作物染色体导入系的构建及其应用

染色体导入系,也称染色体片段代换系、回交重组自交系或近等基因系,是借助分子辅助选择方法,通过回交和自交,从供体中导入一个或几个小的染色体片段进入轮回亲本。相对于传统的遗传群体,导入系群体大大降低了供体材料的遗传背景的干扰,提高了QTL分析的灵敏度和准确性,是QTL鉴定、精细定位、互作分析、图位克隆、性状改良及杂种优势利用和基因表达分析的理想的实验材料。本文就染色体导入系的研究情况进行了详细的综述。

黄瓜-酸黄瓜染色体片段导入系群体的构建及果实相关数量性状基因的定位

【目的】以栽培黄瓜(Cucumis sativus L.,2n=14)‘北京截头’为受体亲本,以野生酸黄瓜(C.hystrix Chakr,2n=24)为供体亲本,采用SSR标记辅助选择法构建黄瓜-酸黄瓜染色体片段导入系群体。初步定位控制黄瓜果实外形的数量性状基因。【方法】首先通过种间杂交-回交-自交获得大量的染色体片段导入系株系。然后选择均匀分布在黄瓜染色体组上的298对SSR标记对亲本进行多态性检测,使用检测出的亲本间差异引物对染色体片段导入系株系进行检测,筛选含有野生酸黄瓜染色体片段的植株。对该群体果实外形进行初步调查,利用t测验与轮回亲本比较,鉴定QTL。【结果】本研究构建了由50个株系组成的染色体片段导入系群体。在该群体中共检测到149个染色体导入片段,包含61个不同的导入片段,不同导入片段的总长度为259.95 cM,基因组覆盖率为45.37%。导入片段的长度在1.65—15.4 cM,平均长度为5.41 cM,分布于黄瓜的7条染色体上。利用该导入系群体初步定位了控制黄瓜果型的13个QTL。【结论】构建了一套以栽培黄瓜为背景,野生酸黄瓜为前景的染色体片段导入系群体,并利用该导入系初步定位了控制黄瓜果型的QTL,为开发利用野生酸黄瓜的优良基因提供了新的种质资源,也为今后定位黄瓜的数量性状遗传位点奠定了材料基础。

利用海岛棉染色体片段导入系定位衣分和籽指QTL

以染色体片段导入系IL-15-5和IL-15-5-1构建的F2和F2:3分离群体,利用SSR标记对数量性状衣分和籽指QTL进行了定位。应用复合区间作图法分析两个组合的774个F2单株和F2:3家系衣分和籽指,检测到2个衣分的QTL,1个籽指的QTL。衣分QTLqLP-15-1在两世代中都被检测到,位于相同的分子标记置信区间JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为5.40cM和3.20cM;qLP-15-2只在F2:3中被检测到,位于分子标记NAU5302～NAU2901之间,置信的遗传距离为0.08cM。籽指QTLqSI-15-1在F2和F2:3中都被检测到,分别位于分子标记NAU2814～NAU3040和JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为6.70cM和5.70cM。利用染色体片段导入系能准确地定位产量组分的QTL,为棉花产量的分子设计育种奠定基础。

黄瓜染色体片段导入系的构建与遗传评价

以综合性状优良的栽培黄瓜（Cucumis sativus L.,2n=14）北京截头为受体亲本,以携带有多种抗性性状的黄瓜珍稀野生种酸黄瓜（Cucumis hystrix Chakr.,2n=24）为供体亲本,在本实验室前期获得种间杂交异源四倍体的基础上,通过多代回交和自交,结合SSR标记辅助选择构建了以北京截头为遗传背景的黄瓜野生种染色体片段导入系,并对其导入片段的数目、分布、大小和覆盖率等进行了评价。结果表明：该导入系群体携带的38个供体片段不均匀地分布于黄瓜7条染色体上,其长度介于1.1~14.9 cM,平均长度为5.3 cM,总长度为201.9 cM,在黄瓜基因组上的覆盖率为23.5%。

染色体片段导入系在作物遗传育种研究中的应用

染色体片段导入系是在轮回亲本的遗传背景上只含有一个或少量供体染色体片段的家系,可作为QTL分析的重要材料。在QTL检测时,染色体片段导入系的遗传背景清楚,可有效检测微效基因及隐蔽基因,准确地评价供体染色体片段的遗传效应,打破优良基因与不良基因的连锁,提高QTL检测的效率和准确性。另外,染色体片段导入系不仅可用于QTL精细定位和基因克隆、QTL间互作、QTL与环境互作以及杂种优势的研究,同时还可用于作物聚合育种和分子设计育种。本文对染色体片段导入系的构建及其在作物遗传育种中的应用进展进行了综述。

利用棉花海陆种间染色体片段导入系剖析光合色素含量的遗传基础

光合作用是棉花产量和品质的基础,而光合色素在光能的吸收、传递和转换中起着重要作用。利用海陆棉种间连续回交和标记辅助选择培育的染色体片段导入系群体,对棉花叶片中光合色素含量进行了QTL定位研究。通过软件QTLIciMapping3.0,检测到LOD>3.0的影响叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素a/b值和叶绿素总含量等5个性状的44个QTL,其中15个在2年中都被检测到。44个QTL主要分布在A1(chr.1)、A8(chr.8)、A9(chr.9)、A11(chr.11)、A13(chr.13)、D1(chr.15)、D3(chr.17)、D5(chr.19)、D6(chr.25)、D7(chr.16)、D8(chr.24)、D9(chr.23)、D10(chr.20)、D11(chr.21)和D12(chr.26)等15条染色体上,可解释1.25%～5.59%的表型变异。发现SSR标记NAU3714(chr.D1)的染色体区段上存在提高叶绿素a和b含量、叶绿素总含量和类胡萝卜素含量4个性状的QTL,结合修饰回交育种技术开展棉花的高光效育种可能带来棉花产量育种上的突破。

