利用一个水稻RIL群体定位控制淀粉特性的QTL

利用个山籼粳(Oryza sativa L.)杂交发展成的重组自交系(RIL)群体研究影响淀粉特性的遗传因子,测定了一系列淀粉特性有关性状,包括直链淀粉含量、胶稠度、淀粉糊粘度、胶的质地、糊化温度、热学特性、回生特性等22个参数。共定位了44个QTL,分布在第2～6、8、9、11染色体上,每个性状所定位的QTL在1到4个不等。其中有2个是主基因,一个是第6染色体上的Wx基因,它控制直链淀粉含量、胶稠度、淀粉糊粘度、胶的质地、回生特性等性状,另一个足第6染色体上的alk基因,它控制糊化温度与热学特性等性状,其他QTL都是微效基因,在第9染色体上RZ404和G295区间系首次检测到,它控制淀粉胶的硬度(hardness)、胶粘性(gumminess)、咀嚼性(chewiness)、回生淀粉的最高糊化温度、回生率等性状,这些性状都未曾研究过。     

在DH或RIL群体中两对重叠基因控制性状的定位

在DH或RIL群体中,若只找到与两对重叠基因控制性状连锁的1个分子标记,可采用极大似然法估计控制性状的一对基因与分子标记间的重组率,并推导出重组率估计值的标准误公式。Monte Carlo模拟显示,重组率估计值的无偏性较好,其变异随时样本容量或重组率的增加而减少。     

利用P1、P2和DH或RIL群体联合分离分析的拓展

QTL定位常报道主基因数多于3的情形.然而,利用基因型杂合的分离群体拓展3对主基因+多基因混合遗传模型非常困难,而DH或RIL群体是遗传分析的很好群体且拓展3对主基因+多基因模型相对容易些.在文献1～4的基础上,拓展利用亲本和DH或RIL群体的2对连锁主基因、2对连锁主基因+多基因、3对主基因和3对主基因+多基因4类遗传模型.通过大豆科丰1号×1138?2构成的RIL群体及其亲本研究了大豆开花期的遗传规律。 Abstract:More than three major genes controlling quantitative trait are often obtained in QTL mapping.However,it is very difficult to develop joint segregation analysis with three major genes but for DH or RIL population.There fore,an expansion of the inheritance model,such as linkage between two major genes,three major genes,three major genes plus polygenes,was developed in this paper.Finally,an example of the inheritance of flowering date of soybean for using P1,P2 and RIL populations derived from a cross between Keifeng 1 and Nannong 1138-2 was used to explain the procedures.     

基于基因型选择提高QTL作图的精度——以一个RIL群体为例

以PCR为基础的分子标记以及其他检测技术的发展,使得大规模的标记分析成为现实。这也为通过大群体标记分析,然后基于基因型选择挑选合适的小群体,从而提高QTL定位准确性和精度提供了可能。以一个包含294个家系的重组自交系（RIL）群体为例,通过基因型选择和随机选择的办法产生了一系列大小不等的亚群体,比较了两类群体QTL定位的结果。分析表明：相同大小的基因型选择群体与随机群体相比性状的表型分布都符合正态分布;标记的偏分离情况也没有明显的差别,都随着群体大小的增大,偏分离的比例也逐渐增大。但同等大小的基因型选择群体比随机群体的交换富集率（CE）要大,且随着选择强度的增大不断增大,如群体大小为270时,CE=1．04,群体大小为30时,CE=1．45。总体上,随着群体大小的增加,不管是随机群体还是选择群体,其QTL检测能力、灵敏性和特异性也随之增加,但选择群体的检测能力、灵敏性和特异性总体上要好于随机群体。当群体大于或等于240时,其QTL检测能力基本没有差别;群体大小大于或等于210时,其QTL检测的灵敏性和特异性也没有什么差别。这也说明：选择强度越大,效果越明显。以QTLI—LOD区间作为衡量QTL精度的一个指标,结果显示所有基因型选择群体都比相同大小随机群体的QTL定位精度高。目前QTL定位研究中,基因型数据较表型数据而言更容易准确获得,因此通过基因型选择可以更好的优化群体结构,减少田间实验的工作量,提高全基因组水平QTL作图的精度,为随后的QTL辅助选择和精细定位以及克隆提供帮助。     

