水稻广亲和基因近等基因系代换片段长度检测及其利用

通过连续多代回交将来自不同原始广亲和品种(02428、Dular)的水稻广亲和基因Sn5导入典型籼稻品种南京11号和典型粳稻品种巴利拉中,获得4组近等基因系。利用分子标记,对这4组近等基因系的代换片段长度进行了检测。在代换片段长度检测的基础上,进行了相关基因的定位。

水稻CSSL-Z481代换片段携带的穗部性状QTL分析及次级代换系培育

【背景】粮食安全是保障国家安全的重要基础,水稻是人民赖以生存的主要粮食作物,提高其产量是重要的育种目标。水稻产量由每株有效穗数、每穗实粒数和粒重等性状构成,其中,粒重与籽粒形状、充实程度等密切相关。但这些性状都是由多基因控制,遗传基础复杂。染色体片段代换系(CSSL)可将这些复杂性状的QTL较准确地分解为单个孟得尔因子研究,且与育种工作紧密衔接,因而是理想的遗传研究和育种材料。【目的】前期以4代换片段的水稻染色体片段代换系Z481精细定位了一个易落粒基因SH6,但Z481与受体日本晴间还存在多个显著差异的穗部性状。明晰控制这些差异性状的QTL在代换片段上如何分布,并分解为单片段代换系,对目标QTL的图位克隆及应用于水稻分子设计育种有重要应用价值。【方法】利用受体亲本日本晴与Z481杂交构建的次级F2分离群体以SAS9.3统计软件的混合线性模型(mixed linear model,MLM)法进行穗部性状QTL定位(P<0.05),然后,根据基因型和表型,从F2选择42个单株在F3株系利用MAS法培育单片段及双片段代换系,并利用IBM SPSS Statistics 25.0的ONE-WAY ANOVA和TWO-WAY ANOVA分析及LSD和Duncans多重比较(P<0.05)分析这些单片段代换系(SSSL)和双片段代换系(DSSL)的QTL加性和上位性效应。【结果】以日本晴/Z481构建的次级F2群体共定位出12个控制水稻穗部性状的QTL,并培育出相应QTL的11个单片段代换系(S1—S11)和3个双片段代换系(D1—D3)。其中,有8个QTL(qGL1、qGL3、qGL6、qGW1、qGW3、qRLW1、qRLW3和qRLW6)可被单片段代换系所验证,表明这些QTL遗传稳定。此外,利用单片段代换系鉴定到qGL1-2、qGL1-3、qGL3-2等33个QTL。其中,qNSB1-1等15个可能为新鉴定的QTL。且利用3个DSSL分析了非等位QTL间的上位性效应,结果表明,不同QTL聚合会产生不同的上位性效应,如qGL3(a=1.26)和qGL6-2(a=0.86)聚合产生了-0.77的上位性效应,据DSSL遗传模型,D2的粒长遗传效应(1.35)产生了更长的粒长表型;qGWT3-2(a=3.18)和qGWT6-2(a=3.39)聚合产生了-5.46的上位性效应,则D2的千粒重遗传效应(1.11)产生了更小的籽粒。【结论】Z481的4个代换片段上共携带45个水稻穗部性状的QTL,并进一步分解到11个次级单片段代换系上,单片段代换系具有比F2群体更高的QTL检测效率。利用SSSL和DSSL解析的水稻穗部性状QTL的加性效应和上位性效应,有助于根据这些遗传信息预测设计基因型的表型,从而选择合适的SSSL进行育种设计。

