烟草生物碱性状的QTL定位

生物碱是烟草的重要化学成分。为明确烟草生物碱的遗传结构,发掘控制相关性状的主效位点,以烟草品种Y3、K326为亲本,构建大小为271的重组自交系群体。分别于2018、2019和2020年在云南省昆明市石林、玉溪市研和种植群体材料,检测总植物碱(TPA)、烟碱(NIC)、降烟碱(NOR)、假木贼碱(ANAB)和新烟草碱(ANAT)5种生物碱表型。对群体进行基因组测序,构建包含46,129个标记的遗传连锁图谱。利用基于混合线性模型的QTL定位方法及软件QTLNetwork2.0,进行QTL定位分析。共定位15个具有显著加性效应的QTL,加性效应对表型贡献率为0.58%~11.57%。其中4个主效QTL即控制总植物碱的qTPA14、烟碱的qNIC14、假木贼碱的qANAB14和新烟草碱的qANAT14,均可以解释相应性状10%以上的表型变异,且均位于14号连锁群上。6个QTL具有显著的加性与环境互作效应,对表型贡献率为0.80%~1.81%。5对QTL具有显著加性-加性上位性效应,对表型的贡献率为0.15%~2.31%。2对QTL具有显著的上位性与环境互作效应,对表型的贡献率为0.81%~1.16%。研究结果为进一步分离候选基因、解析遗传机理和促进烟草生物碱性状分子改良奠定了基础。

卷烟主流烟气有害成分遗传分析

为深入解析卷烟主流烟气中有害成分的遗传机制,以烤烟Y3和K326为亲本构建的重组自交系群体(RIL)为材料,采用植物数量性状的主基因+多基因混合遗传模型对该群体连续3个世代(F6:7、F7:8和F8:9)的一氧化碳(CO)、氢氰酸(HCN)、4-甲基亚硝胺基-1-3-吡啶基-1-丁酮(NNK)、氨(NH3)、苯并芘{B[a]P}、苯酚(PHE)、巴豆醛(CRO)和焦油(TAR)等8个主流烟气有害成分性状进行遗传分析。结果表明:(1)8个主流烟气有害成分性状在连续3个世代中均呈单峰或多峰的正态或偏正态分布,属典型的数量性状。(2)在连续3个世代中,8个性状的最优遗传模型均为4对部分等加性主基因模型,其中,CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P和CRO的最优遗传模型为4MG-EEA;PHE和TAR的最优遗传模型为4MG-EEEA。(3)上述性状在连续3个世代中均受主基因遗传模型控制,主基因遗传率极高(均值为89.01%)且远大于环境(非遗传)因素影响。综上,这些性状主要由遗传基础决定的,可为选育烟草低危害良种提供理论依据。

烤烟几种化学成分的QTL初步分析

以含137个株系的烤烟DH群体(G-28×NC2326)及其亲本为材料,在以前作图数据的基础上,新增23个标记。将这些标记数据合并起来构建了包括11个ISSR标记和158个RAPD标记、由27个连锁群组成的烤烟分子标记遗传连锁图,覆盖长度2094.6cM,相邻标记间的平均图距为15.95cM。利用4个环境下的试验数据进行了总糖、烟碱、氧化钾3种烟叶化学成分的QTL初步分析,共检测到7个加性效应QTL和9对加加上位性效应QTL,其中3个加性QTL和3对上位性QTL存在QTL与环境互作效应(QE)。表明在烤烟总糖、烟碱、氧化钾的遗传控制中除加性效应外,上位性效应也具有重要作用。对于烟碱、氧化钾检测到加性QTL与环境互作效应,对于总糖、氧化钾检测到上位性QTL与环境互作效应,利用这些与环境具有互作效应的QTL进行标记辅助选择时宜考虑特定的环境条件。

烤烟主要农艺性状对产量的遗传贡献率分析

为了研究烤烟主要农艺性状对产量的贡献,以14个品种(系)及其配制的41个杂交组合为材料,利用估算条件方差分量和预测条件遗传效应值的统计方法对多点实验数据进行了分析。结果表明,株高对产量的加性遗传方差贡献率最高,腰叶长对产量的显性遗传方差贡献率最高,各农艺性状对产量的加性×环境互作遗传方差、显性×环境互作遗传方差的贡献率均较小。对产量加性效应贡献最大的农艺性状因不同亲本而异,表明各亲本具有其独特的遗传和发育特性。多数杂交组合产量的显性效应主要受腰叶长影响,因此腰叶长可作为间接选择组合产量显性效应的指标。

