玉米雌穗性状遗传分析与形成机制*

雌穗是玉米重要的生殖器官,雌穗发育决定成熟果穗大小及单穗粒重,进而直接影响玉米产量。雌穗性状主要包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗重、单穗粒重等,均为多基因控制的数量遗传性状,且其遗传结构各不相同。解析雌穗性状的遗传基础,优化雌穗结构,是玉米增产的重要途径。前人通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法,已经鉴定出较多雌穗性状相关的遗传位点,但是目前已鉴定功能的基因较少,所建立的遗传位点一致性图谱并不完整,因此难以全面揭示雌穗性状遗传结构。通过综合前人雌穗性状遗传定位进展,现将已鉴定QTL位点和显著关联SNP整合至玉米B73参考基因组V4版本,并鉴定出雌穗性状定位热点区间,对深入解析雌穗性状遗传结构、指导雌穗性状基因克隆和理解雌穗发育分子机制均具有重要意义。     

玉米穗部性状的多世代联合遗传分析

以玉米自交系095和L26为亲本,通过对P1、P2、F1、F2、B1、B26个基本世代联合分析,研究了秃尖长、穗行数、穗粗、千粒重、穗重、单株产量等穗粒性状的遗传模型。结果表明:穗行数、穗重、单株产量的最适模型为D-2模型,即1对加性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型;穗粗、千粒重的最佳模型为B-1模型,符合两对基因加性-显性-上位性模型;秃尖长的最佳模型为E-3,符合两对加性主基因+加性-显性多基因模型。本研究利用主基因与多基因混合遗传模型分析方法对玉米穗部性状进行遗传分析,有助于阐明玉米穗部性状的遗传规律。     

玉米雄穗性状遗传结构与形成分子机制*

玉米为雌雄同株异花植物,其雄穗着生于植株顶部,雌穗腋生。雄穗一方面需产生足量花粉以保证雌穗授粉结实,另一方面由于对下部叶片的遮蔽作用和自身营养需求,其生长发育会同时影响叶片光合作用效率和能量分配,因此优化雄穗结构是提高玉米产量的重要措施之一。玉米雄穗性状包括雄穗分枝数、雄穗分枝长度、雄穗主轴长度、雄穗分枝总长度、雄穗分枝角度等,均为多基因控制的数量性状。自20世纪90年代,研究者开始利用数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位方法解析玉米雄穗性状遗传结构;随着玉米自交系B73等参考基因组释放,以及DNA微阵列、基因组重测序等高通量基因分型技术的日益成熟,全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)成为数量性状遗传研究的主流方法,目前已鉴定出大量玉米雄穗性状遗传位点。通过总结雄穗性状遗传定位研究结果,构建一致性图谱并挖掘定位热点区间,有助于进一步了解雄穗性状遗传结构特征及指导雄穗性状候选基因克隆。此外,通过对调控雄穗发育的已知基因进行功能分类,可为解析玉米雄穗发育的遗传网络和调控通路提供理论支撑。     

玉米穗部性状及其一般配合力的关联分析

穗部性状是影响玉米产量的重要性状,一般配合力是评价玉米自交系利用价值的重要指标。为解析穗部性状及其一般配合力的遗传基础,本研究对248份玉米自交系组成的自然群体和以其中100份自交系为母本按照NCⅡ遗传交配设计与4个测验种(Mo17、昌7-2、E28和郑58)组配的400份F1杂交组合的穗部性状进行研究,并利用分布于全基因组的83057个SNP标记进行穗部性状及其一般配合力的关联分析。结果表明,穗长、穗粗2个穗部性状基因型间、环境间差异达极显著水平,其广义遗传率分别为81.22%和87.70%。母本间、父本间及不同杂交组合间穗长、穗粗差异均达极显著水平,在基因型方差中特殊配合力贡献率较大。利用2年2点4个环境下的数据分别进行关联分析,检测到34个性状SNP关联,利用BLUP值检测到7个性状SNP关联。这些性状SNP关联可解释的表型变异为0.01%～19.42%,其中有5个性状SNP关联的表型贡献率大于10%,未检测到穗部性状本身与一般配合力性状的相同SNP位点。基于该群体的LD衰减距离在显著关联SNP位点上下游各120 kb范围内进行候选基因搜索,共发现158个候选基因,推测可能的候选基因涉及泛素代谢相关基因(GRMZM2G360374、GRMZM2G049568、GRMZM2G178120),β半乳糖苷酶(GRMZM2G178106),丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(GRMZM2G127050),赖氨酸和组氨酸特异性转运体(GRMZM2G116004)。研究结果为解析玉米穗长和穗粗及其一般配合力的遗传基础和分子辅助选择育种提供了参考。     

玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制*

株高和穗位高是玉米重要育种性状,直接影响植株的养分利用效率及抗倒伏性,进而影响玉米产量。玉米株高和穗位高属于典型数量性状,目前通过数量性状位点(quantitative trait loci mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已挖掘到较多相关遗传位点,通过QTL精细定位及利用突变体克隆了一些调控株高和穗位高关键基因。但是由于各研究组所利用的群体类型和大小、标记类型和密度以及统计方法不同,所鉴定QTL差异较大,单个研究难以揭示玉米株高和穗位高遗传结构。早期QTL定位的结果多以遗传距离来展示,不同时期GWAS研究所使用参考基因组版本不同,这进一步增加了借鉴和利用前人研究结果的难度。首次将目前已鉴定株高和穗位高遗传定位信息统一锚定至玉米自交系B73参考基因组V4版本,构建了株高和穗位高性状定位的一致性图谱,并鉴定出可被多个独立研究定位的热点区间。进一步对已克隆玉米株高和穗位高调控基因进行总结与分类,揭示株高和穗位高性状调控机制,对深度解析株高和穗位高遗传结构、指导基因克隆和利用分子标记辅助选择优化玉米株高和穗位高性状均具有重要意义。     

我国不同年代玉米自交系茎秆性状演替规律

茎秆是玉米植株重要的组成部分,与植株倒伏、籽粒产量密切相关.研究我国玉米茎秆性状变化趋势,探讨不同年代茎秆性状演变规律,为我国玉米抗倒伏及高产品种选育提供参考.本研究以20世纪60-90年代65个代表性玉米自交系为材料,调查植株茎高、穗位高、茎节数、穗位节、茎粗、茎秆含水量、茎秆含糖量7个茎秆性状,及其衍生的穗位系数(...     

玉米穗腐病抗性鉴定、遗传分析与分子机制*

玉米是我国主要农作物之一,其产量占全国谷物总产量三分之一左右,在国民生活中发挥了重要作用。玉米生长过程中受多种病害侵扰,其中穗腐病是一种由真菌导致的常见病害,目前已鉴定出40余种可诱发玉米穗腐病的病原菌。穗腐病不仅可造成玉米产量损失也导致籽粒品质严重下降,病原微生物所产生次生毒素更是危及人畜安全。目前穗腐病防治以化学方法为主,但是因此所造成的种植成本增加和环境污染问题日益突出,选育抗性品种成为防控玉米穗腐病最经济和安全有效的方法。玉米穗腐病抗性属于典型数量性状,国内外已有多个研究组通过建立玉米穗腐病抗性研究体系,开展玉米群体大规模穗腐病抗性鉴定工作,并筛选出一批抗病材料,这为玉米穗腐病抗性遗传改良奠定了材料基础。利用数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法在玉米 1~10号染色体均检测到显著相关位点。尽管如此,玉米穗腐病抗性研究成果应用于生产的实例较少,生产上仍然缺乏综合性状优良且高抗穗腐病的玉米品种。这一方面是由于玉米穗腐病抗性遗传机制十分复杂、抗性基因克隆工作进展缓慢;另一方面为缺乏对玉米穗腐病抗性遗传研究进展进行系统总结,未有效开发分子标记用于分子育种所致。通过综述玉米穗腐病抗性遗传研究进展,汇总已定位QTL位点和显著关联SNP,构建一致性图谱和鉴定出定位热点区间,并进一步对比分析定位区间候选基因特征和转录组、代谢组研究进展,对促进玉米穗腐病抗性机制研究和玉米抗性育种均具有重要意义。     

玉米千粒重的结构方程模型分析与研究

本文以中国作物网提供的黄淮海玉米种植区的880条玉米数据为研究对象,利用结构方程模型对影响玉米千粒重的内在因素进行分析.研究结果表明穗粗和株高性状对千粒重的影响最大,路径系数分别达到0.42、0.41;生育日数通过株高性状对千粒重的间接影响大于生育日数对千粒重的直接影响;另外,穗粗对穗长、穗行数也有直接影响,路径系数均为0.34,且均达到显著水平.本研究可以表明结构方程模型在探究作物产量构成因素以及各因素间相互关系,尤其是因果关系方面有重要的应用前景,可以为玉米品种的选育提供指导依据.     

