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.     

利用目标区段剩余杂合系进行大豆开花期QTL的验证和精细定位

以成熟期Ⅴ组的Essex为母本,Ⅱ组的ZDD2315为父本和轮回亲本,创建114个单株的BC1F1群体;采用250个SSR标记,通过MAPMAKER3.0构建遗传图谱,覆盖大豆基因组2963.5 cM.采用WinQTLCart 2.5,IciMapping 2.0,MapQTL 5.0以及QTLnetwork 2.0 共4种软件的6种遗传统计模型对BC1F3家系的开花期表型数据,共检测到9个控制开花期的QTL.6个能被至少两种模型检测到;3个只被一种模型检测到,其中Flwdt7定位在C2 连锁群的Satt643和Sat_213之间,置信距33.8 cM,贡献率11.0%.为验证此结果,从BC1F5 家系中选择该区间附近标记杂合单株,经自交建立5个剩余杂合系(RHL),分别在7个位点上有分离.在检测遗传背景相对一致后将分离位点相同的合并,采用JoinMap  3.0构建该区段子图谱.用QTLnetwork 2.0 NWIM将Flwdt7定位在邻区间Satt277~Satt489,离两侧标记的距离分别为1.40和0.45 cM,置信距缩短为2.7 cM,贡献率上升为36.8%.再用RHL 标记等位变异分组差异显著性分析和目标区间近等基因系分析等方法验证了该结果.多种模型全基因组QTL初扫描基础上的目标区段剩余杂合系定位是一种有效的精细定位策略.     

利用目标区段剩余杂合系进行大豆开花期QTL的验证和精细定位

以成熟期Ⅴ组的Essex为母本, Ⅱ组的ZDD2315为父本和轮回亲本, 创建114个单株的BC1F1群体; 采用250个SSR标记, 通过MAPMAKER3.0构建遗传图谱, 覆盖大豆基因组2963.5 cM. 采用WinQTLCart 2.5, IciMapping 2.0, MapQTL 5.0以及QTLnetwork 2.0共4种软件的6种遗传统计模型对BC1F3家系的开花期表型数据, 共检测到9个控制开花期的QTL. 6个能被至少两种模型检测到; 3个只被一种模型检测到, 其中Flwdt7定位在C2连锁群的Satt643和Sat_213之间, 置信距33.8 cM, 贡献率11.0%. 为验证此结果, 从BC1F5家系中选择该区间附近标记杂合单株, 经自交建立5个剩余杂合系(RHL), 分别在7个位点上有分离. 在检测遗传背景相对一致后将分离位点相同的合并, 采用JoinMap®3.0构建该区段子图谱. 用QTLnetwork 2.0 NWIM将Flwdt7定位在邻区间Satt277~Satt489, 离两侧标记的距离分别为1.40和0.45 cM, 置信距缩短为2.7 cM, 贡献率上升为36.8%. 再用RHL标记等位变异分组差异显著性分析和目标区间近等基因系分析等方法验证了该结果. 多种模型全基因组QTL初扫描基础上的目标区段剩余杂合系定位是一种有效的精细定位策略.     

水稻5个形态性状显著相关性的分子基础剖析

为了加深理解水稻性状相关的遗传基础,用一个以HR5和珍汕97杂交构建的重组自交系群体(F6和F7)检测控制主效QTL和上位性QTL.两年中,5个形态性状,即抽穗期(HD)、株高(PH)、穗长(PL)、剑叶长(FLL)和剑叶宽(FLW)呈现高度的正相关.每个性状检测到4～8个主效QTL.剑叶长、抽穗期、剑叶宽和穗长分别检测到1,4,4和5个双位点互作QTL(E-QTL).除了E-QFll1,每个E-QTL解释性状变异低于3%.对QTL定位结果进行了比对以便剖析性状相关的遗传基础,发现具有多效性的主效QTL和紧密连锁的QTL簇是性状相关的主要遗传基础.没有检测到上位性互作QTL(E-QTL)具有多效性.尽管上位性互作QTL也在单个性状的遗传基础中起重要作用,但对性状相关贡献不大.     

