应用中国和欧洲油菜建立的双二倍体群体对3个重要农艺性状的QTL定位以及与环境的互作分析

以中国的高油分自交系“高油”和欧洲高含油量品种“Sollux”的F1产生的282个株系组成的双二倍体(DH)群体为材料,在125个SSR标记座位构建的连锁图谱基础上,根据在中国和欧洲四个不同环境下的表型鉴定结果,采用混合线性模型基础上的QTL分析软件,对油菜3个重要农艺性状:株高,开花期和成熟期进行了数量性状基因座位(QTL)的联合定位分析,估测了这些QTL的加性、上位性以及与环境的互作效应。结果表明各性状均受多个加性、加加上位以及与环境互作的QTL控制。株高受多个QTL影响(12个位点具有加性或兼有环境互作效应,5个位点具有互作效应),以加性效应为主,加性效应总和可解释定位群体表型变异的75%左右,并多兼有上位性效应。12个主效QTL中,9个是“高油”等位基因相对“Sollux”有降低株高的作用,大多数加性×环境互作QTL的有效等位基因具有环境选择特异性。7个ae基因座位中,5个“高油”等位基因在杭州种植环境下,除一例外所有在德国环境下的互作基因座中,“Sollux”等位基因起着增加株高的作用,加加上位性主效总和为加性主效总和的三分之一。7个控制花期和8个控制成熟期的主效QTL中,分别有6个和5个是来自“高油”的等位基因相对“Sollux”具有提前开花和成熟的效应,这些QTL的效应总和占到性状表型变异的60%左右。5个位于第2和第12连锁群中的2个大效应QTL可能和已多次报导的VFN1和VFN3基因相近或相同。开花期和成熟期两性状均检测到显著的ae互作效应,双亲等位基因的效应在各环境下呈离散分布。位于14和19连锁群上的两个主效株高QTL同时也是控制开花期和油分含量的基因位点,因而利用这两个位点进行标记辅助筛选时要考虑到对油分含量的影响。控制成熟期的8个主效QTL中有3个同时也是控制开花期的基因座位,证实了开花期和成熟期高度正相关的遗传基础,两个生育性状均表现有较弱的QTL间加加上位互作,但以主效QTL的作用为主。     

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。     

典型籼粳杂种不育性的分子标记分析及其遗传基础

对典型籼粳杂种育性遗传基础的研究是快速进行广亲和系培育的前提。以回交群体Balilla/南特号∥Balilla为育性基因的分析群体,利用SSR标记研究了该群体中控制小穗育性和花粉育性的基因位点,对于小穗育性共检测到2个QTLs,Qsptf1和qSPTF6,分别位于第1和第6染色体上,其加性效应分别为13．501和—16．414。根据前人的研究结果,以及qSPTF6在第6染色体上所处的位置,可以推断qSPTF6即为S—5位点。在花粉育性的QTLs检测中,发现在第7和第9染色体上有两个QTLs,qPLLN7和qPLLN9,其加性效应分别为—12．003和—11．012,可以分别解释表型变异的12．9％和10．3％。位点的互作分析表明,在该研究群体中,存在大量的位点互作影响小穗育性和花粉育性,在0．005显著水平上,检测到61对和51对位点互作分别影响小穗育性和花粉育性。说明籼粳杂种的不育性除了主效基因的单独作用以外,位点之间的互作,即上位性也是一重要的遗传因素。     

连锁条件下基因互作形式的判定

如何根据子代的表型判断基因互作形式,是遗传学上重要也是困难的问题.文[l～2］在自由组合条件下给出了判定方法.本文得到了基因连锁时互作形式的判定法则,它是文［l～2］的推广．     