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。     

黄瓜RIL群体瓜长和把长的QTL定位分析

以黄瓜野生变种‘PI183967’(Cucumis sativus L.hardwickii)和新泰密刺选系‘931’为亲本,通过单粒传法获得包含160个株系的F9代重组自交系群体(RIL)。结合分子遗传图谱和不同年份(2012年春、秋季和2013年春、秋季)的表型调查数据,利用MapQTL4.0软件进行黄瓜瓜长和把长的QTL定位。结果显示:(1)共检测到8个与瓜长和把长相关的QTLs,分布在染色体3、4、5、6、7上,LOD值在2.78~10.24之间,可解释7.4%~32.7%的表型变异率,贡献率≥10.0%的QTL位点4个,占QTLs总数的1/2,在春秋两季重复检测出的QTL位点有4个。(2)检测到4个与瓜长相关的QTLs位点Fl3.1、Fl4.1、Fl5.1、Fl6.1,4个与把长相关的QTLs位点Fsl3.1、Fsl3.2、Fsl5.1、Fsl6.1。(3)Fl6.1和Fsl6.1在2012、2013年春秋季中均可检测到,位于第6号染色体的109.2cM处,标记SSR17591~C80之间;Fl6.1在4次中的贡献率在13.8%~32.7%之间,Fsl6.1在4次中贡献率为12.1%~24.1%;(4)Fl3.1和Fsl3.2位于第6号染色体标记SSR16152~SSR07706之间,其中Fl3.1在2012年秋季和2013年春秋两季中均可检测到,贡献率总共为25.1%,Fsl3.2仅在2012年秋季中检测到,解释8.8%的表型变异率。研究表明,第6号染色体上标记SSR17591~C80和第3号染色体上的SSR16152~SSR07706等2个区域聚集了控制瓜长和把长的主效QTL位点,这2个区域应作为今后研究的重点。     

苗期水稻根部性状的QTL定位

耐旱是水稻抗逆研究中最重要的性状之一。利用水稻籼粳品种窄叶青8号（ZYQ8）和京系17（JX17）及其通过杂交F1代花药培养获得的127个单株组成的双单倍体分离群体（double haploid,DH)为材料,在营养液中培养10天后,对影响抗旱能力的根部几个主要性状进行了分析,发现最大根长（Maximum root Length,MRL)、根干重（Dry Root Weight,DRW)和根茎干重比（Root/Shoot Ratio of Dry Weight,RSR)3个性状在群体中变异较大,利用该群体建立的水稻分子遗传图谱,对上述3个水稻性状进行数量性状座位（Quantitative Trait Locus,QTL)的分析定位,结果表明,2／1／2个QTLs的亲本JX17等位基因分别控制着最大根长、根干重和茎士重比的表达,对表型变异的解释率分别为16．4％、17．0％、16．4％、10．4％和19．9％;2／1个QTLs的亲本ZYQ8等位基因分别控制着最大根长和根茎干重比的增加,表表型变异的解释率分别为19．6％、13．0％和13．2％。检测到的8个QTLs分别位地水稻的染色体2、3、4、5、6、9和10上。与其他已发表的定位结果比较表现,在3个性状的总共8个QTLs中,各有1个性状的1个QTL（控制最大根长的L169－CT106A,控制根干重的G45－G1314A和控制根茎干重比的G62－G144）与早先报道的结果相吻合。     

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。     

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。     

利用家系群体鉴定数量性状多基因的存在

通过重复试验方差分析获得误差方差以探索只利用B、：2和B2：2或F2：3家系世代鉴定多基因存在的方法,混合分布参数的估计采用IECM算法,以油菜株高B1：2和B2：2家系平均数资料和千粒重F2：3家系平均数资料为例阐明该方法。     

利用回交B1和B2及F2群体鉴定数量性状两对主基因+多基因混合遗传模型

ＱＴＬ作图和主基因＋多基因混合遗传分析表明：拓展两对基基因＋多基因混合遗传模型十分必要。本文利用混合分布理论,ＡＩＣ准则在回交Ｂ１和Ｂ２群体或Ｆ２群体中鉴定两对主基因的存在,当主基因存在时估计其遗传参数;同时还改进了利用亲本,Ｆ１和回交Ｂ１和Ｂ２群体,或亲本,Ｆ１和Ｆ２群体鉴定多基因存在的方法,分布参数的估计采用ＩＥＣＭ算法,以水稻株高性状为例说明该方法的应用。     

