利用品质性状的回交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病QTL

将优质、抗纹枯病的高秆供体Tarom Molaii和Binam导入半矮秆IR64和特青背景,培育品质性状回交选择构建的4个导入系群体IR64/Tarom Molaii、特青/Tarom Molaii、IR64/Binam和特青/Binam,定位了影响水稻抗纹枯病病级(disease scale,DS)、相对病斑高度(relative lesion height,RH)和株高(plantheight,PH)的QTL。结果表明,4个导入系群体的DS与RH高度正相关,两者与PH呈显著负相关。导入系后代各性状均呈现超亲分离,出现抗性明显优于双亲的抗病个体,其中40%左右属半矮秆抗病类型。采用单向方差分析,在这4个群体中分别定位到10、8、8和6个影响3个性状的QTL,多数基因座上降低DS和RH即增强抗病性同时增加株高的等位基因均来自两个供体。未在同一供体两个不同背景下检测到影响3个性状的相同QTL,表明抗纹枯病QTL表达有明显的遗传背景效应。PH与DS及PH与RH被定位在同一个显著标记位点的QTL数分别占两个性状QTL总数的38%和52%,表明水稻纹枯病抗性与株高关系密切,两者存在许多连锁位点。与以往相同群体品质性状QTL的定位结果相比,发现品质性状QTL与抗纹枯病QTL大多分布在染色体的不同区域,彼此独立遗传。对利用目标性状选择导入系定位非目标性状QTL的效果、影响因素及育种应用进行了探讨,强调了目标性状选择导入系对非目标性状QTL发掘及育种应用的重要性。

利用BC2F3产量选择导入系定位水稻耐盐QTL

本研究以生产上大面积推广的籼稻恢复系蜀恢527和明恢86为轮回亲本,以ZDZ057和特青为供体亲本,培育选择了蜀恢527/ZDZ057、明恢86/ZDZ057、蜀恢527/特青和明恢86/特青4个BC2F3产量选择导入系群体,分别选取65个、75个、73个和60个均匀分布在12条染色体上的SSR标记用于以上4个群体的基因型分析。对4个BC2F3群体的幼苗耐盐等级和幼苗存活天数两个性状进行了表型鉴定。采用性状-标记间的单向方差分析对上述性状进行了QTL定位。在群体蜀恢527/ZDZ057、明恢86/ZDZ057、蜀恢527/特青和明恢86/特青中分别检测到了11、15、11和6个控制幼苗耐盐等级和幼苗存活天数的QTL,其中群体明恢86/ZDZ057检测到的15个QTL中有3个QTL具有多效性。其中有2个QTL能在蜀恢527/ZDZ057和明恢86/ZDZ057群体分别检测到,1个QTL可以在蜀恢527/ZDZ057和蜀恢527/特青群体分别检测到,1个QTL在明恢86/ZDZ057和明恢86/特青群体中分别检测到。QSst2c、QSst10b、QSst12、QSds1b、QSst4b、QSst2d、QSst2e、QSds10、QSst1b、QSst10c、QSst10d和QSds4b能解释的表型变异分别为20.36%、24.06%、22.50%、28.45%、21.39%、23.31%、34.92%、42.18%、20.29%、20.50%、21.31%和26.27%,位点QSst2c、QSds1b、QSst9a和QSst2e与前人定位在同一区域。QSst12表现为负向超显性,QSst4b和QS-ds10表现为正向超显性,QSst10b和QSst2d分别表现为负向和正向部分显性。本研究结果将为水稻高产耐盐育种提供有益参考。

水稻抗旱选择导入系产量相关性状分析

为广泛利用水稻种质资源隐蔽抗旱有利基因来全面改善品种抗旱性,以粳型恢复系C418为轮回亲本,以3个籼型品种(Manawthukha,粤香占,特青)为供体构建了抗旱极端选择导入群体。3个群体两种水分条件对比,千粒重和单株有效穗数均表现出正相关,最大相关系数分别为r=0.88^(**)和r=0.64^(**);不同水分条件下产量构成因子与产量的相关分析结果显示,水分胁迫下单株有效穗数和每穗总粒数在所有群体中都是对产量贡献较大的因子;不同水分条件下产量构成因子与产量的通径分析结果显示,不同群体的产量构成因子之间存在着相互促进或相互制约关系;优良株系在胁迫下单株产量极显著高于轮回亲本充分体现了远缘杂交优势,说明应用回交导入方法利用籼稻优良基因改良粳稻品种是可行的。

