低温条件下水稻发芽力QTL的定位分析

采用典型的籼粳交（ZYQ8／JX17）的花药培养DH群体为材料,在15℃的条件下对水稻发芽力进行研究,发现该DH群体的灿、粳双亲在低温条件下的发芽力存在明显差异,6－11d,ZYQ8的发芽率比JX17高;12－16d,JX17的发芽率比ZYQ8高,用该群体构建的分子连锁图谱进行了发芽力逐日数量性状座位（QTL）分析,共检测到2个QTL,其中位于第9染色体C397B和RZ617B之间的qLTG-9在8－11d检测到其加性效应均为正值,即来自JX17的等位基因有利于提高发芽力;位于第4染色体RG908和CT563之间的qLTG-4在12－16d检测到其加性效应均为负值,即ZYQ8的等位基因提高发芽力。2个QTL表面时间不同,显示了低温条件下发芽力遗传机制的复杂性。     

应用RAPD标记快速鉴定水稻的抗稻瘟病基因

稻瘟病是水稻的一种主要病害.由于稻瘟病菌(Pyricularia oryzae Cuv.)生理小种的多样性和小种致病性的不断变化,使得选育抗谱广、抗性稳定的水稻品种成为一大难题.转育(或选择)含多个抗性基因的品种是解决这一问题的有效途径.然而,不同的抗病基因对某个生理小种的反应可能完全一致,因此,传统的靠接种进行观察选择很难达到选择多个抗性基因的目的.此外,直接进行人工接种,显然受到时间和环境的影响,因而选择的准确性不高.     

多基因聚合改良杂交稻恢复系福恢676的稻瘟病抗性

福恢676是一个综合性状优良但稻瘟病抗性不强的杂交水稻恢复系,该父本已测配育成的18个杂交稻品种通过了省级以上品种审定.为了改良其稻瘟病抗性,延长该恢复系在生产上的应用期限.以携带3个稻瘟病抗性基因(Pi-1、Pi-9和Pi-k^h)的优质恢复系金恢1059为供体亲本,以福恢676为轮回亲本,通过回交导入、分子标记辅助选择及田间稻瘟病抗性鉴定相结合的方法,选育出5个抗病的稳定株系,其中3个株系聚合了Pi-1、Pi-9和Pi-kh.对这5个株系的综合农艺性状、品质和配合力等进行系统比较,并结合稻瘟病抗性鉴定.结果表明,与福恢676相比,改良株系及其与广8A、荃9311A和广占63-4S等不育系配制的杂种F1均表现出稻瘟病抗性明显增强,而其中株系6综合表现最优,遗传背景恢复率为97.1%,且其生育期、株高等主要农艺性状与福恢676测配组合无显著差异,但产量有所提高,品质得到改善.改良的株系6保留了福恢676产量高、恢复力强、配合力好等优良特点,品质有所提升,具有较好的应用前景.     

水稻受稻瘟病菌诱导基因的分离和克隆

利用一对抗瘟性近等基因系(Near-isogenic lines, NILs)H7R(抗病)和H7S(感病),经稻瘟病菌小种早期诱导,提取RNA,进行mRNA差异显示(Differential display,DD)分析.在获得多个DD片段的基础上,经PCR重扩增、Sourthern杂交粗筛及Northern blotting进一步鉴定.阳性片段克隆于PGEM-T载体,经序列测定,国际联网查询,已获得两个受稻瘟病菌诱导的水稻新基因cDNA片段克隆. 在我国,Magnaporthe grisea是水稻稻瘟病的主要病害菌,由于生理小种的复杂性,抗病品种的抗性丧失已成为传统育种的一大难题.国际上对采用基因工程改良水稻的抗瘟性越来越重视并已成了各国竞争的热点.然而期望通过RFLP基因定位,并借助图谱克隆抗瘟性基因尚需多年的工作和大量的投入.此外,对于水稻与稻瘟病菌之间“基因对基因”的互作在分子水平上尚缺乏了解.本研究采用了本实验室完善的mRNA差异显示技术体系,在国际上首次用DD方法,鉴定和克隆受稻瘟病菌诱导的新的水稻抗瘟性和防卫反应候选基因.     