水稻单片段代换系代换片段的QTL鉴定

利用以台中 6 5为受体、窄叶青和低脚乌尖为供体培育的 10个水稻单片段代换系为材料 ,对代换片段上2 1个重要农艺性状的QTL进行了鉴定。 10个代换片段的总长度为 2 30 0 0cM ,占水稻基因组总长度的 12 6 2 %。通过t测验比较单片段代换系与受体亲本的表型差异 ,以P≤ 0 0 0 1为阈值 ,在 10个代换片段上共鉴定出 17个性状的 5 7个QTL ,平均每个性状鉴定出 3.35个 ,这些QTL分布于第 1、3、5、7、8、10和 12染色体上。 5 7个QTL的加性效应百分率在 1 10 %～ 89 73%之间 ,其中 15个QTL的加性效应百分率大于 10 % ,30个QTL在 3%～ 10 %之间 ,12个QTL小于 3%。

基于水稻大粒染色体片段代换系Z29的鉴定及QTL定位

千粒质量作为水稻产量的三要素之一,对产量的影响较大,其中千粒质量主要受水稻粒型的影响,因此挖掘新的粒型基因在生产中具有重要的意义.研究选育到1个以日本晴为受体亲本、自育优良籼稻恢复系R225为供体亲本的水稻染色体片段代换系(CSSL)Z29. Z29含有来自R225的10个代换片段,平均代换长度2.90 Mb. Z29粒长和粒宽均极显著增加,表现为大粒表型,且其籽粒变大是由颖壳细胞数量极显著增多、增大引起.利用日本晴与Z29杂交构建的次级F2群体进行QTL定位,共检测到8个粒型相关QTL.进一步利用MAS法在F3群体中选育出14个次级染色体片段代换系,包括4个单片段代换系、 5个双片段代换系、 2个三片段代换系和3个四片段代换系.结果可为目的粒型相关QTL克隆和分子机制解析奠定基础,为分子设计育种提供资源.

野生稻单片段代换系苗期耐旱性评价及QTL鉴定

【目的】干旱是影响水稻生产力的主要非生物因素之一,筛选抗旱水稻可有效保障水稻产量。【方法】选取以南方野生稻和展颖野生稻为供体、‘华粳籼74’(HJX74)为受体构建的93份单片段代换系(Single-segment substitution lines,SSSLs)为供试材料,以HJX74为对照,采用20%PEG-6000模拟干旱条件进行苗期耐旱性试验,以4个生长发育性状指标(相对苗高、相对苗干质量、相对根干质量、相对根长)作为评价指标,采用隶属函数法对SSSLs进行排序、筛选相关性状,并筛选与HJX74差异显著的SSSLs,进行QTL鉴定与加性效应分析,初步鉴定与苗期耐旱性状相关的QTL。【结果】4个生长发育性状指标与平均隶属函数值的相关性分析结果均为极显著正相关,可作为SSSLs苗期耐旱性鉴定和评价指标。隶属函数法分析结果显示,93份SSSLs平均隶属函数值范围为0.20~0.71,HJX74平均隶属函数值为0.54;有29个SSSLs的平均隶属函数值> HJX74的平均隶属函数值,其中,M124的隶属函数值最大,表明M124具有较强的耐旱性。通过单因素方差分析,从8个SSSLs(M78-1、M78-2、M124、M107、M151、M103、M130、M115)鉴定出7个相对苗高QTLs(qRSH1-1、qRSH1-2、qRSH2-1、qRSH3-1、qRSH3-2、qRSH5-1、qRSH6-1),分别分布在1、2、3、5、6号染色体,其加性效应为0.05~0.06,表型贡献率为6.97%~9.01%;从3个SSSLs(M79、M145、M148)中鉴定出3个相对根干质量QTLs(qRRDW10-1、qRRDW11-1、qRRDW11-2),分别分布在10、11号染色体,其加性效应为0.12~0.20,表型贡献率为12.51%~19.95%;从2个耐旱SSSLs(M80、X149)中鉴定出1个相对苗干质量QTL(qRSDW5-1),分布在5号染色体,加性效应为0.07,表型贡献率为10.5%。【结论】筛选出13份SSSLs携带苗期耐旱QTLs,为后续苗期耐旱QTLs精细定位与克隆研究奠定基础。