动态性状基因座的复合区间定位

动态性状因其广泛性和重要性而备受动植物遗传育种研究者关注. 用分子遗传学方法探索该类性状的遗传机制已成为一个极富挑战性的研究课题. 将关于时间(测定日期)的Legendre多项式镶嵌在遗传模型的每个遗传效应中, 以刻画QTL和协同因子对动态性状变化过程的作用, 从而建立动态性状基因复合区间定位分析的数学模型. 利用复合区间定位策略的优势, 提高对控制动态性状多个QTL的检测效力. 以F₂设计群体为例, 阐述了动态性状基因复合区间定位的似然分析原理, 推导了参数似然估计的EM法两步求解过程. 模拟实验证明, 相同设计条件下, 复合区间定位对分布在同一连锁群上多个影响动态性状QTL的检测效果明显好于区间定位; 随着协同因子数目的增加, 复合区间定位不但能检测出更多的甚至所有的QTL, 而且对每个QTL分辨得更加清楚. 在实际应用过程中, 应针对动态性状的变化规律, 并考虑计算成本恰当地选择协同因子数目.     

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.     

一个水稻窄叶突变体的鉴定和基因定位

从粳稻品种“中花11”转基因后代中发现了一个窄叶突变体. 突变体表现为植株矮化、生育期延迟、叶片变窄及内卷和结实率降低等一系列突变表型. 窄叶突变体的剑叶在饱和光下净光合速率显著低于野生型, 在灌浆期剑叶的气孔导度和蒸腾速率也明显低于野生型. 遗传学分析表明, 该窄叶突变体表型受一对隐性核基因控制. 通过对突变体T₁代和T₂后代的分子检测发现, 该突变体表型非T-DNA插入引起. 利用籼粳杂交F₂群体对突变体位点进行了基因定位, 将其定位在第12染色体长臂上SSR标记RM7018和RM3331之间. 与经典的形态标记nal3(cul3)位于相同染色体区段, 故将该突变体暂定名为nal3(t). 随后, 利用已公布的水稻序列和SSR标记, 开发了6对新的STS标记, 进一步将窄叶基因nal3(t)定位在NS10和RH12-8之间, 遗传距离分别为0.58和0.26 cM, 物理距离约136 kb, 为进一步克隆nal3(t)打下了基础.     

水稻雄性不育突变体OsMS-L的遗传与定位分析

通过对粳稻9522辐射诱变, 得到一隐性核不育的水稻雄性不育突变体OsMS-L, 对OsMS-L进行组织切片观察发现, 在小孢子时期绒毡层不退化, 小孢子不能发育成花粉粒. 花粉发育后期绒毡层异常增大, 小孢子破碎. OsMS-L与籼稻龙特甫B杂交, 自交获得F2代分离群体进行遗传定位. 通过遗传定位方法, 首先将突变基因座位定位在水稻第2染色体SSR标记RM109和RM7562之间. 为了对OsMS-L座位进行精细定位, 我们在RM109和RM7562之间发展了11对有多态性InDel分子标记, 将该基因座位定位在LHS10和LHS6之间, 距离二者都为0.4 cM, 物理距离为133 kb, 为最终克隆OsMS-L基因奠定了基础.     