小麦-冰草衍生系3228主要产量性状的遗传分析

为了探讨小麦-冰草(Agropyron cristatum)衍生系3228的多粒(66～82粒/穗)特性在育种中的可利用性,本研究以3228与黄淮冬麦区5个主栽品种进行杂交,并将其杂种F_1分别种植于北京、陕西和四川,采用MINQUE(1)统计方法及AD模型对主要产量性状进行了遗传分析。在研究的6个产量性状中,均存在极显著的加性方差比率,普通广义遗传率在产量性状的遗传中所占比例较大,所有性状的遗传均存在加性和环境的互作。特别值得指出的是,3228在穗粒数方面具有极显著的加性和显性效应,在穗长、小穗数方面也具有极显著的加性效应,说明利用该种质对于提高小麦的穗粒数具有重要作用。     

不同遗传背景下杂交籼稻功能叶与产量构成因素的相关

为明确水稻功能叶与产量构成因素间的相关性,以不同遗传背景下籼稻的10个不育系和16个恢复系为亲本,按照NCII设计配制两套双列杂交组合,对水稻12个功能叶性状与8个产量性状构成因素进行了相关分析,结果表明：3片功能叶叶长与叶面积、剑叶宽、倒2叶宽等性状之间均存在极显著正相关,功能叶夹角之间也存在极显著正相关,但不同遗传背景对夹角性状与9个形态性状之间的相关性则存在明显差异,在第一套组合中,其相关系数均为负值,且相关均不显著;而第二套组合则相反。8个产量构成因素中,单株穗数与平均穗长、着粒密度、穗实粒数以及穗着粒数之间存在极显著负相关,平均穗长与穗着粒数、结实率与单株产量呈显著或极显著正相关,遗传背景对产量组成上有较大影响,在第一套组合中单株产量主要由结实率、单株穗数以及穗实粒数等性状决定,而在第二套中则主要由穗实粒数和结实率等性状决定。在功能叶与产量构成因素的相关中,功能叶叶长、叶面积、剑叶宽、倒2叶宽与着粒密度、穗实粒数以及穗着粒数等3个性状之间存在显著或极显著正相关。12个水稻功能叶性状与8个产量构成因素之间的主成分分析表明,在不同的遗传背景下,产量构成因素均主要受叶面积和叶夹角影响,两种不同遗传背景中其累积贡献率分别为69.8%和84.0%。     

粳稻穗角与谷粒性状的相关性及谷粒性状遗传分析

粳稻穗角小的品种产量高而品质差。谷粒性状与产量和品质都有关联。为培育产量与品质相协调的品种提供相关遗传信息, 测定了粳稻直立穗品种丙8979和弯曲穗品种C堡及其重组自交系349个株系的穗角和7个谷粒性状, 分析了穗角与谷粒性状之间的相关性, 并运用主基因+多基因混合遗传模型, 对7个谷粒性状进行了遗传分析。结果表明, 穗角与粒厚、长厚比和宽厚比均无显著相关, 而与千粒重、粒长、粒宽和长宽比均呈极显著正相关。7个谷粒性状均受2对主基因+多基因控制, 2对主基因的作用方式因性状而异。千粒重、粒长、长厚比和宽厚比4个性状以主基因遗传为主; 粒宽、粒厚和长宽比3个性状以多基因遗传为主。     

粳稻穗角与谷粒性状的相关性及谷粒性状遗传分析

粳稻穗角小的品种产量高而品质差。谷粒性状与产量和品质都有关联。为培育产量与品质相协调的品种提供相关遗传信息,测定了粳稻直立穗品种丙8979和弯曲穗品种C堡及其重组自交系349个株系的穗角和7个谷粒性状,分析了穗角与谷粒性状之间的相关性,并运用主基因+多基因混合遗传模型,对7个谷粒性状进行了遗传分析。结果表明,穗角与粒厚、长厚比和宽厚比均无显著相关,而与千粒重、粒长、粒宽和长宽比均呈极显著正相关。7个谷粒性状均受2对主基因+多基因控制,2对主基因的作用方式因性状而异。千粒重、粒长、长厚比和宽厚比4个性状以主基因遗传为主;粒宽、粒厚和长宽比3个性状以多基因遗传为主。     