玉米抗纹枯病QTL分子标记定位

用抗玉米纹枯病自交系CML270和感病自交系478的(CML270×478)×CML270 BC_1∶2群体共322个株系为作图和定位群体, 构建了125个SSR标记位点的遗传连锁图谱, 覆盖玉米基因组1939.0 cM, 平均图距15.5 cM. 采用复合区间定位分析, 检测到玉米纹枯病抗病指数主效QTL位点3个, 2个位于第1染色体, 1个位于第7染色体上, 它们分别能解释表型变异的18%~20%; 控制株高的QTL位点7个, 分别位于第3~6染色体上, 控制“穗位高”的QTL位点5个, 分别位于第3, 4, 6染色体上. 自交系CML270玉米纹枯病抗性主效QTL真实存在, 抗性与植株高度遗传上不存在连锁关系, 为玉米纹枯病分子标记辅助选择(MAS)和抗性基因分离与克隆提供了技术和材料支撑.     

水稻“抗癌”新因子bsr-d1

稻瘟病被称为水稻"癌症",严重危害水稻的产量和品质,应用广谱持久抗稻瘟病基因是抵御稻瘟病侵害最有效的方法之一。利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)结合重组自交系遗传群体共相关分析,从广谱持久高抗稻瘟病水稻材料"地谷"中鉴定并获得了一个广谱抗病遗传位点bsr-d1。bsr-d1通过调控过氧化氢酶基因的表达调节H_2O_2的积累,从而影响水稻的稻瘟病抗性。bsr-d1提高稻瘟病抗性的同时,对水稻产量和品质影响不明显,因此在水稻抗病育种中具有广阔的应用前景。     

江西东乡野生稻孕穗开花期耐冷基因定位

利用桂朝2号和江西东乡野生稻构建的高代回交群体, 对东乡野生稻孕穗开花期耐冷性QTL进行了分析. 在第1, 6和11染色体上定位了3个影响孕穗开花期耐冷性QTL, 其中2个QTL位点来自野生稻的等位基因能提高回交群体孕穗开花期的耐冷性. 在第5染色体上定位了1个育性主效QTL, 来自野生稻的等位基因使回交群体的结实率降低78%.     

水稻化感作用的遗传分析

以典型的籼/粳交(窄叶青8号/京系17)DH群体为材料, 系统考察了123个DH株系幼苗叶片的水溶性提取物对莴苣根系生长的抑制作用, 并以此进行了水稻化感作用的数量性状位点(QTLs)分析. 共检测到4个与水稻化感作用相关的QTL, 它们分别位于第3, 9, 10和12染色体上, 其LOD值分别为3.40, 2.68, 2.75和3.08; 其中, 第3和10染色体上的QTL加性效应分别为1.65和1.43, 第9和12染色体上的QTL加性效应分别为-1.44和 -1.58. 另外, 还对3份普通材料的化感特性进行了比较.     

稻瘟病菌新无毒基因AvrPi7的遗传及物理作图

稻瘟病是目前最具毁灭性的作物病害之一. 本研究通过由田间菌株CHL346和CHL42杂交得到的189个子囊孢子菌株构建的分离群体, 在亲本菌株CHL346中鉴定到了与水稻稻瘟病抗性基因Pi7对应的无毒基因AvrPi7. 为了确定AvrPi7位点的染色体位置, 本研究开发了一套基于稻瘟病菌测序菌株70-15全基因组序列的121个微卫星(simple sequence repeat, SSR)标记. 利用这些SSR标记对AvrPi7位点进行了连锁分析. 结果表明, 位于第1染色体的8个SSR标记与该无毒基因连锁, 其中2个最近的侧翼标记MS1-9和MS1-15分别距离AvrPi7位点3.2和16.4 cM. 为了进一步完成该位点的精细作图, 在MS1-9和MS1-15的侧翼区域进一步开发了8个SSR标记和3个候选无毒基因(candidate avirulence gene, CAG)标记. 通过对这些标记的连锁分析, AvrPi7位点被界定于标记MS1-21和MS1-22之间1.6 cM的区域内, 并与标记CAG2共分离. 为了构建该无毒位点的物理图谱, 通过生物信息学分析(bioinformation analysis, BIA), 将与该基因连锁的分子标记分别着陆于参考菌株70-15的超重叠群(supcontig)上. AvrPi7位点最终被界定在标记MS1-21和MS1-22之间的75 kb区段内. 本研究的结果对于进一步了解真菌中普遍存在的重组不平衡和部分二倍体等现象, 以及对该基因进行克隆及其功能研究具有重要意义.     

