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....     

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.     

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.     

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.     

谷物胚乳性状数量基因定位新方法

谷类作物胚乳性状的遗传表达, 可能同时受三倍体的胚乳基因型和二倍体的母体基因型控制. 然而, 迄今关于胚乳性状数量基因座(QTL)作图的统计方法均忽略了QTL可能存在的母体效应. 将二倍体母体性状的数量遗传模型与三倍体胚乳性状的数量遗传模型相结合, 提出一种新的包含母体效应的胚乳性状QTL区间作图方法. 该方法以分离群体中母株的DNA分子标记基因型以及母株上自交种子胚乳性状的单粒观察值为数据模式, 采用基于EM算法实现的极大似然分析方法进行胚乳性状QTL的区间作图. 由于该方法考虑到胚乳性状可能存在的母体QTL效应, 因此更加符合胚乳性状的遗传学本质, 并有助提高胚乳性状QTL作图精度. 其可行性通过计算机模拟研究得到了验证.     

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.     

基于玉米导入系群体7个农艺性状的QTL定位

对玉米导入系群体7个农艺性状进行QTL定位,从分子水平研究不同环境条件下控制玉米产量性状的遗传基础,为玉米育种工作提供了理论基础.选用玉米自交系PHB1M为轮回亲本,性状互补的四-287自交系为供体亲本,通过杂交、四代回交及二代自交,并结合分子标记辅助选择方法构建了208个导入系为作图群体;利用70对SSR引物和64对SRAP引物进行多态性扩增,获得了793个多态性位点;采用JoinMap4.0软件进行连锁图谱构建,得到了长度为1917.2 cM、涵盖10个连锁群的连锁图谱,分别在和林县与呼和浩特市两个环境下进行株高、穗位高、叶片数、穗长、穗粗、穗行数及百粒重7个农艺性状的表型鉴定;利用Map QTL4.0软件中MQM作图法对试验群体的7个农艺性状进行QTL定位,两地共检测到100个QTL位点, 23个株高、16个穗位高、22个叶片数、10个穗长、16个穗粗、4个穗行数和9个百粒重QTL.其中,控制5个性状的8个QTL在两个环境中同时被检测到,特别是株高和穗位高的3个QTL表达稳定性较高,为基因克隆以及标记辅助育种提供理论支撑.     

基于随机交配设计的胚乳性状QTL定位方法

提出了基于随机交配设计和三倍体遗传模型的胚乳性状QTL区间定位方法. 其基本思想是, 从一个已知标记基因型信息的作图群体出发, 将群体中的植株(或株系)进行随机交配, 产生由杂种家系组成的胚乳QTL定位群体; 对各杂种家系种子的胚乳性状进行混合测定, 得到家系平均值; 利用胚乳性状的家系平均值和亲本植株(或株系)的标记基因型信息对胚乳QTL进行定位和效应估计. 用计算机模拟对方法的可行性和有效性进行了检验. 结果表明, 该方法可以准确定位胚乳QTL, 无偏、有效地估计出胚乳QTL的3种效应(加性效应、第一显性效应和第二显性效应).     

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.     

检测QTL互作的相关分析方法

越来越多的研究证明，数量性状基因座（QTL）间的互作大量存在，其数量甚至远多于单标记分析所检测到的QTL。以分子标记型代码的复合原则为基础，探讨了单标记定位QTL的相关分析方法在双标记、多标记状态下的统计学性质及遗传学含义，建立了适用于各种作图群体的检测QTL互作的相关分析方法，能够分别用于检测2QTL，3QTL及至4QTL互作和5QTL互作。至此，相关分析方法已构成了一个独立而完整的分析体系，能够用于各种作图群体实际的QTL分析。     