利用QTL定位分析水稻的稻瘟病抗性基因

水稻对稻瘟病小种的抗性常表现为多基因的数量性状, 而众多易变稻瘟病小种的存在, 使得水稻的抗性研究进展缓慢. 为了探讨抗性基因座的分布及相互作用, 选择20个稻瘟病生理小种, 接种源于ZYQ8/JX17的双单倍体分离群体, 利用Cartographer QTL作图软件, 鉴定出124个抗性QTL, 分别位于12条染色体72个标记区间100个位置上. 其中小种HB97-36-1鉴定出16个QTL, 1个小种未鉴定出任何抗性基因座, QTL对表型变异的贡献率介于3.52%~68.64%之间. 有82个QTL (66.13%) 的抗病等位基因源于抗病亲本ZYQ8, 42个QTL(33.87%) 的抗病等位基因源于感病亲本JX17. 多数鉴定的抗性QTL分布于已定位的主效基因附近, 其中位于第1, 2, 8, 10和12染色体上的基因座较为集中, 分布呈簇状. 比较基因座的位置发现, 1个抗性基因座可以对几个不同的生理小种表现抗性, 但抗性的效率不同.     

利用微卫星标记定位水稻红莲型细胞质雄性不育恢复基因

以 (丛广 41A×密阳 2 3)×丛广 41B回交群体为基因定位群体 ,采用群分法 ,对红莲型细胞质雄性不育恢复基因进行了定位 .在 1 5 9对微卫星引物中 ,微卫星标记RM2 5 8与红莲型细胞质雄性不育恢复基因连锁 ,从而将该基因定位于水稻第 1 0染色体上 ,距RM2 5 8约 7.8cM ,恢复基因在染色体上可能是成簇分布的     

水稻幼穗分化受阻突变体lhd的遗传分析与基因定位

从圭630/台湾粳的F1花药培养后代群体中发现了水稻幼穗分化受阻突变体lhd(leafy head), 其植株明显矮化, 叶片细小且丛生, 始终停留在营养生长阶段.遗传分析表明, lhd受一对隐性基因控制, 该突变基因拟命名为lhd(t).显然, LHD(t)是控制花序分化的关键基因.以lhd杂合体与明恢77和京花8号杂交, 建立了2个F2群体.在与京花8号杂交的F2群体中, 部分lhd植株表现出"中间类型", 说明遗传背景会影响突变性状的表现.利用已公布的水稻RM系列SSR标记及自行设计的SSR标记, 结合BSA和突变株(共498株)分析, 将LHD(t)基因定位在第10染色体长臂端, 其中标记SSR1, RM269, RM258, RM304和RM171位于一侧, 与LHD(t)的图距分别为6.4, 16.6, 18.4, 22.2和26.3 cM; SSR4和SSR5位于另一侧, 与LHD(t)的图距分别为0.6和2.2 cM.该结果为进一步对LHD(t)的克隆和表达研究奠定了基础.     

水稻半矮秆基因sd-g的精细定位

矮秆基因的发掘、研究和利用是水稻株型改良育种和植物生长发育分子生物学研究的重要基础. 利用新桂矮双矮与02428杂交产生的F₂群体对sd-g进行了精细定位. sd-g基因首先被定位在水稻第5染色体上微卫星标记RM440和RM163之间, 遗传距离分别是0. 5和2.5 cM. 为了进一步精细定位sd-g基因, 利用已经公布的水稻基因组序列, 在sd-g基因附近区域寻找微卫星序列并发展新的标记, 在RM440和RM163之间发展了9个微卫星标记. sd-g基因被进一步定位在SSR5-1和SSR5-51之间, SSR5-1与sd-g之间距0. 1 cM, SSR5-51与sd-g之间相距0. 3 cM, 而SSR418与sd-g表现为共分离. 以此为基础, 构建覆盖sd-g基因区域的BAC重叠群, sd-g基因被定位在AC105319约85 kb的区段上, 这为sd-g基因的图位克隆奠定了基础.     