萍乡显性核不育水稻育性相关基因的定位和遗传分析

萍乡显性核不育水稻(Pingxiang Dominant Genic Male Sterile Rice,PDGMSR)是在水稻中首次发现的显性核不育材料,其育性由两对显性基因互作控制,一对是萍乡显性核不育基因Ms-p,另一对是显性上位恢复基因(dominant epistatic fertility restorer gene,Rfe)。两者共同存在时显性上位恢复基因能抑制不育基因的表达,从而使育性表现可育。本实验用一个对萍乡显性核不育水稻有恢复能力的水稻品种E823与萍乡显性核不育水稻配制杂交组合,将(萍乡核不育水稻/E823)F2作为定位群体,根据F3株系的育性分离,选择育性分离株系对应F2单株(基因型为Ms-pMs-pRefrfe和Ms-pms-pRferfe)构建可育池,用对应F2株系中的不育单株(基因型为Ms-pMs-prferfe或Ms-pms-prferfe)构建不育池,将显性上位恢复基因Rfe定位在水稻10染色体RM311和RM3152一侧,遗传距离分别为7.9cM和3.6cM。根据已有的Ms-p的定位结果,合成10染色体部分微卫星引物,对不育单株进行分析,发现RM171和RM6745位于Ms-p的两侧,距离分别为0.3cM和3.0cM。根据10染色体的测序结果,将Ms-p界定在约730kb的范围内,并构建了Ms-p的电子重叠群。植物显性核不育的育性恢复机理存在“复等位基因”和“显性上位互作”两种假说,贺浩华等用经典的遗传学方法证明了萍乡显性核不育水稻育性恢复的遗传机理属于“显性上位互作”。理论上认为,确定其遗传机理最为有效的方法是基因定位,如果不育基因和恢复基因位于同一位点,则其遗传机理属于“复等位基因”,否则为“显性上位互作”。本实验将不育基因和恢复基因定位在水稻10染色体不同的位点,用基因定位的方法证实了萍乡显性核不育水稻育性恢复的遗传机理属于“显性上位互作”。     

同工酶技术在植物改良中的应用

对于植物的形态标记,隐性纯合可能导致与植物育种家选择方向相反的生理缺陷,同时基因的上位性或者多效性限制可能集于一体的标记基因的数量。而多数同工酶位点的等位基因是共显性,不会通过基因多效性和隐性纯合引起植物表型的生理缺陷,这种共显性使得杂合位点和纯合位点易于区别。同工酶位点极少表现上位性互作,因此用作研究的材料可以包含有限数量的同工酶标记(Tanksley and Rick 1980)。同工酶分析适于植物的各种组织,包括叶、根、花粉和愈伤组织。     

水稻籼粳交DH群体苗期耐冷性基因的分子标记定位

水稻苗期低温冷害导致的烂秧现象是水稻生产中重要的限制因素之一。以一个水稻籼粳交(圭630／02428)DH群体为材料,在幼苗3叶1心时用10℃低温处理3d,随后恢复培养,以恢复培养5d后的秧苗成活率(％)为指标,鉴定该DH群体的苗期耐冷性。利用已构建的RFLP连锁图谱和基于混合线性模型的定位软件QTLMapper1.0对水稻苗期耐冷性进行QTL分析,检测到控制水稻苗期耐冷性的3个QTLs,分别位于第3、11、12染色体上,贡献率分别为7．9％、18．3％和24.4％,其增效等位基因均来自于亲本“02428”。同时检测到控制水稻苗期耐冷性的上位性互作位点8个,分散分布于第2、7、8、9、11染色体上,其中有2对互作的贡献率在15％左右,这2对互作的增效基因型均为来自2个亲本的重组基因型。苗期耐冷性在2个亲本间差异很大,在DH群体中呈现出连续变异,有明显的超亲分离。这些结果表明,水稻苗期耐冷性是受多基因控制的数量性状,基因的上位性互作是其重要的遗传基础之一。     

水稻柱头外露率QTLs定位及其互作分析

以协青早B/密阳46所构建的RIL群体及其相应分子遗传图谱,设置海南和杭州两地遗传试验,应用基于混合线性模型检测QTL主效应、上位性效应和G×E互作效应的遗传分析方法,对水稻柱头外露率(%)进行QTL联合分析．结果表明,该性状明显表现出海南较高(21．83%)而杭州较低(8．35%)的趋势．试验检测到1个主效应QTL(qSE6-1),其LOD值高达28．16,对性状表型的贡献率为14．14%,增效等位基因来自于母本,加性效应为5．10%,不存在显著的GE互作．试验还检测到3对显著的加性×加性双基因互作,上位性互作性效应和贡献率相对较小,且与环境不存在显著的互作．     

