基于混池测序及遗传图谱定位玉米雄穗分枝数基因

【目的】构建玉米雄穗分枝数极端混池和分子遗传图谱,对雄穗分枝数进行QTL定位,为探究玉米雄穗分枝数的发育机制及选育雄穗分枝数少的品种提供理论参考。【方法】将雄穗分枝少的自交系SNM131与雄穗分枝多的自交系HY813组配F_(2)代群体,统计群体各单株的雄穗分枝数,分析其遗传模式。从F_(2)代群体中分别挑选33个雄穗分株少的单株和38个雄穗分枝多的单株构建混池,对2个亲本和2个子代混池分别展开30×、17×和28×覆盖度的全基因组重测序,对测序数据进行关联分析,获得雄穗分枝数性状的定位区间。利用10K芯片对F_(2)代群体276个单株进行单核苷酸多态性(SNP)标记分型,所得数据用于构建遗传连锁图谱,并结合雄穗分枝数表型数据,利用全基因组复合区间作图法(GCIM)进行QTL定位。最后根据定位区间对应的B73参考基因组的物理区段上的基因注释信息,预测调控雄穗分枝数的候选基因。【结果】F_(2)代群体雄穗分枝数平均7.6个,F_(2)代群体在雄穗分枝数性状上偏向母本SNM131,以少雄穗分枝为主。全基因组重测序共获得1812886个SNP标记和24714个插入缺失标记(InDel),并基于混合分组分析法(BSA)进行雄穗分枝数性状分析,最终共获得6个显著关联区间,分布于玉米5、8和10号染色体。其中,10号染色体上一个峰值最高的关联区间(物理位置127.61~129.46 Mb),推测为控制雄穗分枝数性状的主效位点。构建的遗传连锁图谱包含2944个SNP标记,总图距3684.3 cM。基于遗传连锁图谱,利用GCIM法共定位到5个QTL,分别分布于1、4、6和10号染色体,单个QTL可解释1.9%~9.9%的表型变异。主效QTL被定位在10号染色体约0.56 Mb的物理区间(127.81~128.37 Mb),关联区间包含有15个有中、高功能变异位点的候选基因,其中TBN-S基因编码磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP),属于TFL1类基因,与花序分生和雄穗分枝数发育密切相关。【结论】通过田间表型鉴定、遗传连锁图谱构建和SNP标记定位,将控制玉米雄穗分枝数的主效QTL定位在10号染色体长臂约0.56 Mb物理区间内,包含15个中、高变异度的基因,预测TBN-S为候选基因。

玉米雄穗分枝数与主轴长的QTL鉴定

在包含103个SSR标记的连锁图谱基础上,运用复合区间作图法检测玉米组合(N87-1×9526)F3家系在正常与干旱胁迫环境下的雄穗分枝数与主轴长性状QTL。雄穗分枝数在正常环境下被检测到2个QTL座位,分别位于第5和7连锁群上;在胁迫环境下被检测到4个QTL座位分别位于2、5、7和10连锁群上,其中位于第5和7连锁群上的QTL不仅具有一致性而且与本作图群体中曾检测到的耐旱相关性状QTL存在连锁。雄穗主轴长在正常环境下被检测到2个QTL位于第2和第6连锁群上,在干旱胁迫环境下被检测到了3个QTL分别于第2、4和10连锁群上,其中位于第2染色体上的QTL是两种环境下所共同检测到的QTL。分析QTL的遗传作用方式表明,雄穗分枝数以部分加性效应为主,而雄主轴长全部表现为显性和超显性。

