利用RIL和CSSL群体检测水稻种子休眠性QTL

利用由梗稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合衍生的重组自交F10。家系(Recombinant Inbred Lines,RIL)群体及其衍生的染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSL)群体,进行了种子休眠性QTL的检测和遗传效应分析。其中CSSL群体有2个,即CSSLl(以Asominori为背景,置换片段来自IR24)和CSSL2(以IR24为背景,置换片段来自Asominori)。在RIL群体上共检测到3个种子休眠性QTL,分别位于第3、6和9染色体上;在CSSL1群体中检测到分布在第1、3和7染色体上的3个休眠性QTL;而在CSSl2群体上检测到的3个QTL则分别位于第1、2和7染色体上。同时在两套CSSL群体上,分别检测到位于第1、7染色体上位置相近且效应一致的休眠性QTL,分析表明其所在的Asominori片段含对种子休眠性的增效基因,相应的IB24段含有减效基因。     

水稻分蘖角度的QTL定位和主效基因的遗传分析

利用水稻籼粳亚种间组合Asominori×IR24重组自交系(RIL)群体71个株系和相应的全基因组染色体片段置换系(Chromosomesegmentsubstitutionline,CSSL)群体65个株系,在2种环境下对分蘖角度性状进行了数量性状基因座(QTL)定位和上位性效应的遗传分析。在两种群体中都出现了分蘖角度的超亲分离。在RIL群体中发现了5个主效QTLs和3对上位性双位点互作标记基因座,控制水稻分蘖角度。其中在第9染色体上位于XNpb108~C506RFLP分子标记区间的qTA-9基因座在2种环境中同时出现,其贡献率平均为28·6%,增加分蘖角度的等位基因来自籼稻品种IR24。利用CSSL群体图示基因型分析,证实在第9染色体上含有RFLP标记C609和C506约15cM的染色体区段,存在增加分蘖角度的基因,来源于染色体片段供体亲本IR24,在Asominori的遗传背景中能增加分蘖角度约15°,该基因的位置与RIL群体在第9染色体上定位的QTL相同,证实了qTA-9的存在。F1表型测定及F2代遗传分析表明,来自IR24的等位基因是一个不完全显性基因。除一对上位性位点存在显著的环境互作效应外,未发现其他位点存在与环境的互作效应。不同基因的加性效应和双位点的上位性效应的共同作用可能是造成水稻分蘖角度超亲分离的主要原因。     

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。     

基于染色体置换系的野生稻抽穗期及紫色性状QTL的鉴定

利用一套以9311为背景的普通野生稻染色体片段置换系群体为研究材料,进行野生稻相关QTL的定位与基因的鉴定。在多年多点的抽穗期调查数据基础上,结合200多个分子标记引物的基因型鉴定结果,定位到11个与抽穗期相关的QTL;选取携带相关QTL导入片段的两个置换系进一步研究,发现2个抽穗期主效QTL均为已克隆基因的等位基因。利用叶鞘、稃尖、柱头颜色与9311差异显著的一个单片段置换系定位到来自野生稻的紫色性状基因Or C,初步鉴定与栽培稻的等位基因功能不同。这些结果再次表明染色体片段置换系是行之有效的QTL定位以及基因发掘的遗传群体。通过对抽穗期、紫色性状相关QTL的定位与基因的鉴定,为进一步的功能研究提供了基因资源。     

基于CSSL的水稻穗颈长度QTL的代换作图

水稻穗颈长度是影响杂交水稻制种产量提高的重要农艺性状之一。文章利用94个以籼稻品种9311为遗传背景、粳稻品种日本晴为染色体片段供体的覆盖全基因组的染色体片段置换系(Chromosome segment substi-tution lines, CSSL)为材料, 调查和分析CSSL群体及双亲的穗颈长度。结果表明: 在17个置换系中检测到8个控制水稻穗颈长度的数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL), 分别位于第2、3、7、8、9和第11染色体; 利用代换作图法, 定位了其中的7个穗颈长度QTL; 其加性效应值介于0.10~3.20之间, 其中qPE-9和qPE-11的加性效应值较大, 平均效应值分别为3.15和2.95, 表现为主效基因特征; qPE-2-2、qPE-3-1、qPE-3-2、qPE-7和qPE-8等5个QTL被定位在小于10.0 cM的区段内。利用CSSL可以有效地鉴定水稻穗颈长度QTL, 这些QTL为分子标记辅助选育穗颈长度适中的水稻品系及其进一步的精细定位奠定了基础。     