水稻株高上位性效应和ＱＥ互作效应的ＱＴＬ遗传研究

利用基因混合模型的ＱＴＬ定位方法研究了由籼稻品种ＩＲ６４和粳稻品种Ａzucena杂交衍生的ＤＨ群体在４个环境中的ＱＴＬ上位性效应和环境互作效应,结果表明,上位性是数量性状的重要遗传基础,并揭示了上位性的几个重要特点,所有的ＱＴＬ都参与了上位性效应的形成,６４％的ＱＴＬ还具有本身的加性效应,因此传统方法对ＱＴＬ加性效应的估算会由于上位性的影响而有偏,其他３６％的ＱＴＬ没有本身的加性效应,却参与了４８％的上位性互作用,这些位点可能通过诱发和修饰其他位点而起作用,上位性的特点还包括,经常发现了一个ＱＴＬ与多个ＱＴＬ发生互作;大效应的ＱＴＬ也参与上位性互作;上位性互作受环境影响,ＱＴＬ与环境的互效应比ＱＴＬ的主效应更多地被检测到,表明数量性状基因的表达易受环境影响。     

利用双单倍体群体剖析水稻产量及其相关性状的遗传基础

主效QTL、上位性效应和它们与环境的互作(QE)都是数量性状的重要遗传因素。利用籼粳交珍汕97／武育粳2号F1植株上的花药进行组织培养得到的190个双单倍体群体和179个微卫星标记,通过两年两重复田间试验,采用混合线性模型方法分析了9个控制水稻产量及其相关性状的遗传效应,得到57个主效QTL,41对上位性互作,8对QTL与环境的互作和7对上位性效应与环境的互作。单个主效QTL解释这些性状1．3％～25．8％的表型方差。各性状QTL的累积表型贡献率达11．5％～66．8％。大多数性状之间具有显著的表型相关性,相关性较高的性状之间常具有较多共同或紧密连锁的QTL。结果表明,基因的多效性或紧密连锁可能是性状相关的重要遗传基础。     

非等位基因相互作用的遗传学分析

本文主要阐述了多对非等位基因之间的相互作用,分别讨论了６种基因互作的自交和测交后代的表型分离比。     

玉米杂交种掖单13号的SSR连锁图谱构建与叶夹角和叶向值的QTL定位与分析

为了增加单位面积产量, 玉米育种者已经开始了更密植更紧凑株型的选育。叶夹角和叶向值是评价玉米株型的重要指标。本研究以掖478×丹340的500个F2单株为作图群体, 构建了具有138个位点的SSR标记连锁图谱, 图谱总长度为1 394.9 cM, 平均间距10.1 cM。利用397个F2：3家系对叶夹角和叶向值进行QTL定位分析, 结果表明: 叶夹角和叶向值分别检测到6和8个QTL, 累计解释表型变异41.0%和60.8%, 单个QTL的贡献率在2.9%~13.6%之间。与叶夹角和叶向值有关的基因主要作用方式为加性和部分显性。此外两个性状共检测到9对上位性互作位点, 表明上位性互作在叶夹角和叶向值的遗传中也起较重要的作用。     

河西绒山羊GOLA-DRB1基因第2外显子变异特征分析

采用PCR-SSCP、克隆测序等方法,分析600只河西绒山羊GOLA-DRB1基因第2外显子遗传特征、SNPs变异类型,同时分析该基因与山羊流产的关联性.结果表明,河西绒山羊DRB1基因第2外显子上存在26个等位基因,序列比对后发现26个等位基因中存在71个核苷酸变异住点,占分析位点总数的30％.其中转换位点25个,占核苷酸多态位点的35.21％;颠换位点35个,占核苷酸多态位点的49.3％;转换和颠换共存位点9个,占12.68％.山羊流产关联性分析结果表明,在河西绒山羊病例组中DRB1*18、DRB1*23、DRBl*26等位基因频率高于正常对照组(P＜0.05),x2值分别为6.31,4.859,6.396,RR值为2.55, 2.72,DRB1*8等位基因频率显著高于正常对照组(P＜0.01),x2值为17.618,RR值为3.59;病例组中DRB1*14等住基因频率低于正常对照组(P＜0.05),x2值为4.812,RR值为0.65,DRB1*1和DRB1*11显著低于正常对照组(P＜0.0l),其中B1的x2值和RR值分别为14.11和0.61,初步推断DRB1*8可能是河西绒山羊流产发病单体型中的遗传易感基因,DRB1*1和DRB1*11可能为其遗传保护基因.     