Segregation Analysis on Genetic System of Quantitative Traits in Plants

Based on the traditional polygene inheritance model of quantitative traits, the author suggests the major gene and polygene mixed inheritance model. The model was considered as a general one, while the pure major gene and pure polygene inheritance model was a specific case of the general model. Based on the proposed theory, the author established the segregation analysis procedure to study the genetic system of quantitative traits of plants. At present, this procedure can be used to evaluate the genetic effect of individual major genes (up to two to three major genes), the collective genetic effect of polygene, and their heritability value. This paper introduces how to establish the procedure, its main achievements, and its applications. An example is given to illustrate the steps, methods, and effectiveness of the procedure. Translated from Hereditas, 2005, 27(1) (in Chinese)     

植物数量性状遗传体系的分离分析方法研究

在传统的数量性状多基因遗传模型基础上提出主基因-多基因遗传模型具普遍性,纯主基因或纯多基因遗传模型只是其特例。由此初步建立了植物数量性状遗传体系分离分析方法。目前该方法可以检验2～3个主基因的个别遗传效应、多基因整体的遗传效应和两者的遗传率。本文介绍这种分离分析方法的研究经过、主要进展及应用效果,并以实例说明其分析步骤、方法和效果。     

Segregation Analysis on Genetic System of Quantitative Traits in Plants

Based on the traditional polygene inheritance model of quantitative traits,the author suggests the major gene and polygene mixed inheritance model.The model was considered as a general one,while the pure major gene and pure polygene inheritance model was a specific case of the general model.Based on the proposed theory,the author established the segregation analysis procedure to study the genetic system of quantitative traits of plants.At present,this procedure can be used to evaluate the genetic effect of individual major genes (up to two to three major genes),the collective genetic effect of polygene,and their heritability value.This paper introduces how to establish the procedure,its main achievements,and its applications.An example is given to illustrate the steps,methods,and effectiveness of the procedure.     

植物数量性状遗传体系检测中回交或自交家系重复试验数据的分析方法

为提高主基因 多基因混合遗传分析的精度 ,降低试验误差 ,采用重复内分组随机区组设计 ,对低遗传力性状的B1∶2 和B2∶2 或F2∶3 家系平均数资料进行遗传分析。通过AIC准则和适合性检验比较无主基因 (A - 0 )、1对主基因 (A)、2对主基因 (B)、多基因 (C)、1对主基因 多基因 (D)和 2对主基因 多基因 (E)模型以鉴定其遗传模式。采用IECM算法估计混合模型参数。通过油菜HSTC14×宁油 7号初花期F2∶3 家系平均数资料阐明该方法。     

利用杂种F_2世代鉴定数量性状主基因-多基因混合遗传模型并估计其遗传效应

大量实验数据和OTL作图结果表明:控制数量性状的基因中既有遗传效应较大的主基因,又有遗传效应较小的多基因,其分离世代表现出多峰性,即出现多个分布混合的特征。本文利用混合模型理论的AIC信息准则在F_2世代中鉴定影响数量性状的主基因的存在,当主基因存在时通过分离分析估计主基因的遗传效应以及主基因的遗传变异占总变异的分量;同时还提出利用P_1、P_2、F_2和F_2 4个世代鉴定多基因存在的方法。以大豆开花期性状为例说明了该方法的应用,在所分析的骨绿豆×上海红芒早杂交组合的F_2世代数据中发现有主基因的存在,主基因表现出完全显性(晚开花),并且有多基因存在。     

小麦雌性育性的主基因+多基因混合遗传分析

选用普通小麦中3种不同生态型育性正常品种与雌性不育系XND126杂交构建3个F2组合, 连续两年对3组合P₁、P₂、F₁和F₂雌性育性进行调查, 利用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型的4世代联合分析方法分析了小麦雌性育性的遗传。结果表明: 小麦雌性育性受两对主效基因+多基因联合控制, 两对主效基因之间存在互作效应。