棉花染色体单片段导入系的研究进展

染色体单片段导入系具有片段单一、背景一致、遗传稳定等特点,能把复杂性状的基因分解为多个简单的孟德尔因子,将在作物数量性状和功能基因组的分子研究中发挥重要的作用。本文针对棉花中数量性状位点作图中所遇到的如遗传背景变异的干扰等难题,概述了培育染色体单片段导入系的原理和方法,以及在棉花中的应用情况,讨论了棉花染色体单片段导入系构建过程中的问题和在棉花遗传育种中的潜在价值。

基于染色体片段导入系发掘抗玉米丝黑穗病主效QTL

选用抗玉米丝黑穗病自交系Mo17和SH15为供体,与受体感病自交系黄早四和昌7-2构建回交群体(BC3F1\BC4F2),通过田间人工接种玉米丝黑穗病原菌鉴定抗病性表现,评价群体抗病性。研究结果显示黄早四×(黄早四×Mo17)BC4F2群体发病率明显高于BC3F1群体;两个BC4F2黄早四×(黄早四×Mo17)和昌7-2×(昌7-2×SH15)群体的发病率差异较大。采用SSR标记分析抗病株的供体染色体导入片段,发现随着回交次数的增多,导入片段数量减少,但不同回交群体中供体导入片段数目明显不同。通过连锁不平衡分析,在染色体2.09和3.04区段发掘和验证2个抗玉米丝黑穗病主效QTL,连锁标记分别为umc2077和phio53或bnlg1965。本文研究结果为抗丝黑穗病基因精细定位和分子聚合育种提供了信息和材料。

染色体片段导入系在作物遗传育种中的应用

准确而有效的定位农作物数量性状基因座(Quantitative Trait Loci,QTLs)是植物分子育种的核心,传统的QTL定位群体遗传背景复杂,受群体大小和统计方法等多方面的限制,难以达到QTL精细定位。随着分子标记技术、计算机统计软件及分子辅助选择的飞速发展,一种新的QTL定位群体脱颖而出,这就是染色体片段导入系(Chromosome Segment Introgression Lines,CSILs)。它不但能有效消除"遗传背景噪音"对QTL定位的干扰,还能够在群体中挖掘出大量的有利隐蔽基因,对农作物遗传育种的进一步发展有巨大贡献。对染色体片段导入系的优越性,应用范围以及应用前景作以综述。

棉花导入系耐盐性鉴定及耐盐基因QTL定位

【目的】筛选棉花耐盐、抗盐种质。【方法】以148份陆地棉背景的海岛棉染色体片断导入系为研究对象,利用苗期植株相对生长量进行耐盐性鉴定。【结果】148个导入系材料的平均盐害系数为61.22%,耐盐性差异较大;以2个亲本的盐害系数为界线,将盐害系数分成3组,盐害系数0~29.35%的占23.65%,29.35%~71.70%的占39.19%,71.70%~100%的占37.16%。【结论】通过对耐盐性状的QTL(Quantitative trait locus)定位,检测到了23个耐盐相关的QTL,其中12个耐盐QTL分布在A05、A12、D05和D11染色体上,说明从陆地棉背景的海岛棉染色体片段导入系中进行耐盐材料筛选是可行的,对特定染色体的筛选会具有更高的效率。

黄瓜抗白粉病染色体片段导入系的SSR鉴定

以黄瓜高抗白粉病品种JIN5-508为供体亲本,以高感白粉病品种D8为轮回亲本,通过多代回交后自交,并在每个世代结合白粉病抗性进行接种鉴定,获得了17个以D8为遗传背景但具有抗白粉病的染色体片段导入系。利用平均分布于黄瓜7条染色体上的324对SSR引物对17个导入系63个抗病单株（病情指数≤10）的染色体导入片段特征进行了鉴定。结果表明：74对SSR引物在亲本间表现多态性;63个抗病单株中单片段导入系共25株,占39.68%;导入双片段的共32株,占50.79%;有3个供体片段导入的为4株,占6.35%;无片段导入的2株,占3.17%。出现频率较高的导入片段共4个,分别位于1号染色体的23.4~41.3cM、3号染色体的51.1~54.0cM、4号染色体的9.3~11.3cM和6号染色体的1.4~3.2cM处,出现的频率分别为74.6%、44.4%、25.4%和7.9%。

玉米雄穗分枝数主效QTL qTBN7定位分析

染色体片段导入系群体作为次级作图群体,其遗传背景上仅有1~2个染色体片段来源于供体亲本,是精细定位控制复杂数量性状位点的理想材料。以掖478为遗传背景、齐319为供体亲本的染色体片段导入系CL103为父本,与背景亲本回交并自交构建含955个单株的F2分离群体,对控制玉米雄穗分枝数的主效QTL开展精细定位。结果表明,2017年北京昌平环境下,两个亲本雄穗分枝差异数达极显著水平,CL103平均雄穗分枝数为24.30,掖478平均雄穗分枝数为18.20,F2群体平均雄穗分枝数为22.03。参考B73RefGenv3,利用完备区间作图法将qTBN7精细定位在第7染色体物理位置110 088 645~110 160 101 bp区域内,LOD值为25.06,解释11.47%的表型变异,该区间包含14个候选基因,包括已报道的控制玉米雄穗分枝数的基因ramosa1(ra1)。