ApoB与UCP基因间上位效应对鸡腹脂性状影响的遗传学分析

已有研究表明, 上位效应在畜禽重要复杂经济性状的表型形成过程中发挥重要作用。文章选取对肉鸡7 周龄腹脂率有显著影响的载脂蛋白B(Apoliprotein B, ApoB)基因T123G位点与解耦连蛋白(Uncoupling protein, UCP)基因C1197A位点, 在东北农业大学肉鸡高、低腹脂双向选择品系8、9、10世代内检测这两个SNPs的多态性并利用Natural and Orthogonal InterActions (NOIA)模型分析二者之间的上位效应对7周龄腹脂率的影响。结果表明, 在高脂系内这两个位点之间存在着对7周龄腹脂率有显著影响的上位效应组分(P<0.05), 并且在连续多世代选育过程中仍能持续稳定存在; 同时, 在低脂系中二者之间各上位效应组分对腹脂率均无影响(P>0.05)。此结果意味着, 至少在高脂系内, 腹脂率的遗传受到这两个基因间上位效应的影响; 同时提示两系间脂肪性状QTL或重要候选基因功能位点之间不同的遗传互作模式可能是引起这两个品系腹脂性状巨大表型差异的重要影响因素之一。     

水稻种子活力QTL定位及上位性分析

利用1个粳／籼交来源(Lemont／Teqing)、包含264个重组自交系的作图群体,采用纸卷法在18℃培养箱中进行2次重复的发芽实验,考察了种子发芽7d、9d和1ld的发芽率,种子发芽15d后的芽长及干重等种子活力的相关性状。结合一张含有198个DNA标记的连锁图谱,用作图软件QTLMapper1．0定位与种子活力相关的QTL。共检测到13个主效应QTL,这些QTL对性状的贡献率为2．9％～12．7％,平均贡献率为6．2％。同时检测到18对贡献率≥5％的互作位点,其贡献率为5．1％～11．8％,平均贡献率为6．9％,比检测到的主效应QTL的平均贡献率稍大。种子活力相关性状的大多数主效应和互作QTL成串分布于少数几个染色体区段(Chromosome Regions,CRs),并且成串分布在同一染色体区段的QTL效应的方向总是一致,该结果与这些性状在表型上的正相关相一致。若将成串分布有3个及3个以上种子活力相关性状QTL的CRs视为与种子活力高度相关的CRs,则共检测到7个上述与种子活力高度相关的CRs,分别分布在水稻12条染色体中的7条染色体上。根据所含QTL的种类(主效应QTL或／和上位性QTL)可将这些CRs分成以下3种：1)M-CRs：只含有主效应QTL,如CR^sv-7;2)E-CRs：所含位点没有主效应,但与其他位点发生互作,如CR^sv-1、CR^sv-6和CR^sv-12;3)ME-CRs：既含有主效应QTL、也含有与其他位点产生互作的互作位点,如CR^sv-2、CR^sv-5和CR^sv-8。另外还发现,有的CR上的位点同时与多个不同CR上的位点互作,影响种子活力的相关性状。与前入的研究结果相比较,发现有些与种子活力高度相关的CR可在不同研究者所用的不同定位群体中被检测到,而有的CR只在特定的定位群体中被检测到。由此表明,水稻种子活力具有丰富的遗传多样性和复杂的遗传基础,其主效QTL和互作位点可能基于遗传背景的不同而相互转化。     

水稻低温发芽力QTL定位和遗传分析

以Kinmaze(粳稻)／DV85(籼稻)的重组自交系F10世代群体检测了影响水稻低温发芽力性状的数量性状基因座(QTL)。通过测定不同时期的低温发芽率,确定了15℃低温、第10d为检测低温发芽率的最适处理温度和时间,该条件下能够充分检测到品种的差异和分离群体的变异。通过设置对照,证明所检测的低温发芽率不受休眠及二次休眠的影响。15℃低温、第10d时,Kinmaze的发芽率达35％,DV85的发芽率只有7％,两亲本之间存在明显差异,该群体81个家系的低温发芽率变幅在0％～99％之间。QTL分析结果检测到5个与低温发芽力相关的基因座,分别位于第2、6、7、11和12染色体上。位于第2、6和11染色体上的qLTG-2、qLTG-6和qLTG-11贡献率分别为27．1％、17．1％和15．0％,对低温发芽力性状的增效基因来自DV85;位于第7、12染色体上qLTG-7和qLTG-12的贡献率分别为22．9％和8．8％,增效基因来自Kinmaze。其中,qLTG-6和qLTG-11在染色体上的位置与已报道的有关低温发芽力QTL位置相似,而qLTG-2、qLTG-7和qLTG-12为新检测的低温发芽力基因座。上位性分析结果显示,第3与第5染色体上存在影响低温发芽力的互作位点,其互作可以提高低温发芽力,而第7染色体上的两位点之间的互作降低了低温发芽力。     