小麦杂种优势群研究 Ⅵ.普通小麦与穗分枝小麦、轮回选择后代材料、西藏半野生小麦和斯卑尔脱小麦早熟诱变系的SSR分子标记遗传差异研究

为分析小麦杂种优势群,采用微卫星(SSR)分子标记对中国北方冬麦区普通小麦(20份)、穗分枝小麦(4份)、轮回选择后代(14份)、西藏半野生小麦(3份)和斯卑尔脱小麦Hubel早熟诱变系(4份)共45份材料的遗传多样性进行了分析。结果表明,所用23个SSR引物在45个材料间共检测出226个等位变异,每个引物检测出5-16个等位变异,平均为9.82个。普通小麦群体与轮回选择后代、穗分枝小麦、西藏半野生小麦和Hubel诱变系间的遗传距离分别为0.7715、0.8145、0.9087和0.9217,均明显高于普通小麦群体内的0.6622;在聚类结果上,普通小麦、穗分枝小麦、轮回选择后代、西藏半野生小麦和Hubel诱变系也被明显地划分为五大不同类群,说明普通小麦群体与穗分枝小麦、轮回选择后代、西藏半野生小麦和Hubel诱变系间存在着较大的遗传差异。其中,轮回选择后代、穗分枝小麦和Hubel诱变系与普通小麦杂交F1代育性正常,且为普通小麦表型,可用作杂交小麦的亲本。西藏半野生小麦成熟时期穗轴自然断落,不利于收获,在用于小麦杂种优势利用时须先进行遗传改良。

穗分枝性状导入普通小麦的遗传研究

李丕皋等将圆锥小麦的穗分枝特性导入普通小麦并选育出超高产穗分枝小麦新品系分３３。通过对分３３进行细胞学鉴定和对其穗分枝特性的遗传研究，结果表明：分３３的基本核型及带型均为普通小麦型，为一普通小麦新品系；分３３的穗分枝特性源于分枝型的圆锥小麦；分３３小麦新品系在不同的生态条件下虽然穗分枝性状表达的程度不同，但均具穗分枝特性，且与分枝型圆锥小麦的遗传稳定性相似，在普通小麦背景下穗分枝性状的表达受两对隐性基因的控制，并可能受到一些修饰基因的影响。

甜玉米雄穗分枝数的QTL定位

选用雄穗分枝数有显著差异的甜玉米自交系T14和T4为亲本配制杂交组合,以330个F2单株为作图群体,用复合区间作图法在玉米全基因组上检测控制雄穗分枝数的QTL。结果显示,在F2群体中检测到6个雄穗分枝数QTLs,位于玉米第2、4、9染色体上,对表型的贡献率为5.0%～17.4%;在F2∶3群体中检测到8个与甜玉米雄穗分枝数相关的QTLs,分别位于玉米第2、3、4、8染色体上,对表型的贡献率为3.5%～13.6%;对比F2和F2∶3的定位结果,挖掘到3个在两世代中表现稳定一致的QTLs,分别位于第2、4染色体上。

穗分枝小麦与普通小麦杂交组合主要性状的杂种优势与配合力分析

为了研究穗分枝小麦作为杂交小麦育种亲本的应用价值,选用2个穗分枝小麦与5个普通小麦采用NCⅡ设计配制了10个杂交组合,对其9个农艺性状的杂种优势和配合力进行了研究。结果表明,穗下第一节长、穗长、株高3个性状表现出较强的中亲优势和对照优势,且所有组合都表现为正向优势;穗粒重和千粒重2个性状不同组合间对照优势变异幅度较大,其中多数组合表现正向优势(两个性状分别为90%和70%)。同时,筛选出一个单株产量对照优势为16.7%的强优势组合(3218×分2)。配合力分析表明,穗长、穗粒数、穗粒重、千粒重主要受基因的加性效应影响。有些亲本个别性状一般配合力较好,可根据育种目标有选择性地使用。

穗分枝小麦与普通小麦的杂种优势研究

对普通小麦和穗分枝小麦杂交种的田间杂种优势表现进行了系统研究,以期为明确穗分枝小麦在小麦杂种优势中的利用价值提供参考。2年度(2008—2009年和2009—2010年)的田间试验结果显示,穗分枝小麦与普通小麦之间存在着明显的杂种优势,其中,单株粒质量的杂种优势在-3.83%～65.43%之间,平均为20.66%,且比对照京411高5.11%,说明利用穗分枝小麦可以大幅度提高小麦杂种优势潜力。