烤烟品种的RAPD分析

利用RAPD标记研究了 2 9个烤烟品种的分子指纹和遗传关系。 10 0个随机引物经 10个品种筛选 ,选出 18个随机引物对 2 9个品种基因组DNA进行扩增 ,得到了 2 9个烤烟品种的分子指纹图谱 ,参照这些图谱 ,可对不同烤烟品种进行真实性鉴定。以扩增到的 79条多态性DNA片段为基础计算 2 9个品种间遗传相似系数 ,利用UPGMA法作聚类图 ,可将参试品种分为 3个类群。云南省主栽品种K3 2 6与近年选育的品种V2、云烟 85、云烟 3 17等被归为一类 ,遗传基础过于狭窄 ,建议选用一些遗传关系较远的品种进行亲本选配、品种布局 ;北方烟区主栽品种NC89。

烤烟主要农艺性状的遗传与相关分析

利用包括基因型与环境互作的加性-显性遗传模型,对14个烤烟品种(系)及其配制的41个杂交组合在4个环境下的7个农艺性状表现进行遗传分析。结果表明,株高、节距、腰叶宽主要受加性效应控制,叶数、腰叶长受显性×环境互作效应影响最大,茎围以加性×环境互作效应、显性×环境互作效应为主,产量以加性效应、显性×环境互作效应为主。适应当地生态条件的品种(系)具有较高的正向加性效应。许多组合的显性主效应及在各试验点的显性×环境互作效应在方向上不尽一致,杂交组合的选配宜针对特定的生态环境进行。性状相关分析表明,大多数成对性状的各项相关系数为正值,且多以加性遗传相关为主,可利用株高对产量进行间接选择。

利用DH群体构建烤烟分子标记遗传连锁图

以烤烟品种SpeightG-28和NC2326杂交得到的137个DH系为作图群体材料,通过ISSR和RAPD标记的遗传连锁分析,构建了包括27个连锁群、由10个ISSR标记和147个RAPD标记组成的烤烟分子标记遗传连锁图。该图谱覆盖长度1838.2cM,平均图距14.1cM。连锁群上有22个分子标记表现偏分离,其中10个集中在连锁群LG9上,其余分散在不同连锁群。这是国内外构建的第一张烤烟分子标记遗传连锁图,为烤烟性状的基因定位及分子标记辅助选择奠定了良好基础。

利用基因组简约法开发烟草SNP标记及遗传作图

提出了一种基于基因组简约法开发SNP标记的方法,即利用特定限制性内切酶酶切降低基因组复杂度,利用高通量测序平台对酶切位点周围的目标片段进行富集测序,设计一个生物信息学流程进行序列分析和SNP鉴定。以烤烟DH群体为例,通过基因组简约法收集烟草基因组代表性片段和高通量测序产生11.4 Gb数据,经生物信息学分析获得了1015个高质量SNP位点。以SSR标记为骨架,绘制包括SNP标记在内、标记总数为1307的烤烟遗传连锁图。最后利用该遗传图谱和普通烟草2个祖先种的基因组序列,分析烟草24个连锁群(染色体)之间的同源关系,发现了大量染色体之间的重组或交换事件以及部分染色体之间的共线性。

烤烟品种主成分分析和聚类分析

对 30个烤烟品种的 7个数量性状进行了主成分分析和聚类分析。经主成分分析 ,选出 5个农艺性状较好的品种 ,育种时可作为农艺亲本。通过遗传距离测定和聚类分析 ,30个品种可分为 7类。在育种中选配亲本时最好选用不同类群间的品种作为双亲 ,可减少育种工作的盲目性。

烤烟几种主要化学成分的遗传分析

以14个烤烟品种(系)及其配制的41个杂交组合为材料,利用包括基因型与环境互作的加性显性遗传模型进行烟叶化学成分的遗传和相关分析。结果表明,烟碱主要受加性主效应控制,总糖、还原糖、两糖差、总氮、蛋白质、氧化钾受显性×环境互作效应影响最大。没有一个参试亲本和杂交组合同时在两糖差、烟碱上表现负向效应,而在氧化钾上表现正向效应。性状相关分析表明,总氮、烟碱、蛋白质这类含氮化合物之间呈正向表现型相关、基因型相关和加性遗传相关,而与总糖、还原糖呈负向表现型相关、基因型相关和加性遗传相关。两糖差、烟碱、含钾量之间各相关系数较小或无显著相关,可以通过广泛配制组合或扩大后代群体同步减少两糖差,降低烟碱,提高含钾量。