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。

利用抗旱选择导入系定位向日葵产量性状QTL

干旱是造成向日葵减产的最主要因素之一。利用综合性状优良的自交系K55作为轮回亲本与抗旱自交系K58杂交构建回交导入系,在干旱条件下进行单株产量筛选,得到45个BC3F2抗旱定向选择导入系。通过全基因组SSR及SNP标记扫描,以方差分析和基于遗传搭车原理的卡方检验对呼和浩特市及武川县两点、两种水分条件下的5个产量性状进行QTL检测。方差分析检测到的QTL根据不同环境下的表达情况分为三类,第一类在两种水分条件下稳定表达,包括武川的4个百粒重QTL及呼和浩特的2个单株产量QTL、3个单株实粒数QTL,这些QTL可能对向日葵抗旱性有直接贡献;第二类受干旱胁迫表达,包括呼和浩特的30个和武川的27个;第三类仅在正常供水条件下被检测到,包括呼和浩特的38个和武川的64个。卡方检验检测到极显著位点274个。用两种方法共检测到一致性位点14个,可能是与向日葵抗旱性相关的关键位点。本研究结果可为向日葵高效抗旱分子育种奠定基础并提供相关材料。

水稻黄华占背景选择导入系的耐低氮筛选评价与利用

中低产田的氮素不足是制约水稻高产的重要因素,筛选和培育耐低氮品种是解决这一问题的有效途径之一。本研究利用种质资源导入黄华占背景培育的目标性状选择导入系群体,经连续3个季节在低氮和正常施氮条件下评价导入系的产量及其相关性状表现,发现低氮处理对导入系的抽穗期、结实率和千粒重影响最小,平均耐低氮指数均接近1;对单株产量和单株有效穗数的影响较大,平均耐低氮指数分别仅为0.45和0.62,认为单株产量和单株有效穗数是衡量水稻耐低氮性的有用指标。基于单株产量的耐低氮指数,从导入系群体中筛选出9份耐低氮株系,其单株产量的耐低氮指数变幅为0.87~1.04。对其中的5份进行多点品比验证,其中1份不具备耐低氮性,产量平均耐低氮指数为0.66,其余4份表现较强的耐低氮水平,产量平均耐低氮指数为0.94,表明耐低氮性具有个体和群体水平的差异,强调对分离群体中筛选出来的耐低氮材料进行群体水平验证的重要性。4份耐低氮株系中,M85耐低氮性主要通过在低氮条件下较高有效穗数和千粒重来实现,其余3份耐低氮株系(M382、M563和M79)则主要通过较多每穗实粒数和较高的千粒重来实现,提出在一定穗数基础上增加每穗实粒数是提高低氮条件下水稻产量的重要途径。结合选择导入系的苗期耐盐、成株期抗旱和全生育期耐低氮特性,对利用不同供体来源的选择导入系通过分子设计同步改良多个复杂抗逆性状进行了讨论。

利用耐低磷选择回交导入系群体定位水稻产量性状QTL

水稻磷素利用率低是影响水稻产量的重要因素之一。为了发掘水稻耐低磷有利基因、培育磷高效品种,选用生产上大面积推广应用的恢复系‘蜀恢527’、‘明恢86’作为轮回亲本,以‘爷驼崽’为供体亲本,构建了2个BC2F4耐低磷选择回交导入系群体。分别在正常施肥量条件下和低磷条件下对2个群体进行产量性状鉴定和分析,同时对2个群体进行了分子标记检测,利用性状-标记间的单向方差分析,对耐低磷选择回交导入系群体的产量性状进行QTL定位。分析结果表明:在不同环境、不同遗传背景下单株有效穗数、每穗实粒数与单株产量之间呈极显著正相关;产量构成因素中,单株有效穗数受低磷胁迫影响较大,是造成低磷条件下减产的主要原因。2个群体在正常条件和低磷条件下共检测到控制单株有效穗数QTL 11个,控制每穗实粒数QTL 10个,控制结实率QTL 10个,控制千粒重QTL 9个,控制单株产量QTL 13个;检测到一因多效的位点12个。研究结果对低磷品种的选育、相关有利基因的发掘利用和分子标记辅助选择有重要参考作用,选择导入系也为耐低磷育种提供了材料。