利用高密度SNP芯片定位玉米雄穗分枝数QTL

玉米雄穗分枝数是影响玉米产量的重要因素之一,研究控制玉米雄穗分枝数的QTL位点对玉米品种改良、分子辅助育种具有重要意义。本研究利用京科968的双亲京724和京92构建BC1F1群体,以Maize6H-60K高质量高密度SNP芯片鉴定群体基因型,获得28910个高质量多态性SNP,构建了包含2737个BIN标记的高密度遗传图谱,各染色体BIN标记数在145~512个之间,BIN标记平均遗传距离为0.56 cM。2021年将亲本及727个单株种植在北京,调查雄穗分枝数。采用QTL IciMappingV4.2的完备区间作图法进行雄穗分枝数QTL检测及定位,共检测到6个QTL,分别位于第2、5、6、7、8和9染色体,QTL的LOD值范围为3.18~11.08,揭示1.58%~5.59%的表型变异。通过物理位置比对,6个QTL中有4个与前人定位在相同区域,qTBN6和qTBN7尚未见报道。其中qTBN6的LOD为6.73,增效等位基因来自京724,具有负的加性效应,作用为减少雄穗分枝数。本研究为克隆调控雄穗分枝数功能基因奠定了基础。

穗分枝小麦与普通小麦的配合力分析

选用12个普通小麦和4个穗分枝小麦品种采用p×q不完全双列杂交模式对8个主要农艺性状的配合力进行了分析,以期为明确穗分枝小麦在小麦杂种优势中的利用价值提供参考资料。结果表明,母本在8个农艺性状上的一般配合力方差均达到了极显著水平,父本的单株穗数、千粒重和单株粒重的一般配合力方差不显著,其它也均为极显著水平。特殊配合力方差仅株高、穗粒数和单穗粒重达到了显著或极显著水平,其它均不显著。配合力分析表明,单株产量为加性遗传,一般配合力高的亲本,其杂种优势也高,后代可保持较高的产量水平。本实验中杂种优势最高的两个组合p1×f1和p10×f1,它们的亲本的一般配合力都比较高。

穗分枝小麦选育过程中某些光合参数和籽粒品质的研究

李丕皋等将圆锥小麦的穗分枝特性导入普通小麦并选育出穗分枝小麦新品系分 33。通过对分 33和亲本及杂交后代的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和营养品质等测定 ,结果表明 ,分 33具有较高的净光合速率 ,有益于干物质的积累 ,籽粒营养品质中等 ;过氧化物酶同工酶的分析表明 ,穗分枝小麦分 33既源于穗分枝型的基因 ,也保留普通小麦亲本的基因 ,具有抗倒伏、抗病、落黄好的特点。

9个穗分枝裸大麦突变体的穗部特性及其差异分析

穗分枝突变体是大麦穗发育研究的重要种质。利用EMS诱变北青7号的成熟种子,再通过连续7年自交繁殖选育了9个裸大麦穗分枝突变(Ynbs)株系。在不同世代中9个Ynbs株系的穗分枝性状均可稳定遗传,多联穗明显退化,每个主穗着生2~5个分枝穗和10.53±0.53~13.23±0.22个多联穗,每个分枝穗具有1~3个分枝穗轴节,每个多联穗着生10~15个小花。为系统了解Ynbs株系的穗部特性差异,分析了不同材料多联穗数、小花数、结实粒数、结实率、穗茎轴长、穗长、穗轴节数和百粒重的表型差异和偏相关性。结果表明,多联穗数等8个穗部性状在不同材料间均有显著或极显著差异,9个Ynbs株系的多联穗数、结实率和百粒重显著低于诱变亲本,但其小花数极显著高于诱变亲本,多联穗减少、小花增多、结实率和百粒重下降是9个Ynbs株系的共有突变性状;穗分枝性状与多联穗数、结实粒数、结实率、穗长和百粒重5个穗部性状呈极显著偏相关,偏相关系数分别为-0.524、0.584、-0.646、0.418和-0.563。9个Ynbs株系具有穗分枝、多联穗退化、小穗增多等特性,是大麦穗发育等研究的不可替代种质。