关联图分析: 一种基于连锁图的QTL综合分析方法

通过统合分析整合多个独立实验QTL (quantitative trait locus)定位结果获得的一致性QTL, 可为标记辅助育种和基因图位克隆提供坚实基础. 但是这种方法没有充足的生物学背景支撑, 而且遗传图谱间不同映射会严重影响分析结果. 为此, 本文提出一种基于连锁图的QTL综合分析法, 简称关联图分析. 首先, 利用连锁群构建图模型; 然后, 利用非监督分类法来寻找基因组间具有模式性共分离趋势的标记区间; 最后, 通过频繁集挖掘法对这些标记区间挖掘以获得与 QTL 紧密连锁的分子标记(区间). 新方法通过Monte Carlo模拟研究和3个棉花QTL定位结果的综合分析予以证实. 新方法的优点在于: 不需要构建参考图谱; 利用基因组间的分子标记模式性共分离趋势来查找特异性QTL, 在一定程度上排除了初始QTL的干扰; 通过非特异性QTL获得的具有潜在育种价值的分子标记, 在作物育种上更有利用价值.     

一个水稻卷叶突变体rl_(11(t))的遗传分析和基因定位

水稻叶片形态相关突变体的挖掘是进行水稻功能基因组学研究和株型改良的重要基础.本研究从60Co-γ辐射的籼稻粤丰B后代中鉴定一个卷叶突变体,命名为rl11(t),该突变体表型为株高降低、叶片卷曲变窄、叶脉数目减少且发育异常,同时对生长素的敏感性降低.遗传分析表明,该突变性状受一个隐性单基因控制.利用SSR标记将卷叶基因定位在位于水稻第4染色体上RM6089和RM124之间,在该基因附近区域发展了32对新的STS标记,将Rl11(t)精细定位在BAC克隆AL606645上STS4-25和STS4-26之间,物理距离约为31.6kb,为最终克隆目标基因奠定了基础.     

水稻散生突变体的遗传和基因定位研究

分蘖角度是构成水稻理想株型和高产育种的重要农艺性状之一. 通过对水稻散生突变体的遗传学分析认为, 该散生表型受一隐性核基因控制, 与已报道的水稻散生突变体la等位, 故将此突变体命名为la-2, 而原突变体被重新命名为la-1. 利用la-2与w11和浙福802分别杂交产生的F₂群体对LA位点进行遗传定位, 发现其与第11号染色体上的微卫星标记RM202和RM229连锁, 遗传距离分别为10.0和8.0 cM. 通过进一步在两标记间发展的6个新的分子标记, 将该基因精确地定位于约0.4 cM的区间. 为进一步克隆LA基因和探讨水稻分蘖角度的控制机制奠定了良好的基础.     

水稻类病变突变体lmi的鉴定及其基因定位

水稻类病变突变体lmi(lesion mimic initiation)是从γ射线诱变的籼稻品种中籼3037的后代中发现的,属于起始型的类病变突变体. 无菌培养、台盼蓝染色及遮光实验表明, 该突变体受光照控制细胞自主性死亡. 遗传分析表明, 该突变性状由一对隐性基因控制. 利用lmi和93-11杂交的F2群体对lmi基因进行初步遗传定位, 发现该基因定位于水稻第8号染色体着丝粒附近的两个微卫星分子标记RM547和RM331之间, 与两者遗传距离分别为1.2和3.2 cM. 进一步利用这两个标记之间发展的CAPS标记 C4135-8, C4135-9及C4135-10对lmi基因进行精细的遗传定位, 结果表明, lmi基因与标记C4135-10共分离. 这一结果为克隆lmi基因奠定了基础.     

作物QTL定位方法研究进展

论述了数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)定位方法的产生与发展; 重点介绍了近几年提出的一些QTL定位方法, 包括多QTL定位、QTL精细定位与动态性状的QTL定位等; 展望了QTL定位方法的可能发展方向, 包括育成品种群体新基因发掘的统计方法、表达数量性状基因座(expression quantitative trait locus, eQTL)定位方法、遗传交配设计的QTL定位方法以及生活力基因定位方法等. 目的在于引导植物遗传工作者在进行数量性状遗传分析和种质资源新基因挖掘等研究时选用适宜的统计方法, 以揭示出更多的潜在遗传信息.     

