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。

野生稻单片段代换系穗伸出度评价及长穗颈QTL鉴定

【目的】水稻抽穗时出现严重的包穗,是影响水稻产量的重要因素之一。而野生稻普遍具有良好的穗伸出度,前期以南方野生稻(Oryza meridionalis)和短舌野生稻(Oryza barthii)为供体构建了单片段代换系群体(SSSLs),拟挖掘稳定表达的长穗颈QTL,为野生稻长穗颈基因克隆及水稻穗伸出度性状的分子育种奠定基础。【方法】以P<0.01为差异显著的标准,筛选出穗伸出度显著长于‘HJX74’的SSSLs,认为其代换片段携带控制长穗颈的QTL,并计算其加性效应及表型贡献率。【结果】在南方野生稻SSSLs鉴定到4个稳定QTL(qPEm5-1、qPEm5-2、qPEm8-1和qPEm10-1),其加性效应均值范围为1.64~2.19 cm,加性效应表型贡献率范围为114.53%~347.98%。在短舌野生稻SSSLs鉴定到11个稳定QTL(qPEb1-1、qPEb1-2、qPEb1-3、qPEb2-1、qPEb3-1、qPEb3-2、qPEb4-1、qPEb5-1、qPEb6-1、qPEb7-1和qPEb10-1),其加性效应均值范围为1.74~4.08 cm,加性效应表型贡献率范围为107.82%~481.80%。从以上两种野生稻SSSLs鉴定的长穗颈QTL中发现qPEm1-1与qPEb1-1、qPEm1-1与qPEb7-1、qPEm10-1与qPEb10-2有重叠区间,表明两个供体野生稻SSSLs的重叠区间存在相同QTL或等位基因;挖掘到3个新的QTL(qPEm5-1、qPEb5-1、qPEb6-1),且其增效等位基因来自供体野生稻SSSLs。【结论】该研究对以南方野生稻和短舌野生稻为供体构建的SSSLs进行多季节的穗颈长性状调查,鉴定出15个稳定表达的长穗颈QTL,其中3个QTL未见报道,可为长穗颈基因的克隆与功能解析以及水稻穗颈长性状的分子育种提供参考。

甜菜单胚雄性不育系NM3005A及保持系NM3005B的选育

甜菜单胚雄性不育系NM3005A是内蒙古自治区农牧业科学院选育的糖用型二倍体单胚雄性不育系,其保持系为NM3005B。该不育系历时10年5个世代采用常规育种方法选育而成,2023年7月通过国家甜菜专家鉴定组鉴定成系命名。表型鉴定结果:单胚雄性不育系NM3005A的完全雄性不育率为98.85%,单胚株率100%;单胚雄性不育保持系NM3005B的可育株率为100%,单胚株率100%。该单胚雄性不育系属于偏丰产、中抗丛根病、配合力较高的不育系。同时利用甜菜细胞质分子育性鉴定技术,对该不育系及保持系细胞质类型进行了鉴定,鉴定结果:NM3005A细胞质类型为S型、NM3005B细胞质类型为N2型。利用生物试样扫描电子显微镜对该不育系及保持系进行花药及花粉粒检测鉴定,鉴定结果:二者的花药和花粉在表型形态与细胞上存在明显差异。

利用野生稻单片段代换系鉴定株高性状QTL

【目的】株高是与水稻株型密切相关的农艺性状,对水稻产量具有重要影响。充分挖掘野生稻中优异株高遗传位点,可丰富栽培稻矮源基因,为培育理想株型水稻品种提供新的遗传资源。【方法】以南方野生稻(Oryzameridionalis)和短舌野生稻(Oryzabarthii)分别为供体亲本的两套单片段代换系群体(简称:MER-SSSLs和BAR-SSSLs)为材料,采用多年大田试验,测定多季株高表型,对两套SSSLs和受体亲本‘华粳籼74’(‘HJX74’)进行Duncan’s多重比较,分析SSSLs与‘HJX74’之间的差异显著性,检测控制株高性状的QTL。【结果】MER-SSSLs和BAR-SSSLs的株高在3个季节均呈单峰分布,群体内株系间株高表型变异范围分别为80.74~116.22 cm和80.26~167.33 cm。利用MER-SSSLs共鉴定到25个株高相关QTL,加性效应在-6.07~6.35cm,单个QTL解释的表型变异范围在2.34%~6.63%。其中7个QTL(qPHm2-1、qPHm2-2、qPHm3-1、qPHm4-2、qPHm5-1、qPHm5-4、qPHm5-5)在不同年份被重复鉴定到,表达稳定;且qPHm2-1、qPHm2-2、qPHm3-1、qPHm4-2、qPHm5-4未见报道,可能是来自南方野生稻控制株高性状的新QTL。利用BAR-SSSLs在2024年晚季共鉴定到21个株高QTL,加性效应范围在-5.41~29.28 cm,表型贡献率在2.45%~30.13%。其中qPHb1-4和qPHb10-1表型贡献率均大于18.00%,qPHb10-1可能是来自短舌野生稻控制株高表型的新QTL。【结论】水稻株高性状是由多基因控制的数量性状。利用MER-SSSLs鉴定到7个稳定的株高QTL,利用BAR-SSSLs鉴定到2个控制株高的主效QTL。该结果可为进一步克隆野生稻优异基因奠定基础,为水稻株高性状育种提供材料资源。