基于SNP遗传图谱定位玉米雄穗分枝数和主轴长QTLs

以玉米雄穗分枝数差异显著的自交系豫086(分枝数多)和豫M 1-7(分枝数少)杂交获得F1,通过单粒传法获得含177个株系的F7 RIL群体。以玉米10 kb SNP芯片进行RIL群体基因分型,构建高密度遗传图谱,并利用QTL Cartographer 2.5对郑州和海南2个环境下玉米雄穗分支数(Tassel branch number,TBN)和玉米雄穗主轴长(Total tassel length,TTL)进行QTL分析。结果表明,构建的高密度遗传图谱覆盖玉米10条染色体,包含1 792个簇,覆盖基因组长度为2 109.45 cM,相邻簇之间平均距离为1.18 cM。在此图谱基础上采用复合区间作图法,在2个环境下共检测到了24个雄穗相关性状QTLs。其中7个与TBN相关QTL分布于第3, 8和10条染色体上,单个QTL的表型变异范围是6.74%~13.88%;其余17个为与TTL相关QTL,位于第1,3,5,6,8和9染色体上,单个QTL位点可解释5.59%~18.66%的表型变异。在2个环境下检测到了一个相同的TTL相关QTL位点(qTTL1-2)和2个既控制TBN又控制TTL的QTL位点(qTBN8郑州,qTTL8郑州;qTBN8-3海南,qTTL8海南)。

玉米雄穗分枝数主效QTL定位及qTBN5近等基因系构建

立足于发掘玉米雄穗分枝数优异基因资源,利用郑单958骨干亲本郑58和昌7-2构建的188个重组自交系(recombinant inbred line,RIL)家系群体,结合288个多态性分子标记构建的连锁图谱和2年玉米雄穗分枝数表型数据,运用完备复合区间作图法进行QTL定位,共检测到5个控制玉米雄穗分枝数的一致性主效QTL,分别位于玉米5条染色体上。通过连续回交及分子标记辅助选择构建了位于bin 5.05的控制雄穗分枝数主效QTL-qTBN5近等基因系(near isogenic line,NIL),对基因遗传效应进行了验证,并将qTBN5进一步定位在13.2 Mb区间之内,为玉米雄穗分枝数主效基因的精细定位及分子育种奠定基础。

不同穗分枝裸大麦株系中变异性状的表型差异和关联分析

【目的】Ynbs株系是M7代裸大麦穗分枝突变体,其穗分枝等性状可稳定遗传,但未见Ynbs株系变异性状表型差异和关联分析的报道。【方法】以9份Ynbs株系、13份重组自交系、1份诱变亲本、1份Prbs突变体为材料,利用SPSS 19.0软件分析了不同材料间11种农艺性状的表型差异及其相关性。【结果】不同Ynbs株系具有小穗退化、小花数增多和结实率下降等8个变异性状,其小穗数(10.53±0.53~13.23±0.22)和结实率(11.30±3.71)%^(42.40±3.61)%极显著低于诱变亲本和重组自交系(P<0.01),但其小花数(123.00±20.06~193.90±14.48)极显著高于诱变亲本和重组自交系(P<0.01),9份Ynbs株系与其他15份材料间具有明显的遗传分化;在24份大麦材料中穗分枝分别与小穗数、结实粒数或穗茎轴长显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)偏相关,偏相关系数分别为-0.599、0.548、-0.652。【结论】Ynbs株系具有包括穗分枝、小穗退化、小花数增多和结实率下降4个共有特性,其穗分枝分别与小穗退化、小花数增多或结实率下降关联遗传,是大麦穗分枝发育等研究的重要基因资源。

基于掖478导入系的玉米雄穗分枝数QTL定位

为玉米雄穗分枝数的遗传改良和分子育种提供参考,以有掖478遗传背景的SL19-22导入系为母本与轮回亲本掖478杂交,构建F2群体,在3种生态环境下田间种植观察亲本及其F2群体的雄穗分枝数,并采用SSR标记和单标记作图法进行基因型鉴定和雄穗分枝数的QTL定位分析。结果表明:2016年在QY、SH和SF环境下,掖478亲本的雄穗分枝数分别为(17.5±2.5)个、(14.8±2.1)个和(19.0±2.4)个,SL19-22亲本分别为(10.2±2.4)个、(11.3±1.7)个和(12.9±1.7)个,F2群体分别为(12.9±2.7)个、(13.9±4.2)个和(14.5±3.8)个,且2亲本的雄穗分枝数差异达显著水平(P<0.05)。在SH和SF环境下,检测到在第5染色体umc1225位点处有1个控制雄穗分枝数的QTL位点,其对雄穗分枝数表型变异的贡献率分别为24.4%和33.9%。因此,雄穗分枝数较少的SL19-22亲本可作为种质材料进行雄穗分枝数改良,umc1225则可用于玉米雄穗分枝数的分子标记辅助选择育种。