水稻茸毛基因GL6的遗传学分析与精细定位

叶片表面茸毛是水稻形态学特征上的一个重要农艺性状,对水稻的生长及生理特性有着重要的影响.应用叶片具有茸毛特征的水稻品种75-1-127,无茸毛水稻品种明恢63,光身稻品种Lemont,9311分别杂交产生F1及F1自交产生的F2群体对水稻茸毛基因进行遗传学分析,结果表明,水稻茸毛性状为一对细胞核基因控制的显性性状.应用75-1-127/明恢63的F2隐性分离群体,结合分离群体分析法(BSA)和隐性群体分析法(RCA),并通过Mapmaker3.0/MapDraw软件分析,将水稻茸毛基因GL6初步定位在水稻第6号染色体上,位于SSR标记RM20491和RM20547之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为7.2和2.2cM.进一步构建大的F2分离群体并同时挖掘新的SSR标记及插入缺失InDel标记用于茸毛基因GL6的精细定位,将茸毛基因GL6精细定位在插入缺失标记InDel-106和InDel-115之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为0.3和0.1cM,结合GeneBank数据库分析,在该精细定位区域内,对应粳稻日本晴和籼稻9311的物理距离分别为79和116.82kb,分别注释有7个和8个预测基因,为进一步的基因克隆和功能研究奠定了基础.     

携带主效落粒基因的水稻染色体片段代换系Z481的鉴定及和SH6(t)定位

落粒性是水稻非常重要的农艺性状,适度落粒有利于减少产量损失和水稻机械化收割,提高生产效率.因此鉴定落粒基因对水稻生产具有重要意义.本研究以日本晴为受体亲本、优良恢复系R225为供体亲本,采用高代回交和SSR标记辅助选择相结合的方法,鉴定了一个携带易落粒主效单基因的水稻染色体片段代换系Z481.Z481含有4个染色体代换片段,位于第1,3,6染色体上,其代换片段长度分别为8.30,6.17,3.12和10.79 Mb,平均为7.10 Mb.与受体日本晴相比,Z481的株高、穗长、倒一节间长、倒二叶宽显著降低,剑叶宽和结实率显著增加,其他重要农艺性状如叶长、有效穗数、每穗粒数和千粒重均无显著差异.扫描电子显微镜观察表明Z481的护颖和枝梗之间的离层在成熟时期已被完全降解,而日本晴的离层完整,在细胞学上解释了Z481易落粒性产生的原因.进一步利用日本晴与Z481杂交产生的F_1和F_2群体对易落粒基因进行了遗传分析和分子定位.该易落粒性状受单基因隐性调控,最终将该基因定位于第6染色体RM253和ZTQ53之间824 kb的区域,暂命名为SH6(t).目前,在第6染色体尚无落粒基因克隆的报道.由于染色体片段代换系除代换片段外与受体亲本的遗传背景一致,且Z481易落粒遗传行为简单,基本未携带育种不利性状.因此,本研究无论对SH6(t)的克隆,还是进行基因聚合育种培育适度落粒新品种均具有重大利用价值.     

水稻苗期低温失绿基因cisc(t)的精细定位及其候选基因的确定

籼稻品种Dular在低温条件下幼苗会表现失绿. 前期遗传研究表明, 这种低温失绿的表型是由一个隐性基因控制的, 该基因初步定位在第9染色体长臂的SSR标记RM257和RM242之间, 将该基因暂命名为cisc(t). 本研究在前期初步定位的基础上, 利用粳稻品种Lemont (低温条件下幼苗表现正常绿色)与Dular杂交, 构建了一个很大的F2群体, 将cisc(t)基因精细定位在一个12 kb的区间内. 该区间只含有一个注释基因, 编码一个三角状五肽重复区(PPR)蛋白. 测序结果表明, Dular在该基因的第60位碱基处缺失了8个碱基, 造成移码突变而失去正常功能. 这与Dular表现白化突变表型相吻合. 而且, 前人研究表明, 许多植物的幼苗失绿突变性状与PPR蛋白有关. 因此, 将该基因确定为cisc(t)的候选基因.