甜菜单胚雄性不育系NM 3006A及保持系NM 3006B的选育

【目的】为了给甜菜新品种选育提供亲本材料和基础材料。【方法】通过对引进及自育甜菜种质资源材料杂交后代进行育性、胚数性、产量、含糖率、配合力、细胞质类型、细胞核基因型、花粉粒细胞形态等性状鉴定选择,历经9年5个世代,选育出了优良甜菜单胚雄性不育系及保持系。【结果】单胚雄性不育系‘NM 3006A’的不育率为100%,单胚株率为100%,花药发育形状不规则且干瘪,花粉粒表面黏稠且不光滑,细胞质类型为S型,细胞核基因型为xxzz。单胚雄性不育保持系‘NM 3006B’的可育株率为100%,单胚株率为100%,花药发育形状规则且药室饱满,花粉粒为圆球形且表面光滑,细胞质类型为N1型,细胞核基因型为xxzz。【结论】甜菜单胚雄性不育系‘NM 3006A’及保持系‘NM 3006B’为糖用型二倍体单胚雄性不育系及保持系,2023年7月通过国家甜菜专家鉴定组鉴定,达到成系标准并命名,该不育系属于偏高糖型、配合力较高的不育系。

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。

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。

玉米衔接式单片段导入系群体的构建和评价

以生产上广泛种植的玉米杂交种豫玉22的亲本自交系87-1和综3为受体亲本,以糯质、抗病性较好的玉米自交系衡白522为供体亲本,采用回交和自交的方法,结合SSR分子标记辅助选择,分别构建了以87-1和综3为背景的衔接式玉米单片段导入系群体,并对其遗传背景、导入片段大小、数目和覆盖率等进行了评价。结果表明,87-1背景的导入系群体导入了40个供体片段,片段长度介于0.03～342.8cM,平均长度为91.1cM,导入片段总长为3643.9cM,覆盖率为48.9%;综3背景的导入系群体导入了78个供体片段,片段长度介于0.03～343.4cM,平均长度为75.5cM,导入片段总长为5895.2cM,覆盖率为79.2%。

抗稻瘟病单基因系对籼稻稻瘟病菌小种鉴别力分析

利用 30个抗稻瘟病单基因系对 14 6个来自广东的稻瘟病菌单孢分离菌株进行了致病性测定 ,其中 17个单基因系对测试菌株的致病性有较好的鉴别力。基于主成分因子分析法 ,对 17个单基因系和 14 6个菌株组成的互作变量矩阵进行了因子提取 ,结果表明其中 9个单基因系为代表的抽提因子可以解释变量总方差的 80 .4 37% ,初步组建了这 9个单基因系构成的稻瘟病菌生理小种单基因系鉴别寄主。按其对变量方差贡献大小排序 ,它们分别是 :IRBLkp K6 0 (Pi kp)、IRBLi F5(Pi i)、F12 8 1(Pi ta2 )、IRBL9 W (Pi 9(t) )、IRBLsh S (Pi sh (1) )、IRBLz Fu(Pi z)、IRBLkh K3(Pi kh)、IRBL1 CL(Pi 1)、IRBLz5 CA(Pi z5)。用这 9个单基因系可将 14 6个菌株划分为 83个小种 ,将来自广西、福建、湖南、湖北、浙江、四川等籼稻区的 5 4个菌株划分为 2 6个小种。筛选的 9个单基因系对我国籼稻区稻瘟病菌致病性有较强的鉴别力。在抗病性鉴定中 ,基于单基因系的代表菌株选择 。

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。

玉米优良自交系单片段代换系的构建

以优良自交系昌7-2为供体亲本、自交系9801为受体亲本,通过杂交、回交和供体染色体片段的SSR标记跟踪,构建以9801为遗传背景的昌7-2染色体单片段代换系群体,分析供体基因组成分在单片段代换系构建过程中的变化趋势。结果表明,共获得了74个以9801为背景的供体单片段代换系,片段长度为2.38～181.46 cM,平均长度为33.39 cM,导入片段总长为2 470.53 cM,染色体覆盖率为29%。

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%。

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%。

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%.

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。

水稻Wx复等位基因的鉴定及单片段代换系的建立

利用微卫星标记“484/485”和“484/W2R”结合AccⅠ酶切对278份来自国内外水稻品种(系)进行了Wx座位复等位基因分析,共检测到15种等位基因,其中(CT)12G、(CT)15G、(CT)16G、(CT)17G、(CT)18G、(CT)21G为新发现的等位基因。以含不同Wx等位基因的20个品种(系)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,建立了72个以Wx等位基因为(CT)11G的“华粳籼74”为受体的Wx复等位基因单片段代换系。这些单片段代换系共包含12种Wx等位基因,其代换片段长度最短为2.2cM,最长为77.3cM,平均为17.4cM。

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。

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。

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。