基于CSSL的水稻抽穗期QTL定位及遗传分析

抽穗期是水稻(Oryza sativa)品种的重要农艺性状之一, 适宜的抽穗期是获得理想产量的前提。鉴定和定位水稻抽穗期基因/QTL, 分析其遗传效应对改良水稻抽穗期至关重要。以籼稻品种9311(Oryza sativa ssp. indica ‘Yangdao 6’)为受体,粳稻品种日本晴(Oryza sativa ssp. japonica ‘Nipponbare’)为供体构建的94个染色体片段置换系群体为材料, 以P≤0.01为阈值, 对置换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。采用代换作图法共定位了4个控制水稻抽穗期的QTL, 分别位于第3、第4、第5和第8染色体; QTL的加性效应值变化范围为–6.4 – –2.7, 加性效应百分率变化范围为–6.4%– –2.7%; qHD-3和qHD-8加性效应值较大, 表现主效基因特征。为了进一步定位qHD-3和qHD-8, 在目标区域加密16对SSR引物, qHD-3和qHD-8分别被界定在第3染色体RM3166–RM16206之间及第8染色体RM4085-RM8271之间, 其遗传距离分别为13.9 cM和6.4 cM。研究结果为利用分子标记辅助选择改良水稻抽穗期奠定了基础。     

基于CSSL的水稻抽穗期QTL定位及遗传分析

抽穗期是水稻（Oryza sativa）品种的重要农艺性状之一,适宜的抽穗期是获得理想产量的前提。鉴定和定位水稻抽穗期基因/QTL,分析其遗传效应对改良水稻抽穗期至关重要。以籼稻品种9311（Oryzasativa ssp.indica‘Yangdao 6’）为受体,粳稻品种日本晴（Oryza sativa ssp.japonica‘Nipponbare’）为供体构建的94个染色体片段置换系群体为材料,以P≤0.01为阈值,对置换片段上的抽穗期QTL进行了鉴定。采用代换作图法共定位了4个控制水稻抽穗期的QTL,分别位于第3、第4、第5和第8染色体;QTL的加性效应值变化范围为–6.4––2.7,加性效应百分率变化范围为–6.4%––2.7%;qHD-3和qHD-8加性效应值较大,表现主效基因特征。为了进一步定位qHD-3和qHD-8,在目标区域加密16对SSR引物,qHD-3和qHD-8分别被界定在第3染色体RM3166–RM16206之间及第8染色体RM4085–RM8271之间,其遗传距离分别为13.9cM和6.4cM。研究结果为利用分子标记辅助选择改良水稻抽穗期奠定了基础。     

基于染色体片段置换系的野生稻粒宽QTL qGW8的精细定位与遗传分析

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL。CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段。构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49,将该QTL命名为qGW8。随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2：3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8精细定位到8号染色体10kb区间内。该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异。对双亲籽粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7%。这一结果表明qGW8中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型。     

利用粳稻染色体片段置换系群体检测水稻抗亚铁毒胁迫有关性状QTL

潜育性水稻田广泛分布于中国、斯里兰卡、印度、印度尼西亚、塞拉里昂、利比亚、尼日利亚、哥伦比亚和菲律宾等国,其中我国南方稻区就有近700万公顷低产潜育性水稻田。该类水稻田还原性强,矿质营养失调,尤以Fe^2 过量积累,对水稻生长发育产生不良的逆境胁迫作用。培育抗亚铁毒的水稻品种是简便、经济有效地提高稻谷产量的重要途径之一。该文利用由粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24杂交衍生的Asominori染色体片段置换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs)群体为材料,检测与抗亚铁毒胁迫有关性状QTL。共检测到与抗亚铁毒胁迫有关性状QTL14个,各QTL的LOD值为2．72～6．63。其中检测到与抗亚铁毒胁迫直接有关的性状叶片棕色斑点指数QTL3个,分别位于第3、9、11染色体C515～XNpb279、R2638～C1263和G1465～C950之间,对应的贡献率分别为16．45％、11．16％和28．02％;与其他已发表的定位结果比较发现,位于第三染色体C515～XNpb279间控制叶片棕色斑点指数的QTL与水稻功能图谱上控制叶绿素含量的QTL的位置一致;表明在亚铁毒胁迫条件下,水稻在其叶片表面出现棕色斑点,叶片衰老,产生一些叶绿素降解物或衍生物,以提高叶片细胞对亚铁等重金属毒害的耐受力。另外,在第11染色体G1465～C950之间检测到了控制叶片棕色斑点指数、茎干重和根干重QTL1个,为主效QTL。在第6染色体XNpb386～XNpb342之间检测到控制茎干重、株高、根长和根干重QTL1个,是否与水稻抗亚铁毒有关需要进一步研究。本研究旨在通过定位与抗亚铁毒有关的QTL,借助与之紧密连锁的分子标记有效地聚合这些QTL,培育出抗亚铁毒性强的水稻新种质材料。     