玉米RFLP遗传图谱的构建及矮生基因定位

以 792 2× 5 0 0 3的杂交F2 作为构图群体 ,构建了具 85个RFLP标记的玉米遗传图 ,覆盖玉米基因组的 1 82 7.8cM ,标记间平均间距为 2 4.4cM .田间采用 1 0× 1 1简单矩形格子设计考察了 1 0 6个F2∶3 家系的株高 ,利用区间作图法分析了影响株高的数量性状基因座位 (QTL) ,可将自交系 5 0 0 3的致矮作用剖分为 5个QTL ,其中 2个为主效QTL ,1个是具增效作用的ph1 ,位于第 2染色体上 ,可解释表型变异的 5 1 .8% ;另 1个是具致矮作用的ph3,位于第 5染色体上 ,与矮生突变基因bv1的图位相同或相近 ,可解释表型变异的 38.6 % .     

水稻第1染色体千粒重QTL的遗传分解

千粒重是提高水稻增产潜力和改良稻米品质的重要因素之一. 本研究在千粒重QTL qTGWT1-1初定位的基础上, 利用分别在第1染色体短臂RM1-RM3746和RM151-RM243区间内呈杂合而背景纯合的2个水稻剩余杂合体(residual heterozygous line, RHL), 衍生两个F6群体. 对千粒重QTL进一步分析, 在初定位的QTL qTGWT1-1所在区间检测到两个效应大小相近、方向一致的紧密连锁QTL Gw1-1和Gw1-2. 应用SSR标记检测, 从其中一个RHL衍生群体中筛选到杂合区间分别为RM151~RM10404, RM10381~RM243, RM10435~RM259和RM10398~RM5359的4个单株. 应用SSR标记进一步检测4套F2群体, 从每套F2群体中分别筛选到母本珍汕97B和父本密阳46纯合型材料各10株, 自交获得4套近等基因系材料并考察其千粒重. 利用交迭重组染色体片段代换系分析法, 将千粒重QTL Gw1-1和Gw1-2分别界定于392.9 kb的RM10376~RM10398区间和308.5 kb的RM10404~RM1344区间, 增效等位基因均来自母本珍汕97B, 两个QTL之间表现为积加作用. 这两个QTL的遗传分解为其克隆及水稻产量和品质的分子育种奠定基础.     

玉米产量及构成因子主效和上位性QTL的全基因组扫描分析

在此前构建的含174个分子标记的连锁图基础上, 新增31个分子标记, 并利用统计分析的方法对基因型数据进行检测, 剔除基因型明显有误的数据, 构建了共包含205个分子标记, 平均间距为11.2 cM, 覆盖玉米全基因组10条染色体的分子标记连锁图. 基于统计学的基因型数据检测, 能显著提高连锁图构建的准确性. 结合一年两点6个重复的田间实验, 利用软件R/qtl进行主效和上位性QTL分析, 同时利用多区间作图法(MIM)验证主效QTL和主效QTL互作的真实性和位置. 通过MIM方法, 检测到控制产量、行粒数、行数和百粒重的主效QTL分别为5, 5, 7和5个, 分别能解释35.3%, 37.4%(含1个互作QTL), 61.5%和39.7%的遗传变异; 除行粒数的2个QTL之间存在显著性互作之外, 其他性状的主效QTL之间都没有检测到显著性互作存在. 同时, 还检测到24个上位性互作QTL, 这些QTL涉及的位点几乎分布于所有10条染色体. 这些互作QTL以主效QTL与无显著效应基因座之间的互作居多, 对所有4个性状而言比例接近三分之二. 这也说明主效QTL除了单独起作用之外还可以通过与其他没有显著效应的基因座之间互作来影响性状表达. 结果表明, 上位性QTL在玉米产量性状的遗传中可能与主效QTL一样也起着重要的作用.     

基于玉米综合QTL图谱的比较分析及株高QTL的统合分析

以高密度遗传图IBM2 Neighbors整合公开发表的、控制68个性状的1201个玉米QTL, 构建了用于分子标记发掘、QTL定位、基因克隆及分子标记辅助选择的综合图谱, 并将结果融入本地化数据库CMap软件. 利用CMap比较玉米QTL综合图和水稻QTL图谱发现, 玉米和水稻QTL成簇分布具有普遍性; 22个玉米株高QTL与64个水稻株高QTL位于标记水平上的共线性区域, 43个玉米产量QTL与7个水稻QTL位于标记水平上的共线性区域. 以控制玉米株高的QTL为例, 利用overview的分析方法对127个QTL进行优化, 定位了40个“真实”QTL, 提高了QTL定位的准确性和有效性, 发现了玉米和水稻株高相关QTG (quantitative trait gene)的候选基因. 本研究为大量玉米QTL信息的有效利用搭建了重要的生物信息学平台.     