作物染色体片段代换系的研究进展

染色体片段代换系是用亲本杂交、回交和分子标记辅助选择技术建立的一系列近等基因系,可以提高对复杂农艺性状QTL或基因定位的精确性,尤其是具有遗传效应的较小的数量性状基因位点,并进行遗传效应分析。目前,已在多种作物中构建了染色体片段代换系。本文对染色体片段代换系的特性及其在主要作物中的应用进行了综述,以期对今后研究染色体片段代换系起到促进作用。

基于水稻长大粒染色体片段代换系Z66的粒型QTL的鉴定及其聚合分析

水稻籽粒大小是一个复杂的农艺性状,受多基因控制。染色体片段代换系是创造自然变异的有效手段,也是复杂性状研究的理想材料。本研究构建了一个新的水稻长大粒染色体片段代换系Z66,Z66以日本晴的基因组为遗传背景,含有来自R225的12个代换片段,平均代换长度为3.32Mb。然后,以日本晴/Z66创建的次级F2群体定位出12个控制水稻籽粒大小的QTL,并培育出具有目标QTL的5个新单片段代换系(S1~S5)和4个新双片段代换系(D1~D4)。其中有9个QTL(qGL3、qGL7、qGL10、qGW6、qGW10、qRLW3、qRLW10、qGWT3、qGWT10)可被单片段代换系所验证,表明这些QTL遗传稳定。此外,还利用单片段代换系鉴定到6个新的QTL(qGL9-2、qGW9-2、qRLW6、qRLW7、qRLW9-2、qGWT7)。在这18个QTL中,qGL9-2、qRLW9-1、qRLW9-2、qGW9-2、qGWT9-2可能是新鉴定的QTL。双基因聚合分析表明,不同QTL间聚合产生不同的上位性效应。如qRLW3(a=0.21)和qRLW9-2(a=0.08)聚合产生了0.10的上位性效应,使D2具有比受体日本晴、S1(qRLW3)和S4(qRLW9-2)更大的谷粒长宽比,且差异显著。qGWT3(a=3.99)和qGWT10(a=3.98)聚合产生了-5.35的上位性效应,其遗传效应(2.62)使D3的千粒重比日本晴显著增加,而比S1(qGWT3)和S5(qGWT10)显著减少。了解QTL间的互作效应可对未来基因型的表型进行预测,从而对实现智能型设计育种至关重要。

基于染色体单片段代换系的水稻粒形QTL定位

水稻的粒形是影响水稻产量和品质的重要因子之一,是由多基因控制的数量性状。染色体单片段代换系由于减少了个体间遗传背景的干扰,已经成为鉴定复杂性状QTL的新型遗传材料。本研究以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,测验单片段代换系与受体亲本之间粒形的差异,鉴定了代换片段上粒形相关的QTL。以P≤0.001为阈值,共检测到39个粒形相关的QTL。其中,粒长相关的19个,其加性效应值为0.18～1.06mm,加性效应百分率为2.40%～14.13%;粒宽相关的14个,其加性效应值为0.09～0.31mm,加性效应百分率为2.71%～9.15%;粒厚相关的6个,其加性效应值为0.05～0.10mm,加性效应百分率为2.14%～4.46%。这些QTL的鉴定为进一步精细定位并克隆相应QTL和高产、优质水稻新品种的分子标记辅助选择奠定了基础。

水稻亚种间单片段代换系的建立

利用微卫星标记辅助选择 ,建立了 2 9个以台中 6 5为受体、低脚乌尖或窄叶青为供体的单片段代换系 ,该代换系群体的代换片段分布于 9条染色体上 ,总长度为 6 43.6 5cM ,平均长度为 2 2 .19cM ,覆盖全基因组 42 7.5 5cM ,覆盖率为2 3.47%。

