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.     

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.     

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.     

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.     

回交、DH和RIL偏分离群体遗传图谱的重新构建

分子标记偏离孟德尔分离比例(称偏分离)是一种普遍的生物学现象. 虽然偏分离可能会影响标记间遗传距离的估计值和数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)定位结果, 但在遗传连锁图构建和QTL定位中偏分离的影响常常被忽视. 在分子标记存在偏分离、显性和缺失情况下, 根据隐马尔可夫模型, 我们已发展了一种新的多点方法来重新构建F2群体分子标记连锁图, 以解决偏分离对标记连锁图构建的影响. 本文简化了上述方法以适用于回交、加倍单倍体和重组自交系群体. 模拟研究表明: (ⅰ) 两连锁偏分离基因座(segregation distortion locus, SDL)影响标记间遗传距离的程度随SDL遗传率和标记间遗传距离的增加而增加, 但受样本容量的影响较小; (ⅱ) 两连锁SDL一般会低估标记间遗传距离, 但是, 加性模型下两个SDL加性效应符号相反时会高估之, 上位性模型下两SDL加性×加性效应为负时却不影响其估计; (ⅲ) 用本文的方法均能矫正遗传距离估计值的偏差. 将新发展的方法应用于已构建的一个存在严重偏分离的水稻(Oryza sativa L.)籼粳杂交组合IR28×大关稻的F7代重组自交系群体, 重新构建了分子标记遗传图谱, 并用Bootstrap法获得了遗传距离的95%置信区间. 这些结果进一步印证了本文发展的新方法. 这为数量性状和生活力性状的遗传分析提供了基础. 为实际数据分析研制的DistortedMap计算机软件可供利用.     

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.     

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.     

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....     

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.     

水稻强再生力种质创制及遗传分析

当前直接选育的再生稻专用品种较少,其制约的关键要素在于强再生力种质的缺乏.选用8个生产上大面积应用的恢复系,按4×4不完全双列杂交方式,通过系谱法进行定向选择和种质创新,以再生芽出鞘率为指标,采用加性-显性遗传模型,对恢复系再生力的遗传特性进行研究.结果表明:(1)再生力性状受控于加性效应基因和显性效应基因的共同作用,同时易受环境条件与栽培技术的影响;(2)再生力性状狭义遗传率(h²N)和广义遗传率(h²B)的估计值均达显著或极显著水平,而且广义遗传率明显大于狭义遗传率;(3)恢复系闽恢3301和亚恢627的再生力性状具有极显著或显著的正向加性效应和负向显性效应,适合作为筛选强再生力的亲本材料;(4)创制的新种质Ra201、Ra202、Ra212再生芽出鞘率较高,再生力强,其中Ra202低节位腋芽萌发优势明显,可作为亲本用于籼型水稻再生力基因挖掘和利用;(5)再生稻品种选育方法的研究进一步完善了传统育种技术,具有间接鉴定和早期筛选的优点,新种质创制和新品种选育取得了良好成效.     

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.     

利用中国荷斯坦牛定位BTA6上影响产奶性状的QTLs

为了精细定位牛6号常染色体上55.7 cM范围内影响产奶量的QTL, 对26个父系半同胞的中国荷斯坦奶牛家系进行了14个微卫星标记的检测, 涉及到的女儿牛达2356头. 统计分析采用线性回归和方差组分分析两种方法, 包括单QTL和双QTL检测. 单QTL的线性回归分析发现, 作用产奶量、乳脂量、乳蛋白量和乳脂率的QTL均定位于标记BMS470附近, 而影响乳蛋白率的QTL则临近标记BMS2460. 方差组分法进一步验证了前者有关3个量性状的结论, 只是将影响乳脂量的QTL定到了标记BMS1242位置. 对于这些QTL置信区间的估计, 线性回归法的结果普遍偏大, 约在31~53 cM的长度范围内, 而方差组分法的只有4~5 cM. 进行双QTL检测时, 两种方法均揭示出分别有2个QTL同时存在并制约着3个量性状的表型变化, 不过估计出来的QTL位置有所不同.     