水稻抗稻瘟病及高氨基酸突变体离体筛选的初步研究

近年来,国内外利用细胞诱变离体筛选生物技术,已经先后获得烟草、马铃薯、番茄、玉米、水稻、油菜、大豆、甘蔗、小麦、胡萝卜、苜蓿和小黑麦等作物抗性突变体以及水稻、玉米、烟草高氨基酸突变体。但有关后代抗性遗传的研究报告并不多见。最近,我国上海市农科院郑祖玲等指出,稻瘟病菌粗毒素提取液对粳稻花药培养具有抑制效应,可作为培养基的外源添加物筛选抗病突变体.在近年来研究的基础上,简要报道利用水稻体细胞和花粉性细胞无性系离体筛选以及花药培养抗性筛选,获得15个抗稻瘟病和9个高氨基酸突变体的研究结果。     

陆地棉遗传标准系TM-1背景的海岛棉染色体片段置换系的培育

染色体片段置换系(chromosome segment substitution lines, CSSL)基因组内只含有一个来自供体亲本的染色体片段, 而基因组的其余部分与轮回亲本相同, 并能把QTL拆分为单个的孟德尔因子, 因此CSSL是进行基因组分析, 特别是QTL分析的理想材料. 本研究以陆地棉遗传标准系TM-1为受体亲本, 海岛棉海7124为供体亲本在BC₅S₁代借助分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)培育了一套染色体片段置换系. 这套置换系由330个株系构成; 1~4个不同的株系携带相同的染色体片段, 置换片段的平均长度为10.9 cM, 总长度为5271.9 cM, 是棉花基因组总长度3514.6 cM的1.5倍. 每个株系内被替换的染色体片段长度不一, 最短为3.5 cM, 最长为23.2 cM. 由于还有些区段缺失供体亲本的染色体片段, 所以这个替换系群体没有完全覆盖棉花基因组.     

一个小麦强优势组合的杂种优势遗传基础解析

北方冬麦区骨干亲本农大3338与京冬6号组配的杂交F1代,在株高和千粒重等方面表现较强的中亲杂种优势.为解析该组合杂种优势形成的遗传基础,利用农大3338和京冬6号构建了双单倍体(doubled haploid, DH)群体,并利用DH群体衍生了一套包含283个杂交组合的小麦永久F₂群体,在两个不同环境下进行杂种优势评价.利用包含单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)和简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)分子标记的高密度整合遗传连锁图谱,基于完备区间作图法,对永久F₂群体在两个环境下的株高、千粒重、中亲优势值和相应的BLUP值进行全基因组数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)定位和上位性互作分析.共检测到32个株高QTL和25个千粒重QTL,分别解释0.54%～36.05%和0.87%～25.78%的表型变异,包含加性效应、显性效应和超显性效应位点,其中2D、4B、4D和6A染色体上存在稳定主效QTL,主要以加性效应为主....     

水稻硅含量QTL qHUS6.1 的精细定位

硅是水稻的有益元素之一. 针对位于水稻第6 染色体短臂的谷壳硅含量QTL qHUS6.1, 从前期建立的剩余杂合体衍生群体自交后代中, 经目标区间的13 个SSR标记检测, 挑选出杂合区间彼此交迭的3 个剩余杂合体, 构建了3 套近等基因系. 在田间种植条件下, 测量成熟后水稻谷壳、剑叶和茎秆的硅含量. 表型分布和方差分析结果都显示, 异质区间为RM19410~RM5815 的近等基因系具有显著的基因型效应, 而异质区间为RM4923~RM19410 和RM19417~RM204 的近等基因系未呈显著变异. 经比较, 将qHUS6.1 定位在RM19410 和RM19417 之间约64.2 kb, 含9 个候选基因的区域内, 该QTL 作用较强且同时控制水稻谷壳、剑叶和茎秆硅含量, 增效等位基因来自父本密阳46, 总体上呈加性遗传. 本研究为qHUS6.1 的克隆奠定了基础, 并为QTL 精细定位材料的构建和应用提供了新思路.     