抗虫抗除草剂转基因玉米HiII-NGc-1的遗传稳定性分析

目的基因和目标性状遗传稳定性是转基因植物新品种选育和产业化的重要前提。以进入农业部环境释放的抗虫抗除草剂双价转基因玉米Hi II-NGc-1为试验材料,采用PCR、RT-PCR和免疫试纸条技术检测转基因玉米连续3代目的基因cry NGc和bar整合及表达的遗传稳定性,采用心叶期除草剂草铵膦抗性鉴定和心叶期/穗期亚洲玉米螟抗性鉴定实验详细分析了目标性状的遗传稳定性。研究结果表明:Cry NGc和PAT蛋白在Hi II-NGc-1中连续3代遗传稳定,高世代稳定耐受正常5倍大田除草剂草铵膦使用浓度,心叶期和穗期高抗亚洲玉米螟性状稳定,具有潜在的产业化应用价值。转基因玉米Hi II-NGc-1目的基因和目标性状遗传稳定性的明确为开展下一步生物安全评价奠定了基础,对复合性状转基因抗虫抗除草剂玉米新品种的选育和产业化具有重要意义。     

中国重要玉米自交系种质资源子粒性状特征分析

玉米子粒性状是决定玉米产量的重要因素。为了解析中国重要玉米种质资源子粒性状的遗传变异基础,本研究以具有广泛遗传多样性的627份重要玉米自交系为材料,运用相关分析与逐步回归的方法,探讨了我国玉米自交系种质资源的子粒性状特征。结果表明,百粒体积与百粒重存在极显著正相关。逐步回归分析表明,百粒体积对百粒重表型变异的贡献高达78%。针对不同杂种优势群的子粒性状特征分析表明,粒宽对百粒体积的贡献率在瑞德、旅大红骨、兰卡斯特和P群中均为最大,贡献率在54%~71%之间。而在塘四平头类群中,粒厚和粒长的贡献率分别为45%和22%。该研究旨在为利用不同类型种质资源开展子粒性状遗传解析提供参考和依据。     

不同遗传背景下杂交籼稻功能叶与产量构成因素的相关性

为明确水稻功能叶与产量构成因素间的相关性,以不同遗传背景下籼稻的10个不育系和16个恢复系为亲本,按照NCII设计配制两套双列杂交组合,对水稻12个功能叶性状与8个产量性状构成因素进行了相关分析,结果表明：3片功能叶叶长与叶面积、剑叶宽、倒2叶宽等性状之间均存在极显著正相关,功能叶夹角之间也存在极显著正相关,但不同遗传背景对夹角性状与9个形态性状之间的相关性则存在明显差异,在第1套组合中,其相关系数均为负值,且相关均不显著;而第2套组合则相反。8个产量构成因素中,单株穗数与平均穗长、着粒密度、穗实粒数以及穗着粒数之间存在极显著负相关,平均穗长与穗着粒数、结实率与单株产量呈显著或极显著正相关,遗传背景对产量组成上有较大影响,在第1套组合中单株产量主要由结实率、单株穗数以及穗实粒数等性状决定,而在第2套中则主要由穗实粒数和结实率等性状决定。在功能叶与产量构成因素的相关中,叶长、叶面积、剑叶宽、倒2叶宽与着粒密度、穗实粒数以及穗着粒教等3个性状之间存在显著或极显著正相关。12个水稻功能叶性状与8个产量构成因素之间的主成分分析表明,在不同的遗传背景下,产量构成因素均主要受叶面积和叶夹角影响,两种不同遗传背景中其累积贡献率分别为69．8％和84．0％。     

玉米株型对遗传增益的影响

在相同条件下,以黄淮夏玉米区60-90年代10个玉米单交种为样本,研究了玉米产量遗传增益及株型性状的改良趋势。结果表明:(1)玉米单交种产量的遗传增益为68.98%;(2)6个株型性状的遗传改良效应依次为:叶向值>叶角>穗位高>穗位/株高>株高>单株叶面积;(3)叶向值、穗位高的显著改良提高了玉米的耐密、耐肥和抗倒伏等群体适应性,而影响单株籽粒产量的单株叶面积和株高等性状的遗传改良进展不大。 Abstract:Experiments in 1994 and 1995 were conducted to inrestigate the effects of hybrid maize on grain production in Huang Huaisummer maize area and the improvement trend in plant-type traits.The value of genetic gain of hybrid on grain production was 68.98 percent from 1963 to 1989.The effects of genetic gain on six plant-type traits showed as follows:leaf direction>leaf angle>height of ear-seat>ratio of ear-seat to plant height>plant height>leaf area.The significant improvements of leaf direction and height of ear-seat may enhance the tolerance capacity of hybrid maize to closely planting,high fertilization and plant-lodging.The progress,however,in improving leaf area and plant height for increasing grain production was not significant.In this article,the scheme on maize improvement in China is briefly discussed.     