用单片段代换系(SSSLs)研究水稻株高及其构成因素QTL加性及上位性效应

株高是典型的数量性状,易受遗传背景和环境等因素的影响。单片段代换系和双片段聚合系减少了个体间遗传背景的干扰,是鉴定QTL和研究QTL上位性的新型遗传材料。本研究采用随机区组试验设计方法以初级单片段代换系间杂交衍生的16个次级单片段代换系和15个双片段聚合系分析了株高及其构成因素QTL的加性效应及加性×加性上位性效应。共鉴定出11个QTL,其中3个株高QTL,1个倒1节间长QTL,2个倒2节间长QTL,2个倒3节间长QTL和3个倒4节间长QTL,分布于第4、6和10染色体上。鉴定出23对双基因互作,其中7对为没有显著效应的座位间互作,16对为有显著效应的QTL与没有显著效应的座位间互作。结果表明,QTL加性效应和QTL间的上位性效应都是株高及构成因素的重要遗传组成。通过单片段代换系杂交衍生的次级单片段代换系和双片段聚合系可提高QTL鉴定和上位性分析的灵敏度。

籼稻背景的单片段代换系群体的构建

以国内、外12个水稻品种（包括8个籼稻品种和4个粳稻品种）为供体亲本，利用回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法构建了一个以籼稻品种“华粳籼74”为遗传背景的单片段代换系（SSSL）群体。该群体由260个不同的SSSL组成，其代换片段分布在水稻的12条染色体上，长度分布于0．2—109．9cM。平均长度为19．9cM；代换片段的总长度为5166．0cM，相当于水稻基因组总长度的3．4倍，代换片段在水稻基因组上的覆盖率为83．8％。这些SSSL的代换片段包含了水稻基因组丰富的等位基因变异，将在基因（QTL）的定位、克隆、功能分析及水稻分子育种中具有重要的利用价值。

利用高代回交和分子标记辅助选择建立水稻单片段代换系

以水稻品种华粳籼74为受体,以6个水稻品种为供体,通过高代回交和微卫星标记辅助选择相结合的方法,建立了水稻的一个单片段代换系群体。该群体由86个单片段代换系组成,其中52个在BC3F2中获得,34个在BC3F3中获得。每个单片段代换系只含有来自一个供体的一个染色体代换片段,而遗传背景与华粳籼74相同。这些单片段代换系的代换片段分布于水稻的12条染色体,代换片段的长度为1.5～56.3cM,平均长度为23.0cM。全部代换片段在水稻基因组上的覆盖率为57.1%。

利用单片段代换系定位水稻粒形QTL

目的水稻谷粒形状(粒长、粒宽和长宽比)是衡量稻米外观品质的重要指标之一,为更好地开展粒形分子育种,对水稻粒形QTL进行分子定位。方法以单片段代换系(SSSL)为材料构建分离群体,利用微卫星标记对控制水稻谷粒长和谷粒宽的2个粒形QTL进行分子定位。结果粒宽QTLGw-8被定位于第8染色体长臂末端微卫星标记RM502与RM447之间,遗传距离均为0.3cM。在此基础上构建了覆盖Gw-8的物理图谱,RM502与RM447位于同一克隆AP005529,两者之间的物理距离为55.0kb。粒长QTLgl-3被定位于第3染色体着丝粒附近的微卫星标记RM6146和PSM377之间,遗传距离分别为1.5cM和11.0cM。结论利用单片段代换系能准确地定位水稻粒形QTL,这两个粒形QTL的定位为其克隆及稻米外观品质的分子育种奠定了基础。

水稻单片段代换系芽期和苗期耐冷性分析及耐冷性QTL鉴定

对籼型两系骨干亲本9311(受体)和粳稻日本晴(供体)构建的单片段代换系群体,在芽期和苗期分别进行低温处理,以芽期处理后的恢复成活率和苗期卷叶程度作为耐冷性的评价指标进行耐冷性评价。结果表明,日本晴在芽期和苗期耐冷性极显著强于9311,不同代换系芽期和苗期耐冷性也存在极显著差异,芽期和苗期耐冷性较强的代换系X724、X732、X733较好地保持了9311的农艺性状,其产量等性状的一般配合力优于9311;鉴定出18个芽期耐冷性QTL和5个苗期耐冷性QTL,分布于12条染色体上的20个代换片段中,第12染色体的RM1261-RM519和RM17区域同时检测出芽期和苗期耐冷性QTL;芽期耐冷性QTLqCTP9、qCTP11.2、qCTP12.1和苗期耐冷性QTLqCTS1.1、qCTS1.2具有较大加性效应,对应代换系耐冷性较强。