利用ISSR标记分析烟草种质的遗传多样性

【目的】分析烟草种质的遗传多样性水平,揭示不同烟草类型间的遗传关系,为充分发掘、利用种质提供依据。【方法】对包括不同烟草类型的119份种质进行了ISSR分析,估算其遗传相似系数,利用UPGMA法作聚类图。【结果】利用21个ISSR引物共扩增出672条带,全部为多态性带,其中116条为普通烟草特有带。普通烟草种质间的遗传相似系数变化范围为0.779～0.945,其中烤烟种质间遗传相似系数变化范围在0.812～0.933之间;不同烟草类型基本可聚为相应的亚类或小类,引进烤烟品种与国内品种并未聚为各自类别。普通烟草与其它烟草种间遗传相似系数较小;普通烟草与其假定祖先种N.sylvestris聚为一类,同为碧冬烟草亚属花烟草组的N.longiflora和N.plumbaginifolia聚为一类,聚类结果与种间遗传分化吻合。【结论】中国现有烤烟种质遗传多样性水平较低;为拓宽烤烟育成品种的遗传基础,应充分发掘野生烟草的遗传潜力。

利用IRAP标记分析烤烟品种间遗传差异

利用基于反转录转座子（IRAP）的分子标记技术分析了59份烤烟品种间遗传差异.结果表明,根据烟草反转录转座子Tnt1、Tto1、Tnd-1序列设计的5个引物共扩增出151条带,其中多态性带145条.每个引物检测到多态性带10～51条,平均为29条.供试材料间遗传相似系数变幅为0.140～0.760,平均为0.540.通过聚类分析可将参试品种分为14个类群,国内大多数推广品种、育成品种被聚在类群Ⅰ,说明其遗传基础比较狭窄;地方品种翠碧1号、小黄金1025、黄苗榆和净叶黄等各自聚为独立的类群,可利用它们作为杂交亲本来拓宽烤烟品种的遗传基础.

反转录转座子标记及在作物遗传育种中的应用

反转录转座子通过RNA中间体进行反转录而转座,广泛分布于各种植物基因组中,拷贝数多,异质性高,在种内和种间表现出较高的序列差异性和丰富的插入多态性。针对这些特点,开发出了几种基于反转录转座子的分子标记,如SSAP、RIVPI、RAP、REMAP和RBIP等。由于反转录转座子标记能揭示出丰富的多态性,因而在遗传多样性和系谱研究、遗传连锁图谱构建及性状基因定位等方面得到了应用。随着分离技术的不断改进,获取序列信息更加容易,反转录转座子作为分子标记用于作物遗传育种将具有广阔前景。

利用RAPD和ISSR标记分析烤烟品种间遗传关系

利用RAPD和ISSR标记对22份烤烟（Nicotiana tabacum L．）品种进行了遗传关系研究。在RAPD分析中筛选到13个引物，共扩增出167条带，其中多态性带50条，多态性比率为29．9％；在ISSR分析中筛选出7个引物，共扩增出96条带，其中多态性带44条，多态性比率为45．8％。两种标记相结合估算出的品种间遗传相似系数在0．881-0．979之间，平均为0．933。单独基于RAPD标记和ISSR标记的聚类结果有一定差异；两种标记结合起来的聚类分析结果与系谱信息吻合程度更高。定向选择可能对烤烟品种间遗传关系有较大影响；国外引进品种与国内育成品种并未完全分开，表明分子水平的遗传关系和地理来源间缺乏必然联系。

烟草基因组计划进展篇:3.烟草分子标记遗传连锁图构建和重要抗病基因定位

分子标记遗传连锁图是基因定位、图位克隆、分子标记辅助选择育种的基础[1]。普通烟草基因组较大,分子标记多态性水平较低[2],为遗传连锁图构建、基因定位等相关研究造成较大困难。近年来,Bindler等[3-4]利用美国烟草基因组测序项目的序列数据,开发了大量SSR标记,构建了高密度烟草遗传连锁图。由于他们使用的作图群体为烤烟和晒烟品种间杂交F2群体,遗传差异相对较远,可供烤烟利用的标记数有限。在中国烟草总公司、中国烟草总公司云南省公司多个项目的资助下,云南省烟草农业科学研究院联合行业内外相关单位,开展了烟草分子标记开发、遗传连锁图构建和抗病基因定位等研究工作,取得了重要进展。

