交重组自交群体检测水稻抗褐飞虱数量性状基因座

利用由98个系组成的Nipponbare/Kasalath//Nipponbare回交重组自交系（Backcross Inbred lines,BILs）作图群体（BC1F9）,进行水稻抗褐飞虱数量性状基因座（Quantative Trait Locus,QTL）的检测和遗传效应分析。采用苗期集团鉴定方法,并以死苗率作为抗褐飞虱表型值,分析亲本和98个BILs抗褐飞虱表现。共检测到3个苗期抗褐飞虱QTL,分别位于2、10和12染色体上,各QTL的LOD值为2.01～2.33,贡献率为10.4%～16.6%,可解释群体总表型变异的39.0%。这3个数量性状基因座对褐飞虱的抗性均来自抗虫亲本Kasalath。与这些数量性状基因座连锁的分子标记可望应用于聚合多个抗性基因,培育对褐飞虱具有水平抗性水稻新品种的育种实践中。     

水稻粒长QTL定位与主效基因的遗传分析

该研究利用短粒普通野生稻矮杆突变体和长粒栽培稻品种KJ01组配杂交组合F_1,构建分离群体F_2;并对该群体粒长进行性状遗传分析,利用平均分布于水稻的12条染色体上的132对多态分子标记对该群体进行QTL定位及主效QTLs遗传分析,为进一步克隆新的主效粒长基因奠定基础,并为水稻粒形育种提供理论依据。结果表明:(1)所构建的水稻杂交组合分离群体F_2的粒长性状为多基因控制的数量性状。(2)对543株F_2分离群体进行QTL连锁分析,构建了控制水稻粒长的连锁遗传图谱,总长为1 713.94 cM,共检测出24个QTLs,只有3个表现为加性遗传效应,其余位点均表现为遗传负效应。(3)检测到的3个主效QTLs分别位于3号染色体的分子标记PSM379～RID24455、RID24455～RM15689和RM571～RM16238之间,且三者对表型的贡献率分别为54.85%、31.02%和7.62%。(4)在标记PSM379～RID24455之间已克隆到的粒长基因为该研究新发现的主效QTL位点。     

两种肥力水平下水稻苗高QTL的比较分析

利用一个来源于粳／籼交组合的水稻重组自交系群体进行盆栽试验,设正常肥力(对照CK)和低肥力(不施肥)2个处理,分别在播种后25d(时期Ⅰ)和50d(时期Ⅱ)取样测定秧苗的苗高。结合一张含有198个标记的高密度分子遗传图谱,对性状进行复合区间作图。共检测到8个水稻苗高QTL,分别位于第1、3、5、6、8和10号染色体上,各QTL对性状的贡献率为4％～12％。通过对2种肥力水平下水稻苗高QTL的比较分析,发现大多数QTL只在1种肥力水平下表达,QTL与不同肥力水平之间存在着显著的互作。唯一一个在2种肥力水平下均能稳定起作用、而且加性效应的方向一致的QTL是qSH-3-2,该QTL位于3号染色体标记区间RM156-RM16,其加性效应值为正,增效基因来自于亲本Lemont。此外,有3个QTL(qSH-1、qSH-3-3和qSH-5)在2个抽样时期均起作用,且加性效应的方向一致。对利用分子标记辅助选择改良水稻品种的耐低肥特性的育种策略进行了讨论。     

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。     

利用重组自交系进行陆地棉产量及产量构成因子性状的QTL定位

以高产陆地棉栽培品种中棉所12和8891的杂交组合湘杂棉2号为材料,采用单粒传法构建了含有180个家系的重组自交系(RILs)群体。本研究的目的是分析产量及其构成因子的相互关系并进行相应的QTL定位。重组自交系群体、两亲本和F1于2002年、2003年分别种植于南京农业大学江浦实验农场和江苏省灌云棉花基地。收获每行中间五株的籽棉并考察产量及产量构成因子性状。调查的产量及产量构成因子性状包括单株籽棉产量、单株皮棉产量、单株铃数、铃重、衣分、衣指和籽指。筛选了4,106对SSR引物和384个AFLP引物组合,分别得到127和18个多态位点;此外,2个RAPD引物、1个SRAP引物组合以及来自亲本8891的显性黄花药基因P1也被用来作为标记检测群体基因型。最终共获得149个多态位点,其中132个位点分布于26个染色体/连锁群,覆盖865.20cM,约占棉花基因组的18.57%,标记间平均距离6.55cM。利用此遗传图谱结合重组自交系群体3个环境下的产量及产量构成因子性状,应用QTLCartographer2.0的复合区间作图法进行单位点QTL定位。对各环境资料的分离分析共定位出34个QTL,而利用三环境平均值的联合分析定位出15个QTL。本研究定位的QTL可为棉花产量育种提供信息,其中衣分QTLqLP-A10-1在联合分析及分离分析下的两个环境都能检测到,可能对标记辅助选择有实际应用价值。通径分析结果表明,各产量构成因子中,铃数对皮棉产量贡献最大,这与产量构成因素性状在F1的杂种优势表现一致;因此,在棉花育种上,可优先考虑单株铃数并结合其它产量构成因素进行品种选育和杂交组合选配。     

大豆耐旱种质鉴定和相关根系性状的遗传与QTL定位

从301份黄淮海和长江中下游地区代表性大豆地方品种和育成品种(系)中按根系类型选取59份,在苗期干旱胁迫和非胁迫条件下对地上部和地下部性状进行2年重复鉴定,发现材料间性状隶属函数值具有丰富遗传变异,以株高、叶龄、根干重和茎叶干重隶属函数的算术平均数为抗旱综合指标从中筛选出汉中八月黄、晋豆14,科丰1号,圆黑豆等强耐旱型(1级)和临河大粉青、宁海晚黄豆等干旱敏感型(5级)材料。比根干重、比总根长、比根体积与耐旱隶属函数平均值均呈极显著正相关,可作为耐旱性的根系性状指标。利用“科丰1号×南农1138 2”(1级×4级)衍生的RIL群体为材料,对耐旱相关根系性状采用主基因 多基因混合遗传模型分离分析法进行遗传分析并进行QTL定位。结果表明,该两亲本间比根干重、比总根长、比根体积的遗传均为两对主基因加多基因模型,后两者主基因间有连锁(重组率分别为4.30%和1.93%);主基因遗传率为62.26%～91.81%,多基因遗传率为2.99%～24.75%;耐旱相关根系性状各主要由1对主基因控制,另1对效应较小。QTL分析检测到5、3、5个QTLs分别控制比根重、比根总长、比根体积,位于N6 C2、N8 D1b W、N11 E、N18 K连锁群上。3性状各有1个贡献率大的QTL(Dw1,Rl1,Rv1),而且均位在N6 C2的STAS8_3T STAS8_6T相同距离的区段上,其他QTLs效应均较小。分离分析与QTL定位的结果相对一致。     

籼粳稻杂交后代花时性状的QTL分析

研究典型籼稻品种‘七山占’和典型粳稻品种‘秋光’杂交衍生的重组自交系群体及其双亲的花时性状,并用该群体的分子连锁图谱进行QTL分析,共检测到6个与水稻花时性状相关的QTL,包括1个始花时QTL、3个盛花时QTL和2个终花时QTL,分别位于第1、2、7、8、10和12染色体,单个QTL的贡献率在7.08%～26.95%之间。有4个增效等位基因来源于粳型亲本‘秋光’,2个来源于籼型亲本‘七山占’。