基于染色体片段置换系的野生稻粒宽QTL-qGW8.1的精细定位

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL。CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段。构建CSSL182/9311的F_2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49%,将该QTL命名为qGW8.1。随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F_2群体的2000株分离个体以及F_(2∶3)群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8.1精细定位到8号染色体10 kb区间内。该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异。对双亲子粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7%。这一结果表明qGW8.1中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型。     

覆盖野生稻基因组的染色体片段替换系的构建及其米质相关数量性状基因座位的鉴定

染色体片段替换系（CSSL）是基因组水平快速初步定位数量性状基因座位（QTL）的良好材料,而水稻的品质性状是多基因控制的数量性状,因此可用替换系鉴定控制水稻品质性状的QTL。本文用分子标记辅助选择技术（MAS）构建了由133个株系组成的以‘特青’（籼稻品种）为轮回亲本,以海南的一种普通野生稻为供体亲本,覆盖绝大部分野生稻基因组的染色体片段替换系。利用这套替换系,初步定位了控制稻米外观和理化品质性状的15个QTL,为今后水稻品质性状QTL的克隆以及稻米品质相关性状的改良提供了依据。     

利用CSSLs群体研究稻米粒型QTL的表达稳定性

利用Asominori×IR2 4的染色体片段置换系 (CSSLs)群体 ,对稻米粒长、粒宽和长宽比进行连续两年及 4个地点的QTL表达稳定性分析。结果表明 :3个性状“两年四点”的表现型都为连续分布 ,均存在超亲遗传类型 ;共检测到 13个粒型相关QTL ,其中在 8个环境中都能被重复检测到的QTL有 6个 ,即影响粒长的 qGL 3、控制粒宽的qGW 5a和 qGW 5b以及共同作用于长宽比的qLWR 3、qLWR 5a和 qLWR 5b。这 6个QTL对应置换系的相应性状与背景亲本Asominori的表现型差异在 8个环境中都达到极显著水平 (P <0 0 0 1) ,且同一QTL对应置换系相应性状的表现型在不同环境间呈显著正相关 (r≥ 0 75 ,r0 0 5=0 6 6 6 ) ,说明这 6个QTL表达稳定性较高。由于 qGL 3和 qLWR 3均位于R19 C16 77标记区间 ,qGW 5a和 qLWR 5a位于C2 6 3标记附近 ,qGW 5b和 qLWR 5b被定位在R5 6 9标记附近 ,因此R19、C16 77、C2 6 3和R5 6 9这 4个RFLP标记对优良水稻外观品质的标记辅助选择 (MAS)育种有着重要作用     

5 个籼稻背景的高代回交置换系的置换片段分析

以轮回亲本籼稻品种9311(Oryz a sativa ssp. indica ‘Yangdao 6’)为对照, 选用132个亲本间有多态性的SSR标记, 对以粳稻品种日本晴(Oryz a sativa ssp. japonica 'Nipponbare’)为供体的5个高代回交置换系的农艺性状及置换片段进行分析。5个置换系在粒长、粒宽、千粒重、剑叶长、株高及落粒性等方面与籼稻品种9311之间有极显著差异, 其余性状与籼稻品种9311间的差异不显著; 从置换系中检测出8个置换片段, 总长度为236.0 cM, 平均长度为29.5 cM; 从置换片段上检出包括2个千粒重、1个粒长、1个粒宽、1个剑叶长、1个株高和1个落粒性共7个QTLs , 分别分布在水稻第1、3、5、6和第10染色体上。其中, 第1染色体上控制剑叶长的QTL和第6染色体上控制株高的QTL可能是新发现的QTLs。实验结果进一步丰富了置换系群体的数量和质量, 也为QTLs 的精细定位及分子设计育种奠定了基础。     