不同烤烟基因型非挥发性有机酸和高级脂肪酸含量的变异分析

研究了56个烤烟基因型非挥发性有机酸和高级脂肪酸含量的变异。结果表明:(1)非挥发性有机酸和高级脂肪酸在不同基因型间存在广泛的变异。非挥发性有机酸总量为(27.52±7.23)mg.g-1,其中苹果酸、柠檬酸和乙二酸等3者的含量之和占总量的84.92%。高级脂肪酸总量平均为(10.11±1.24)mg.g-1,其中饱和高级脂肪酸含量为(4.52±0.48)mg.g-1,不饱和高级脂肪酸含量为(5.59±0.79)mg.g-1,二者分别占总量的44.71%和55.29%。(2)聚类分析根据各种有机酸的含量大小分为高、中、低3个类群:非挥发性有机酸含量依次为(35.28±3.23)mg.g-1、(25.96±1.91)mg.g-1和(18.22±2.28)mg.g-1;饱和高级脂肪酸含量依次为(5.35±0.26)mg.g-1、(4.62±0.17)mg.g-1和(4.07±0.19)mg.g-1;不饱和高级脂肪酸含量依次为(7.05±0.57)mg.g-1、(5.78±0.29)mg.g-1和(4.80±0.27)mg.g-1。一般同一种有机酸含量在不同基因型类群之间差异较大,而在类群之内则差异较小。

不同烤烟基因型主要挥发性香气物质含量的变异分析

对52个烤烟基因型主要挥发性香气物质含量的变异进行了研究.结果表明,挥发性香气物质在不同基因型间存在广泛的变异,其总量为(1072.06±214.69)μg.g-1.芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应物、类西柏烷降解产物、类胡萝卜素降解产物及新植二烯的含量分别为(21.65±4.85),(32.56±6.13),(34.13±15.44),(62.01±8.56),(919.04±207.25)μg.g-1.聚类分析把供试材料分为3个类群,第Ⅰ类包括28个基因型,香气物质总量居中,芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应物和类西柏烷降解产物含量均为最高;第Ⅱ类包括19个基因型,香气物质总量最低,除类西柏烷降解产物含量居中外,其它各种香气降解产物含量也均为最低;第Ⅲ类包括5个基因型,香气物质总量最高,类胡萝卜素降解产物、新植二烯含量最高,而类西柏烷降解产物含量最低.

基于ISSR标记的烤烟种质遗传多样性研究

利用ISSR标记分析了24份代表性烤烟种质的遗传多样性.从100个ISSR引物中筛选出10个引物,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳可以检测到208条稳定的条带,片段大小介于200～2 400 bp之间,条带数在7～37条之间;扩增片段中多态性带141条,平均多态性比率(PPB)为67.79%.通过UPGMA聚类分析,24个烤烟品种分为5类,最大一类有12个材料,主要衍生于Coker319.品种间遗传相似指数(GS)范围为0.66～0.85,表明其遗传多样性较低,需要拓宽烤烟种质的遗传基础.同时,利用2个多态性好的ISSR引物可以将这24份烤烟材料区分开,每个品种都有各自独特的指纹图谱,表明ISSR标记适于烟草品种鉴定和遗传多样性研究.

中国烟草育种研究进展

对我国烟草新品种选育、种质资源、种子技术,以及体细胞杂交、基因工程、分子标记辅助选择育种等方面的研究进行了概述,在此基础上提出了未来我国烟草育种的研究方向和重点。

231份烤烟种质资源SSR标记遗传多样性及其与农艺性状和化学成分的关联分析

本文旨在分析烤烟种质资源遗传多样性,通过关联分析寻找与烤烟农艺性状和化学成分相关联的分子标记,为分子标记辅助选择育种和提高烤烟育种效率奠定基础。利用均匀分布于烟草24个连锁群上的120个SSR标记分析了231份烤烟种质资源的遗传多样性及群体遗传结构,在此基础上采用TASSEL 5.0 GLM(general linear model)和MLM(mixed linear model)方法进行标记与表型性状变异(8个农艺性状和5个化学成分)的关联分析。通过遗传多样性分析,共检测出403个等位变异,变异范围2-21个,平均每个标记3.36个;引物的多态性信息含量(PIC)为0.036~0.785,平均值为0.408;供试材料间遗传距离为0.003~0.371,平均值为0.148。通过非加权组平均法(UPGMA)进行聚类分析,在遗传距离(GD)值为0.153水平上可将231份烤烟材料聚为4大类。通过群体遗传结构分析将供试材料划分成3个亚群,且每个亚群分别包含117、38和76份烤烟材料。通过GLM_Q和MLM_Q+K两种关联分析模型,分别检测出17个和9个与13个表型性状显著相关,其中9个标记在两个年份和两种模型中均被检测到与同一性状在P<0.001水平上极显著相关,且MLM_Q+K未能检测到新的关联标记;3个株高相关标记(TM10481、PT54964和TM20580)、2个叶数相关标记(TM10846和PT60728)、1个茎围相关标记(TM25276)和1个叶长相关标记(TM11215)与已报道的QTL定位结果一致,可应用于烤烟分子标记辅助选择育种。