构建水稻优良恢复系背景的重叠片段代换系及其效应分析

通过回交程序结合分子标记辅助选择构建了一套以优良籼稻恢复系9311为背景、导入片段来源于粳稻日本晴的代换系群体。该套群体由125个代换系组成,每系含有单一或少量导入染色体片段,导入片段间相互重叠或衔接能覆盖粳稻全基因组。代换系的平均背景回复率为98.4%,导入片段平均长度为20.9 cM,纯合和杂合导入片段分别占水稻基因组的1.4%和0.2%。利用该群体,两年共检测到31个QTL影响水稻穗重、穗长、结实率和秃顶等性状;导入片段QTL对穗重和结实率均起减效作用。该套重叠片段代换系将为重要性状的基因定位、功能鉴定以及籼粳杂交育种研究提供极有价值的遗传材料。

利用单片段代换系的测交群体定位玉米籽粒性状杂种优势位点

【目的】粒型性状是玉米百粒重的重要组成部分,并具有较强的杂种优势,鉴定玉米粒型性状的杂种优势位点,可以为粒型性状关键杂种优势位点的克隆与分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】利用一套中国优良自交系lx9801背景的昌7-2单片段代换系为基础材料,与自交系T7296测交构建包含184个测交种的群体。2013年,在河南浚县和长葛两点对测交群体、单片段代换系群体等材料进行了田间鉴定,完全随机区组设计,3个重复,成熟后连续收获10株对粒长、粒宽、粒厚和百粒重进行考种。利用方差分析和t测验比较每个SSSL×T7296测验种单个性状与对照种T7296×lx9801的显著性差异,对玉米粒型性状的杂种优势位点进行定位。【结果】单片段代换系的两个亲本在粒型性状上表现出明显的差异,昌7-2的粒长和百粒重高于lx9801,而粒厚低于lx9801。测交群体4个籽粒性状均表现出一定的杂种优势,粒长的平均中亲优势在长葛和浚县点分别为19.32%和15.30%,粒宽的中亲优势分别为10.86%和10.07%,粒厚的中亲优势分别为6.23%和4.78%,百粒重的中亲优势分别为20.97%和25.09%。相关分析结果表明,粒长与粒宽、百粒重呈显著正相关,粒宽和粒厚与百粒重也呈显著的正相关,粒宽与粒厚呈负相关关系。在2个环境中定位了13个粒长的杂种优势位点,其中1杂种优势位点同时被检测到。粒宽定位到14个杂种优势位点,在长葛点和浚县点分别检测到1个主效的杂种优势位点。粒厚检测到25个杂种优势位点,在第2、3、7和9染色体上分别定位到1个共同的杂种优势位点。百粒重在2种环境中共检测到24个杂种优势位点,有6个杂种优势位点同时被检测到,其中在第1染色体上检测到2个共同的杂种优势位点h KW1a和h KW1b;在第7染色体上检测一个主效的杂种优势位点h KW7a,在长葛点和浚县的贡献分别为20.12%和11.03%;位于第8染色体的杂种优势位点h KW8b在2种环境中的贡献率分别为18.64%和8.76%。【结论】玉米粒型性状的杂种优势表现依次为粒长>粒宽>粒厚,在2种环境中共检测到75个杂种优势位点,其中11个杂种优势位点被同时检测到。由于粒长与脱籽率显著相关,而且在育种过程中难以对籽粒性状的杂种优势进行预测,因此在育种过程中可以通过分子标记对粒长的杂种优势进行选择,从而选育出脱籽率高的优良玉米杂交种。