中国对虾遗传连锁图谱的构建

中国对虾是中国重要的水产资源之一, 其自然群体主要分布于中国黄渤海沿海海域和朝鲜半岛海域. 中国对虾遗传连锁图谱的构建, 可以加速分子标记辅助育种和控制重要经济性状基因鉴定的研究, 为中国对虾遗传改良和优良品种的培育提供基础信息. 利用中国对虾F₂群体家系和AFLP分子标记技术进行了中国对虾遗传连锁图谱的构建. 利用55对AFLP引物组合对F₂家系的110个个体进行了研究, 检测到532个符合作图策略的AFLP标记. 对于符合3∶1比例的分离位点利用F₂自交模型构建性别平均连锁图谱, 对于符合1∶1比例的分离位点利用拟测交理论分别构建中国对虾的雌性和雄性遗传连锁图谱. 雌性遗传图谱分别由103标记组成28个连锁群, 没有未连锁标记, 图谱长度分别为1090 cM. 雄性遗传图谱由144个标记构成35个连锁群, 有10个未连锁标记, 图谱长度分别为1617 cM. 中国对虾雄性遗传连锁图谱比雌性遗传连锁图谱长32.6%, 这可能说明中国对虾不同性别存在不同的重组率. 性别平均遗传图谱有44个连锁群, 由216个标记组成, 有2个未连锁标记, 图谱实际长度为1772.1 cM. 中国对虾遗传连锁图谱基因组估计长度为2420 cM, 符合与人类基因组相比的对虾类基因组长度. 通过皮尔逊相关系数检测认为AFLP标记在中国对虾图谱上分布均匀. 本研究利用AFLP标记构建的中国对虾遗传连锁图谱为中国对虾基因组研究和遗传改良提供一定的基础, 同时开发的微卫星标记也为遗传连锁图谱的整合提供条件.     

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.     

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.     

两个来源于野生稻的抗褐飞虱新基因的分子标记定位

选用抗源来自药用野生稻（Oryza offcinalis Wall)的抗褐飞虱品系B5为父本,与感虫品种台中本地1号（TN1）杂交,随机选取167个F2单株构成定位群体。运用RFLP技术,采用集团分离分析法（bulked segregant analysis,BSA),对水稻抗褐飞虱基因进行分子标记定位。于第3和第4染色体找到与抗褐飞虱基因连锁的RFLP标记。构建了连锁标记附近区域的RFLP遗传连锁图谱,对这两个抗位点进行了QTL（quantitative trait locus)分析,将这两个抗褐飞虱基因分别定位于第3染色体的G1318和R1925,第4染色体的C820和S11182之间。与已报道的水稻抗褐飞虱基因位点相比较,表明这两个抗褐飞虱基因是新的抗性位点。抗褐飞虱基因新位点的发现和分子标记的建立,为水稻抗虫分子标记辅助育种和抗褐飞虱基因克隆打下了良好基础。     

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.     

棉花SRAP遗传连锁图构建

应用SRAP标记构建棉花分子遗传连锁图, 作图群体为邯郸208与Pima90杂交产生的129个F₂单株. 筛选多态性较好的76个引物组合进行群体检测, 共得到285个多态性条带, 平均每个引物组合产生3.75个多态性条带, 最多的产生13条多态性条带. 对285个标记用MAPMAKER/EXP3.0构建连锁群, 237个标记进入39个连锁群(LOD ≥3.0) , 总长3030.7 cM, 覆盖整个棉花基因组的65.4%, 标记平均间距12.79 cM. 在整个连锁群中, 标记分布比较均匀, 没有聚集现象.     

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.     

陆地棉红株基因(R1)的精细定位

利用陆地棉遗传背景的海岛棉染色体16置换系材料Sub16和陆地棉多基因标记系T586创建了含1259个单株的F₂作图群体, 结合本实验室最新的栽培四倍体棉种种间分子遗传图谱上染色体16的标记信息, 利用分子标记技术, 对红株基因R₁进行精细定位. 在F₂分离群体中, 红株性状分离比符合孟德尔1:2:1的分离, 进一步证明该性状是由一不完全显性单基因控制. 利用JoinMap 3.0连锁分析软件, 使用含237个单株的F₂小群体完成红株基因R₁的初级定位, 进一步利用含1259个单株的F₂大群体将该基因精细定位在NAU4956和NAU6752之间, 与最近标记的遗传距离为0.49 cM. 研究结果为进一步克隆该基因及培育红色彩棉转基因品种提供了研究基础.     

人染色体14q24.3区带一个新的STR顺序的分离及其多态频率检测

人基因组中的短串联重复(Short tandem repeat,STR)顺序由数目不等的重复单位组成,可作为一类高度多态的遗传标记(Genetic marker)。STR顺序不仅可用于基因组遗传连锁图的构建以及基因的定位和克隆,也可用于遗传性疾病的连锁分析和基因诊断。目前分离并定位的STR虽然已有6000余个,但其在基因组中的分布很不均匀,许多区段中STR间的图距很大,例如在人染色体14q24.3区带长达12 800kb范围内仅确定了少数几个(CA)_n多态STR,这对于该区带的遗传学制图和基因定位研究来说是远远不够的,故仍需分离和定位更多的STR位标,迄今国内尚未见到这类工作的报道。