应用导入系群体进行水稻产量相关性状的遗传剖析

以优质高产水稻品种丰矮占为轮回亲本,以Khazar和IR64作供体亲本,经连续回交分别构建了2套导入系(introgression lines)群体。对导入系后代分别在广州早造和晚造两种环境下进行重复产量鉴定。对两环境下产量及其组分性状的相关分析表明,在广州早造和晚造环境下水稻产量构成因素存在很大差异。在早造,每穗实粒数对产量供献最大,而在晚造,单株有效穗数对产量供献最大。应用SSR分子标记对这些导入系的供体片段进行全基因组扫描并应用单向方差分析(one-way ANOVA)剖析了导入系基因型与其产量及其组分的关系,共检测到27个染色体区段与产量及组分性状相关,包括10个产量QTL、9个单株穗数QTL、9个每穗实粒数QTL和14个千粒重QTL。大多数QTL只在一个环境条件下表达。在第3、7和9染色体上有3个QTL区域与产量及其两个组分有较大的效应,值得关注。最终,本研究在同步进行复杂农艺性状的改良和遗传剖析的研究上做出了有益的尝试。

花后冠层温度对小麦产量的影响及几个关联SSR位点的效应分析

小麦生育期间的冠层温度,尤其是开花以后的冠层温度对植株衰老、粒重和品质等有很大影响。2012—2013和2013—2014年度,在河南新乡利用4个品种的选择导入系群体观测了冬小麦冠层温度与产量间的关系,并通过全基因组SSR标记检测相关主效基因位点,以解析其遗传机制。结果表明,冠层温度与千粒重和产量呈显著负相关;与有效穗数呈显著正相关,并随着时间的推移,相关性逐渐增大。在已报道的44个与千粒重或穗粒数相关联的SSR位点中,有9个与冠层温度显著关联,其中在6个位点上检测到优异等位变异,携带优异等位变异材料的冠层温度显著低于携带非优异等位变异材料的冠层温度。影响冠层温度的优异等位变异间存在明显的加性效应,这些位点同时也与千粒重和穗粒数呈现出显著关联。与冠层温度关联的SSR位点均与灌浆中后期旗叶的叶绿素含量相关联。由此表明,在灌浆后期良好的根系功能保证了水分和营养的正常供应,降低了冠层温度,而较低的冠层温度对叶绿素和光合起到了良好的保护作用,从而提高千粒重和增加籽粒产量。

籼稻开花期耐热性鉴定与QTL定位分析

高温热害是水稻生产的重要制约因素之一。本研究利用籼稻恢复系蜀恢527为轮回亲本,以来自不同来源的6个籼稻品种为供体亲本构建了131个BC2F3：4选择导入系群体,在正常大田和温室大棚高温胁迫条件下进行连续两年（2011年和2012年）的耐热性鉴定,并结合基因型分析进行产量相关性状和耐热性QTL定位。耐热表型分析结果表明,尽管轮回亲本和供体本身不具备很强的耐热性,但绝大多数导入系后代出现了耐热性的超亲分离。本研究通过分子标记基因型和表型分析的单向方差分析进行产量相关性状（每穗总粒数,结实率,千粒重,单株产量）和耐热性（热胁迫指数）QTL发掘,共定位的到39个产量相关性状QTL,贡献率为7.3%-39.7%和12个耐热性QTL,贡献率为14.7%-30.2%。12个耐热性QTL中,有9个也在产量相关性状中检测到。40例QTL有利等位基因来自供体亲本,61.5%的QTL能在不同群体或环境中被重复检测到。产量性状和耐热性QTL在染色体上大多成簇分布,每个簇往往同时影响几个性状（多效性）。其中,第2染色体上RM341（Bin2.8）对每穗总粒数、千粒重和单株产量影响较大;第7染色体RM051（Bin7.1）则是主要控制结实率、单株产量和耐热指数等性状。第10染色体RM258（Bin10.5）则是主要控制每穗总粒数和耐热指数等性状。研究结果将为水稻耐热性改良及其分子标记辅助育种提供有益信息。