基于高通量测序的长穗偃麦草功能分子标记发掘和分析

长穗偃麦草是小麦重要的近源物种,含有丰富的抗逆基因,广泛地应用于小麦的遗传改良育种。本研究利用高通量测序,获得长穗偃麦草的转录组测序信息,利用比较基因组学方法研究其与小麦、水稻和玉米等作物的遗传关系,评估它们之间的亲缘关系。同时,将长穗偃麦草的高通量序列比对到小麦基因,利用软件Freebayes和SAMtools/Bcftools发掘功能基因的变异位点,并对这些含有变异位点的功能基因进行注释分析,揭示长穗偃麦草优异性状形成的分子机制,这将为长穗偃麦草优异基因资源的开发和应用奠定重要基础。     

我国玉米自交系茎秆性状多样性分析

研究我国玉米自交系茎秆性状特征及其多样性,是培育宜机收玉米品种的重要前提。本研究以兰卡斯特、PB、四平头、旅大红骨和瑞德五大主要类群70份主要玉米自交系为材料,调查12个茎秆相关性状(茎高、穗位高、穗位系数、茎节数、穗位节、穗节系数、穗茎长、穗茎粗、茎鲜重、茎干重、含糖量和含水量),分析性状相关性和类群多样性。结果表明,我国地方种质四平头和旅大红骨茎秆性状表型变异丰富;灌浆期玉米茎秆含水量比较稳定;玉米植株高度与茎节长度显著相关;玉米雌、雄穗节之间的节间数比较恒定;玉米茎秆含糖量与茎节长度、茎粗、果穗着生位置有关;有效降低穗位高度应从降低果穗着生节入手;类群茎秆特征鲜明:兰卡斯特茎节较少,瑞德茎秆较粗,PB茎秆较细,旅大红骨茎秆较粗、茎节较短,四平头植株较矮、茎秆含糖量较低、干物质含量较低;兰卡斯特×四平头和兰卡斯特×PB类群间存在较强的生物量及籽粒产量杂种优势;挖掘和利用茎节较长、穗位较低的玉米地方种质是我国宜机收玉米育种的技术途径。本研究结果对玉米育种具有重要指导意义。     

水稻穗异常突变体tutou4的鉴定及基因定位

水稻穗异常退化现象在水稻的生长发育过程中经常发生.穗部退化可引起穗长、枝梗数、每穗粒数和结实率下降,影响单株产量.穗退化性状因其遗传基础复杂、受环境和生理因素影响较大,其分子机制及其遗传网络仍知之甚少.tutou4是一个来自于组织培养的稳异常退化突变体,该突变体表现为穗部部分颖花退化,每穗粒数和枝梗数减少,单株产量降低...     

水稻轮回选择群体XTBG-HP1表型遗传多样性分析

该研究基于4个陆稻群体及172个水稻品种或杂交组合,构建了水稻多亲本隐性核不育轮回选择群体XTBG-HP1,并经过4次轮回重组,采用16个表型性状对其进行了遗传多样性分析。结果表明:(1)该群体14个数量性状符合正态分布,各表型均存在极端性状个体。(2)数量性状变异系数范围为0.08～0.41,均值为0.20; Shannon-Wiener多样性指数范围为0.72～1.92,均值为1.50。(3)群体在株型与产量构成因子性状方面有显著的相关性,对株型的选择可以实现产量性状的改良。(4)剑叶长、每穗粒总数、千粒重、穗长、粒长、一次枝梗数、有效穗数、剑叶宽、二次枝梗数、抽穗期10个性状可作为群体综合评价指标。(5)剑叶长、二次枝梗数、每穗粒总数3个表型性状具有较高的遗传变异、丰富的遗传多样性及与综合得分F值相关系数较高。综合以上结果发现,后期群体进行基因挖掘、品种改良以及优良育种材料的选育可以基于剑叶长、二次枝梗数及每穗粒总数3个表型性状,同时要充分利用群体株型与产量构成因子性状间的显著相关性。此外,该研究群体中极端单性状或综合得分F值较高的个体,可进一步用于品种选育。