不同发育时期玉米株高QTL的动态分析

玉米株高不仅是一个重要的农艺性状, 而且是发育生物学研究中较理想的模式性状之一. 以优良玉米杂交组合综3×87-1的266个F_2∶3家系为材料, 利用覆盖玉米10条染色体的分子标记连锁图, 采用复合区间作图法并结合条件分析法, 在不同发育时期, 研究玉米株高QTL的动态变化. 通过一年两点(武汉和襄樊)的随机区组的田间实验, 考察了5个不同时期的株高. 根据不同时期的实际数据进行QTL分析, 在5条染色体的不同区段定位了8个QTL(LOD≥2.5), 但在检测的时期和效应值上有一定的差异, 有3个QTL在5个时期都检测到, 不同的测定时期, 单个QTL所解释的表型变异为3.8%~17.1%之间, 表明控制株高的QTL在不同时期的表达是不一样的. 根据不同时期的净增长量数据, 共检测到7个控制株高的条件QTL, 几乎在各个时期都检测到条件QTL, 其中Ph1-1, Ph1-2, Ph3, Ph5-2和Ph9在2个点均同时被检测到. 单个条件QTL所解释的表型变异为3.8%~12.3%之间. 这些结果表明, 控制玉米株高的QTL以一定的时空方式表达, 因此, 在对株高等数量性状进行分子标记辅助选择时, 应对不同发育时期的QTL进行选择才可能达到理想效果.     

阈性状QTL定位的系谱传递不平衡检验

阈性状是具有一定生物学意义和经济价值的性状, 其表型分布不连续, 遗传基础与数量性状相同. 由于阈性状的特殊性, 传统的数量性状QTL定位方法不能有效地对其进行QTL定位. 在人类疾病定位方面广泛采用的是传递不平衡检验(TDT), 它以简便和高效得到了应用和扩展. 但TDT只能利用独立的核心家系, 对综合了父母、同胞及其他亲属信息的扩展系谱, TDT在使用时会损失大量信息, 故难以推广, 尤其在动物群体中难以应用. 针对此, Martin提出了PDT方法, 它能有效地对人类扩展系谱进行分析. 在此基础上, 将PDT方法移植到畜禽阈性状QTL定位中, 并针对畜禽的特点, 对PDT方法进行了适当修正, 提出了系谱传递不平衡检验(PTDT). 利用Monte Carlo方法, 模拟了多种参数组合下, PTDT的检验功效和Ⅰ型错误. 结果表明, PTDT是一个稳健、有效的阈性状QTL定位方法, 其Ⅰ型错误接近于显著性水平(P < 0.05), 大多数情况下, PTDT的检验功效接近于1.0. 在父母信息部分缺失的情况下, PTDT的Ⅰ型错误和检验功效与未缺失时基本相同. 在资料信息有限的情况下, PTDT的检验功效高于PDT, 且Ⅰ型错误低于PDT. 模拟结果同时表明在粗糙定位的基础上, PTDT可作为QTL精细定位的新策略.     

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).     

小麦旗叶水分利用效率比较研究

在世界小麦生产中,旱地小麦面积占有多数,水地小麦也在不断发展.无论水旱地小麦育种,都是在一定水分条件下,选育高水分利用效率类型的品种,以获得高产高效.叶片水分利用效率(WUE=光合速率/蒸腾速率)的改良,是提高大田水分利用效率的生理基础.关于小麦水分利用效率进化的研究还不多见.     

中国水稻选育品种遗传多样性及其近50年变化趋势

利用36个微卫星标记和42个表型性状对453份选育品种进行分析, 研究中国水稻选育品种的遗传多样性地理分布及其近50年的变化趋势. 结果表明, 微卫星标记和表型性状分析的遗传多样性具有较高的相似性; 籼稻品种的遗传多样性大于粳稻品种的遗传多样性; 从20世纪50年代到80年代, 选育品种的遗传多样性一直下降, 80年代降低到最低水平, 90年代又有显著提高; 在地理上华中稻区的选育品种遗传多样性最大, 东北稻区和西北稻区遗传多样性最小. 位于长江中下游的江苏、江西和西南地区的四川等地是中国水稻选育品种遗传多样性最大的地区. 东北地区作为重要的粳稻生产基地, 遗传基础非常狭窄, 应该发掘新的种质资源拓宽品种的遗传多样性.     

The new rice 57H mutants to explore

谷蛋白是水稻种子储藏蛋白的主要成分本研究采用SDS-PAGE技术,从90份水稻种质中,发掘出1个57KD谷蛋白前体高量表达、其他储藏蛋白性状没有明显变化的新型57H突变体所发掘的突变体,是可用于水稻蛋白质营养品质遗传育种研究的有用素材.     

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.