5个籼稻背景的高代回交置换系的置换片段分析

以轮回亲本籼稻品种9311（Oryza sativassp.indica‘Yangdao6’）为对照,选用132个亲本间有多态性的SSR标记,对以粳稻品种日本晴（Oryzasativassp.japonica‘Nipponbare’）为供体的5个高代回交置换系的农艺性状及置换片段进行分析。5个置换系在粒长、粒宽、千粒重、剑叶长、株高及落粒性等方面与籼稻品种9311之间有极显著差异,其余性状与籼稻品种9311间的差异不显著;从置换系中检测出8个置换片段,总长度为236.0cM,平均长度为29.5cM;从置换片段上检出包括2个千粒重、1个粒长、1个粒宽、1个剑叶长、1个株高和1个落粒性共7个QTLs,分别分布在水稻第1、3、5、6和第10染色体上。其中,第1染色体上控制剑叶长的QTL和第6染色体上控制株高的QTL可能是新发现的QTLs。实验结果进一步丰富了置换系群体的数量和质量,也为QTLs的精细定位及分子设计育种奠定了基础。     

与稻米高垩白率相关的qPGWC-9的生理功能

利用携带qPGWC-9目标区段而其他置换片段上不带有与垩白率相关QTL(quantitative trait locus)的高垩白染色体片段置换系(chromosomal segment substitution line,CSSL)AIS82,以其轮回亲本Asominori(低垩白)为对照,从源库关系角度探讨qPGWC-9的生理功能。结果发现,籽粒灌浆期AIS82与Asominori的剑叶净光合速率没有显著差异,说明光合作用强弱不是AIS82高垩白率产生的直接原因。灌浆前期AIS82的淀粉合成关键酶活性显著高于Asominori,但中后期AIS82酶活下降快,整个灌浆期变化幅度相对较大,推测qPGWC-9主要影响了淀粉合成关键酶活性的动态变化,从而决定了高垩白表型。     

一个水稻长芒基因AWN-2的定位与克隆

本研究在以广西普通野生稻DP30为供体,籼稻品种9311为受体构建的染色体片段代换系中,筛选鉴定出1份稳定遗传的具有长芒表型的染色体片段代换系。利用该代换系与轮回亲本9311构建了BC5F2分离群体,对控制长芒表型的基因进行了遗传分析,发现该群体中长芒与短芒的单株分离比符合3:1的比例,表明该长芒性状受一对显性核基因控制。采用图位克隆法,将目的基因精细定位于水稻第4染色体分子标记M7和M8之间的12.14 kb范围内,该区域只有一个候选基因即LOC_Os04g43840,测序分析发现与栽培稻日本晴、9311相比,CSSL5的LOC_Os04g43840基因在5'UTR区有29个碱基的缺失和2个碱基的置换,因此,推测LOC_Os04g43840可能为该长芒候选基因。     

水稻产量及其构成因子对空气CO2浓度增高响应的QTL分析

自由空气CO2浓度增加设施（Free air carbon dioxide enrichment．FACE）使得实际地模拟未来植物生长所处的CO2浓度增加环境变为可能。FACE下．作物生长和产量发生不同程度的加速和提高,而分析作物产量因子对CO2浓度增加响应的遗传基础将有利于对CO2环境变化做出敏感响应的遗传特性的认识,有利于适合未来空气CO2浓度增加环境的高产品种的培育。以粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合所衍生的染色体片段置换系（CSSLs）为材料进行田间试验,分别在FACE（约570umol CO2／mol）和正常大气（约370umol CO2／mol）下对籽粒产量及其构成因子等数量性状位点（QTL）进行了分析。结果表明,在FACE下,Asominori和IR24的有效穗数、穗粒数和单株籽粒产量均显著高于对照下的,并且FACE下,65个置换系的变幅范围均大于对照下的;在第1．2,4,6．7,9和12染色体上检测到LOD值在2．5—5．7范围内的控制上述产量性状的20个QTL．其中有3个可以同时在FACE和正常大气下检测到．其余的则只是在某一种CO2环境下检测到。此外,还检测到2个QTL（qFT12 and qGP4）存在着与环境的加性互作效应。可以推论．空气中CO2浓度的增加诱导了部分对CO2浓度敏感的QTL表达,控制水稻产量性状的QTL与CO2增加的环境发生了互作效应。预计利用分子标记辅助育种途径可以培育出适用于未来CO2浓度增加环境下的高产水稻品种。     