利用高代回交和分子标记辅助选择构建棉花染色体片段代换系

染色体片段代换系(chromosome segment substitution lines,CSSLs)又叫导入系(introgression lines,ILs),是在相同的遗传背景中导入供体亲本的染色体片段,如果代换系中只含有一个来自供体亲本的染色体片段则称为单片段代换系(single segment substitution lines,SSSLs)。本实验利用陆地棉栽培种CCRI221(中棉所45)为受体,海岛棉海1为供体,通过高代回交和分子标记辅助选择相结合的方法,构建了1个由116个家系组成的染色体片段代换系群体。利用分布在棉花基因组25个连锁群上的276个多态性标记对BC4F1世代进行检测。这些标记覆盖了棉花基因组2347cM,占棉花基因组4450cM的52.7%。在每个家系中,代换片段最多的55个,最少的15个,平均32.92个,覆盖棉花基因组180.7～969cM的,平均覆盖了502cM。占检测长度(2347cM)的21.4%。在各家系中,每个连锁群平均包含0.1～8.3个海岛棉片段,平均覆盖每个连锁群0.2～54.2cM,占每条连锁群被检测长度0.5～207cM的10.3%～35.5%。本研究为棉花染色体单片段代换系的创制奠定了基础。

利用单片段代换系鉴定水稻株高及其构成因素的QTL

通过t测验比较了单片段代换系与受体亲本华粳籼74之间的表型差异,对以6个水稻品种为供体的52个单片段代换系代换片段上株高及其构成因素的QTL进行了鉴定.以P≤0.001为阈值,在14个代换片段上共鉴定出24个QTL,包括10个株高QTL、2个穗长QTL、4个倒1节间长QTL、5个倒2节间长QTL、3个倒3节间长QTL,这些QTL分布于水稻的9条染色体上.QTL加性效应值为-4.08～3.98 cm,加性效应百分率为-19.35%～10.43%.

用单片段代换系对不同时期水稻分蘖数QTL的非条件和条件定位

【目的】了解各个发育时期控制水稻分蘖数QTL的"静态"和"动态"信息。【方法】利用单片段代换系对不同时期的水稻分蘖数QTL同时进行非条件和条件定位分析。【结果】(1)水稻分蘖数至少受14个QTL影响,它们分布在第1、2、3、4、6、7和8号共7条染色体的相应代换片段上;(2)各个时期影响水稻分蘖数的QTL数量(变动在6～9之间)和效应(变动在1.49～3.49之间)均不相同;(3)水稻分蘖数QTL的表达具有很强的时序性,主要集中在移栽后0～7d(有6个正表达),14～21d(有9个随机表达)和35～42d(有6个负表达)3个时间段内,正、负表达分别决定了最高分蘖和有效分蘖的数量;(4)每个QTL在整个生育期至少表达1次,有些可多次表达;(5)某个时期的分蘖数量取决于所有QTL的累积效应,而某个时间段内分蘖数的增减量则取决于所有QTL的净效应。【结论】用单片段代换系和条件QTL定位方法对发育性状进行QTL定位分析非常有效和准确。

基于单片段代换系的水稻穗长QTL加性及其上位性效应

穗长是影响水稻(Oryza sativa)产量的重要因子之一,研究水稻穗长QTL间的上位性效应对于发掘水稻产量潜力具有重要意义。该研究以16个单片段代换系(single segment substitution lines,SSSLs)和15个双片段聚合系(double segment pyramiding lines,DSPLs)为材料研究了水稻穗长QTL的加性及上位性效应。以P<0.01为阈值,共检测到6个穗长QTL和9对基因互作座位。其中2个(Pl-2和Pl-10)是尚未报道的穗长QTL。穗长QTL互作后,一些互作对的上位性效应与单个QTL的作用方式及效应大小各不相同,预示着基因聚合后会产生不同的互作效应。该研究结果对于通过分子聚合育种手段改良穗长具有重要意义。