粳稻云引稻瘟病抗性近等基因系与免疫应答相关的LRR-RLKs差异基因分析

在广谱抗稻瘟病品种云引与普感稻瘟病品种丽江新团黑谷(Lijiangxintuanheigu, LTH)构建的近等基因系抗、感病子代基因组重测序的差异基因中,从与免疫应答(immune response)相关的分类单元里得到8个基因序列有差异的基因.它们都为编码富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶基因,并聚集于11号染色体的邻近位置,且与已知的白叶枯病抗性基因Xa21具有一定同源性.为进一步探究这些类受体蛋白激酶类基因在稻瘟病抗性中可能发挥的功能,我们分析了这些基因的结构、进化及抗感子代间的序列差异类型,同时还分别采用离体和喷雾接菌的方式对云引和LTH进行稻瘟病接种并取样.通过实时荧光定量PCR(quantitative real time polymerase chain reaction,q RT-PCR)发现,部分基因能受到稻瘟病菌的诱导,推测它们可能在水稻对抗稻瘟病病菌中发挥一定作用,为进一步挖掘稻瘟病相关抗性基因奠定基础.     

水、旱稻根系性状与抗旱性相关分析及其QTL定位

以粳型旱稻品种IRAT109和粳型水稻品种越富杂交产生的包含116个DH株系的群体为材料, 构建了一个含165个标记(94个RFLP标记和71个SSR标记)的水稻分子连锁图. 在根管培养条件下, 考查了分蘖期DH群体及其亲本的根数、根基粗、最长根长、根鲜重、根干重、根茎鲜重比及根茎干重比等性状. 在旱田、水田条件下考查了DH群体的单株产量, 计算抗旱系数(旱田单株产量/水田单株产量). 相关分析结果表明, 根基粗、最长根长与抗旱系数呈显著正相关, 根数与抗旱系数呈极显著负相关. 抗旱性强的材料在根系性状上主要表现为根粗较粗、根系较长和根数较少等特点. 利用QTLMAPPER version1.0定位了控制根系性状的QTL, 并进行了QTL与环境互作分析. 共检测到控制7个根系性状的18个加性QTL和18对上位性QTL. 发现了一些贡献率较高、无环境互作的QTL. 控制最长根长的1对上位性QTL mrl3和mrl8对表型变异的贡献(简称贡献率)为21.51%, 控制根基粗的1对上位性QTL brt3和brt11a贡献率为13.03%, 控制根鲜重和根干重的1个加性和1对上位性QTL贡献率分别为13.50%和25.64%. 共检测到9个加性QTL和2对上位性QTL存在环境互作. 其中根基粗、最长根长没检测到环境互作QTL. 此外, 根据QTL的贡献率大小、与环境互作大小和与抗旱系数的连锁关系等, 分析了一些重要QTL应用于稻作抗旱分子育种的可行性.     

水稻水分利用效率性状的QTL 分析

水分利用效率(water use efficiency, WUE)育种有助于通过节水灌溉缓解用水短缺的问题. 但是WUE是一个复杂的数量性状, 许多研究者并不直接地检测这一指标. 本研究通过精细定量 水分供应实验, 利用由1 种籼稻型水稻材料和1 种粳稻型旱稻材料杂交后产生的重组自交系, 探 寻水稻WUE 的遗传机理. 对抽穗期(heading date)、单日耗水量(water/d)、地上部干重单日累积 量(shootw/d)、根重单日累积量(rootw/d)、籽粒重单日累积量(kernelw/d)、整株单日水分利用率 (WUEwhole/d)、地上部干重单日水分利用率(WUEup/d)、产量单日水分利用率(WUyield/d)、单 日经济系数(econindex/d)和单日根冠比(ratio/d)等11 个性状进行了统计学分析和QTL 定位. 结果 表明, 大部分性状极显著相关. 利用复合区间作图法检测出与econindex, econindex/d, WUEyield, WUEyield/d, WUEup, WUEup/d, WUEwhole, WUEwhole/d, kernelw, kernelw/d, rootw和water/d 等 12 个性状相关的24 个QTL, 分布在第1, 2, 4, 6, 7, 8 和12 染色体上. 每个QTL 解释了 54.97%~10.78%的表型变异. 这些结果为水稻WUE 的分子标记辅助选择和遗传基础的进一步解 析提供了有价值的信息.