水稻抗褐飞虱种质Swarnalata抽穗期和休眠性相关QTL检测

为有效利用抗褐飞虱水稻Swarnalata,对2013年南京种植的Swarnalata/02428 F2分离群体进行抽穗期和种子休眠性考察,利用172个分子标记构建了Swarnalata/02428 F2的分子遗传连锁图谱,图谱全长为3311.4c M,标记间平均图距为19.22c M。利用Windows QTL Cartographer V2.5软件对该分离群体进行抽穗期和种子休眠性相关QTL检测,共检测到7个抽穗期相关QTL,分别位于第2、3、6、11染色体,其中位于第11染色体的q HD-11-1贡献率最高,为28.85%;检测到3个种子休眠性相关QTL,分别位于第3、6、9染色体,其中位于第9染色体的q Sd-9贡献率最高,为22.11%。分析表明,本研究检测到的抽穗期QTL与种子休眠QTL所在位置不同,说明该群体中种子休眠与抽穗期没有直接关系,它们分别由不同基因控制。本研究不仅为水稻休眠基因的精细定位及克隆奠定基础,也为更有效利用Swarnalata中的抗褐飞虱基因提供基础和一些优良的中间材料。     

利用染色体片段置换系定位水稻落粒性主效QTL

水稻落粒性是与其生产密切相关的重要性状之一。以7个染色体片段置换系为材料, 采用重叠群代换作图法对控制落粒性的2个主效QTL进行定位。结果表明, 104个SSR标记在亲本间具有多态性, 多态率为68.0%; 4个置换系的落粒性与亲本日本晴的落粒性相似, 表现难落粒。3个置换系与亲本93-11的落粒性相似, 表现易落粒; 7个染色体片段置换系在第1和第6染色体上检出7个置换片段, 其长度分别为23.6、16.5、 6.6、 9.9、 10.4、 20.2和7.1 cM; qSH-1-1被定位在第1染色体RM472－RM1387之间, 遗传距离约为6.6 cM。qSH-6-1为新发现的落粒性主效QTL, 被定位在第6染色体RM6782－RM3430之间,遗传距离约为4.2 cM。利用染色体片段置换系能准确地定位水稻落粒性QTL, qSH-1-1与qSH-6-1的鉴定和初步定位为其进一步的精细定位、图位克隆及分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻品种USSR5早熟性的遗传分析

USSR5为极早熟的前苏联品种,以抽穗期近等基因系和抽穗期QTL近等基因系为测验品种,对USSR5的抽穗期基因型进行分析,表明USSR5携带了非感光基因e1、无感光功能的Se-1e基因、感光抑制基因i-Se-1和显性早熟基因Ef-1,从而使它表现极早熟的特性。此外,本研究调查了USSR5和N22的BC1F1和F2群体的抽穗期,利用WindowsQTLCartographer1.13a软件,采用复合区间作图法,在全基因组范围内,分析了南京夏季正常日照条件下2个群体的抽穗期QTL,在USSR5/N22//USSR5BC1F1群体,共检测到2个位点,分别位于第7、8染色体上,其LOD值分别是6.11和2.91,对表型总变异的解释率分别为27.38%和11.15%,2个位点上来自USSR5的等位基因均提早抽穗。在USSR5/N22F2群体,共检测到5个位点,分别位于第1、2、7、9、10染色体上。5个位点LOD值介于3.02～8.4,对表型总变异的解释率分别为4.07%和15.41%。除qHd-9外,其余控制抽穗期的4个基因位点上提早抽穗的等位基因均来源于USSR5。比较分析发现效应较大的qHd-7即是Hd4(E1),USSR5在该位点上携带非感光基因hd4(e1)。尽管本研究定位的其它抽穗期QTL和已知抽穗期基因之间尚不能一一对应,但在早熟性水稻品种选育中,USSR5将可作为良好的基因源加以利用。