玉米雄穗分枝数分化发育基因研究进展

为了挖掘玉米雄穗分枝数分化发育过程关键基因优异等位变异、开展玉米雄穗设计育种。综述了玉米雄穗分枝数QTL定位研究进展,阐释了控制玉米雄穗分枝数分化发育关键基因功能及其调控网络。指出了已定位的能稳定遗传的玉米雄穗分枝数主效QTL较少,而且通过突变体克隆的玉米雄穗分枝数分化发育基因表现出极端表型,不能直接应用于玉米育种实践。提出了通过构建玉米雄穗分枝数QTL近等基因系和根据雄穗分枝数分化发育关键基因特征在自然群体寻找优异等位变异的建议,有助于图位克隆玉米雄穗分枝数主效基因、挖掘玉米雄穗分枝数优异基因资源,从而进行玉米产量和株型相关性状的分子育种。

玉米雄穗分枝性状的数量遗传分析

以2个株型不同的玉米自交系自330和PH4CV构成的6世代群体为材料,目测计数玉米不同群体雄穗分枝数量。通过P1、P2、F1、F2、B1和B2共6个世代联合分析法,以玉米雄穗分枝数为性状,研究控制玉米雄穗分枝性状的基因遗传分离规律。结果表明:该性状在F2分离世代群体呈双峰分布,B1和B2群体分离世代呈多峰分布,说明玉米雄穗分枝性状遗传为多基因数量性状控制,且符合加性-显性-上位性多基因遗传模型(即C模型)。显性效应起主要作用,多基因遗传力较高,在74.83%～80.42%之间,若选择雄穗分枝较少的自交系必须从基础材料入手。这一研究结果为玉米雄穗分枝选择提供方法和理论依据。

普通小麦穗分枝性遗传分析与育种初探

本试验中，穗分校在F1呈隐性遗传，F2表型分析受3对核基因控制，多呈三隐性遗传形式，或至少有2对为隐性。同时表现有明显基因果加效应，如F2、F3分离，除有分技与不分枝个体外，还出现具创生小穗而小穗轴不伸长的拟分枝穗，按个体分枝穗和拟分校小穗多少分，又有各种中间类型，这一遗传表现仍需深入研究。本文还讨论了分枝穗育种问题。

特多粒穗分枝小麦“分33”

"分33"小麦系我国著名小麦育种家李丕臬、封如敏利用小麦的4倍体、6倍体、异源8倍体及rht10矮化基因,经过多次杂交和回交,前后历时29年把分枝型园锥小麦的穗分枝特性,成功地导入了普通小麦,育成了小麦超高产亚绿杂交新品种多枝多粒穗小麦"分33"。该品种属半冬性,株高70厘米,每穗有分枝10—14个,多达22个,每穗有籽粒83粒,多达169粒;籽粒饱满,大小均匀,千粒重46克,品质好。"分33"根系发达,旗节长而弹性好,既抗倒伏。

基于高密度遗传图谱的玉米雄穗分枝数QTL定位

利用PD80和PHJ65组配的包含310个家系的重组自交系群体为材料,结合在3个单环境条件下的雄穗分枝数表型值和最佳线性无偏预测值,经完备区间作图法在包含8384个SNP标记的连锁图谱上共检测到11个QTLs,分别位于1、2、4、5、7、8染色体上,LOD值为4.99~11.42,表型贡献率为4.62%~11.80%。在2个以上单环境和BLUP值下重复检测到5个QTLs(qTBN1.1、qTBN2.1、qTBN4、qTBN5、qTBN7)。其中,qTBN1.1、qTBN5表型贡献率大于10%,属于稳定的主效QTLs,物理区间分别位于第1染色体303.01~304.87 Mb(B73_RefGen_v4_genomic)、第5染色体168.16~170.97 Mb。基于生物信息学分析及基因功能注释在2个主效QTL位点筛选出19个高表达的候选基因。