河西绒山羊DRB3基因外显子2多态性分析

研究采用PCR-SSCP方法检测1 046只河西绒山羊DRB3基因第2外显子的多态性,并克隆、测序群体内变异产生的各等位基因,分析各等位基因间的遗传关系和进化意义。结果表明,河西绒山羊DRB3基因第2外显子表现了18个等位基因(LG001-LG018)控制的31个基因型,LG005为优势等位基因,LG005*005为优势基因型,18个单倍型序列分析发现44个核苷酸多态位点、29个氨基酸多态位点;与GenBank下载序列比对分析结果表明,16个DRB3的等位基因是本研究首次发现;DRB3基因遗传多态指数中,观察杂合度为0.269 6,多态信息含量为0.869 9,有效等位基因数为1.369 1;经χ2适合性检验,该群体偏离了Hardy-Weinberg平衡状态(P<0.05);18个DRB3基因外显子2的单倍型序列NJ系统发育树呈2支分化趋势。研究认为河西绒山羊DRB3基因第2外显子具有丰富的遗传多态性;河西绒山羊DRB3基因最初由2个等位基因突变分化成两大类等位基因。     

MC1R基因多态性与豚鼠隐性黄毛色的相关性分析

豚鼠Cavia porcellus的隐性黄毛色表型是由编码黑素皮质激素受体1(MC1R)的extension基因座位的等位基因e控制。本研究对野生型和黄毛色豚鼠MC1R基因位点所在区域进行PCR扩增与测序发现,在黄毛色豚鼠中存在1个2 760 bp的基因组缺失,该缺失涵盖了MC1R基因的整个编码区。采用三引物扩增体系对豚鼠MC1R基因缺失突变进行群体基因分型,在随机选择的58只野生型个体中,36只为EE纯合子,22只为Ee杂合子,而31只黄毛色个体均为ee纯合子;在15只测交后代中,8只黄毛色个体均为ee纯合子,而7只野生型个体均为Ee杂合子。基因分型结果表明,MC1R基因2 760 bp的缺失与隐性黄毛色完全相关。本研究为进一步探究MC1R基因在哺乳动物毛色遗传机制中的作用以及豚鼠的分子标记辅助育种提供了理论依据。     

不同供水条件下水稻幼苗根系形成的遗传分析

利用分子标记图谱对溶液培养与旱作培养（纸培养）下的水稻（Oryza sativa L.)幼苗的种子根与最长不定根长,不定根数,总根干重,根冠比等性状进行了基因定位与遗传分析。4种参数共检测到6个数量性状位点（quantitative trait loci,QTLs)与22对上位性互作位点,其中溶液培养中的最长不定根长,总根干重和旱作培养中的总根干重检测到的QTLs位点对总变异的贡献率分别为20％,23％和13％左右;旱作培养中的最长不定根长,不定根数,根冠比和溶液培养中的根冠比仅检测到上位性位点,对表型变异的贡献率在12％－61％之间,溶液培养与旱作条件下没有一个或一对检测到的QTL或互作位点完全相同,提示溶液培养和旱作条件下影响幼苗根系生长的遗传机制差异,上位性作用对旱作培养条件下的根生长具重要影响。     

小麦新材料“J—11”与黑麦可杂交性的遗传研究

新材料“J－11”比众所周知的高亲和性品系“中国春”具有明显更高的与黑麦的可杂交性,遗传分析表明,“J－11”与“中国春”的可杂交性基因一样表现为完全隐性,但控制“J－11”和“中国春”与黑麦可杂交性的基因型确实不相同,“J－11”除具有“中国春”的3对可杂交性基因,即5B上的kr1,5A上的kr2和5D上的kr3,外,还具有1个新的可杂交性基因kr4,位于1A染色体上,新基因kr4表现为强效,其效应比kr1的弱,但在kr2和kr3的强。小麦可杂交性基因间存在互作,表现为纯合隐性等位基因对其它显性等位基因的抑制作用,而纯合隐性等位基因的效应可加性。