回交高代选择导入系的纹枯病抗性与抗旱性的遗传重叠研究

利用来自抗旱性较好的供体亲本(BG300和BG304)、具有两种遗传背景(IR64和特青)的水稻高代回交(BC2)抗旱选择导入系,通过人工接种的方法鉴定纹枯病抗性,考察纹枯病抗性与抗旱性之间可能存在的遗传重叠。通过与受体亲本的纹枯病抗性表现比较发现,具有特青背景的抗旱选择导入系倾向于纹枯病抗性的降低,而IR64背景的抗旱选择导入系则倾向于纹枯病抗性的增强。基于基因型与表型的方差分析共鉴测到6个与纹枯病抗性相关的位点,其中QSbr6在不同供体和背景的两个群体中分别检测到,而QSbr10则在同一供体的两个遗传背景下均检测到;有3个位点(QSbr6、QSbr8和QSbr10)与同一群体中检测到的抗旱性位点位置相近,很可能是两种抗性重叠的遗传基础。尽管方差分析的方法在选择导入系的非选择目标性状相关位点的鉴定中存在相当程度的偏低估计,本研究所检测到的纹枯病抗性位点,特别是那些与抗旱性重叠位点的分子标记以及相关的抗性株系仍将为进一步的水稻纹枯病抗性和抗旱性的多抗性育种和深入的遗传重叠研究提供有用的信息和材料。

利用选择导入系分析大豆芽期和苗期耐旱性的遗传重叠

以黑龙江主栽品种红丰11为母本,与美国品种Clark杂交,再以红丰11为轮回亲本,对回交后代的芽期和苗期的耐旱性进行筛选。结果获得芽期耐旱导入系44个,采用单项方差分析检测到10个控制芽期耐旱性的QTL;获得苗期耐旱导入系46个,检测到影响苗期叶片相对含水量、叶片持水能力、胁迫期间株高变化量的21个QTL。大多数位点的遗传是相互独立的,只有分布于A1、K、I和H连锁群上的Satt449、Satt499、Satt440和Sat_180位点是在芽期、苗期干旱条件下共同检测到的,表明芽期和苗期的耐旱性存在部分的遗传重叠。以上结果为深入研究大豆耐旱性以及进行分子设计育种以累加芽期苗期重要耐旱QTL奠定了基础。

大豆芽期耐盐和耐低温位点的遗传重叠

【目的】利用大豆回交导入系为材料定位芽期耐盐性QTL和耐低温QTL位点,并对芽期耐盐和耐低温的QTL位点进行遗传重叠分析。这些重叠QTL的辅助选择可用于培育芽期耐盐且耐低温的大豆品种,提高大豆抗逆育种效率。【方法】将Harosoy导入到以红丰11为背景的回交导入系中,对BC2F4世代进行大豆芽期耐盐性和耐低温筛选,获得的超亲导入系用卡方检测和方差分析的方法定位QTL。【结果】芽期耐盐性筛选获得48个耐盐选择导入系,采用单项方差分析和卡方检测共定位了22个控制芽期耐盐QTL。芽期耐低温筛选获得40个耐低温选择导入系,采用2种遗传分析方法共定位到15个控制芽期耐低温QTL。分布于A1、B2、C2、E、J和O连锁群上的7个位点(Sat_271、Satt556、Satt726、Satt640、Satt411、Satt529和Sat_108)是大豆芽期盐胁迫和低温条件下共同检测到的。【结论】从整体上,31.81%大豆芽期耐盐性和耐低温位点存在遗传重叠。

利用回交导入系剖析水稻苗期和分蘖期耐盐性的遗传重叠

以籼稻品种IR64为受体,来自伊朗的粳稻农家品种Binam为供体培育的99个BC2F8回交导入系为材料,定位了水稻在2叶1心期和分蘖期控制耐盐相关性状的数量性状基因座(QTL).共检测到影响苗期叶片盐害级别、幼苗存活天数和地上部钾、钠离子浓度的QTL13个,影响分蘖期株高、分蘖数和地上部鲜重的QTL22个.多数分蘖期QTL对盐胁迫表现出明显的表达差异,根据表达情况将这些QTL分成3组,第1组为在对照条件下表达的11个QTL;第2组为在对照和盐胁迫条件下共同表达的5个QTL,其中有3个(QPh5,QPh8,QTn9)在两种环境下的基因效应大小和方向一致,其表达受盐胁迫影响较小;第3组为受盐胁迫诱导表达的6个QTL.检测到13个影响胁迫与对照差值即性状稳定性的QTL,除QPh4,QTn2和QFw2a外,其余10个基因座增加性状稳定性或提高耐盐性的等位基因均来自Binam.上述受盐胁迫影响较小的3个QTL和影响性状稳定性的13个QTL对耐盐性有贡献,属耐盐QTL.比较苗期和分蘖期耐盐QTL的分布,发现多数(69%)影响苗期和分蘖期的耐盐QTL在遗传上相互独立,仅在第1,2,8和11染色体的4个相同或相邻区域定位到影响两个时期的耐盐QTL,表明苗期和分蘖期的耐盐性存在部分的遗传重叠.通过标记辅助选择将苗期和分蘖期的重要耐盐QTL进行累加,或针对苗期和分蘖期的重叠耐盐QTL进行选择,有可能培育出苗期和分蘖期均耐盐的水稻品种.

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。

水稻耐冷研究现状与黑龙江省粳稻耐冷生物育种策略

随着全球气候变化,极端天气事件发生概率显著上升。作为我国水稻商品粮重要生产基地,黑龙江省是低温冷害频发地区,黑龙江省粳稻在苗期和生殖生长期(含孕穗期、开花期和成熟期)都容易遭遇低温胁迫。低温胁迫是黑龙江省粳稻生产的重要限制因素,提高黑龙江省粳稻品种耐冷性对保障我国粮食安全生产具有重大战略意义。本文在回顾水稻耐冷鉴定方法和遗传研究同时,通过分析黑龙江省粳稻近20年(2006-2023年)育成品种的耐冷数据发现,随着近年来审定品种数量“井喷”,品种耐冷性呈现整体下降趋势;其次,通过基于参考基因组的比较作图发现,苗期和生殖生长期耐冷性大多受独立的位点或染色体区段控制,遗传重叠(包括一因多效位点和连锁区段)比例在21%左右,其中负调控位点占比20%。对当前黑龙江省粳稻耐冷育种工作而言,针对上述遗传重叠位点/区段和负调控位点开展深入研究,将有利于进一步提高育种工作效率。在此基础上,本文提出了黑龙江省粳稻耐冷生物育种策略以及苗期与生殖生长期耐冷性同步改良的具体建议。

高产、抗旱和耐盐选择对水稻产量相关性状的影响

水稻生产受到许多环境因素的胁迫,其中干旱和盐害是两大最重要的非生物逆境,培育抗旱和耐盐品种是减轻这两种逆境危害最经济有效的措施。利用籼型供体广恢122、Bg94-1和粳型供体原粳7号、沈农89366导入高产优质籼型品种丰矮占1号背景,创建BC3F5导入系群体,经目标性状筛选,以获得的2个高产抗旱导入系丰矮占1号/广恢122和丰矮占1号/原粳7号为亲本进行高产抗旱聚合,以高产耐盐导入系丰矮占1号/沈农89366和丰矮占1号/Bg94-1进行高产耐盐聚合。以聚合亲本为对照,在2个F2聚合群体中分别进行抗旱、耐盐、高产筛选,每个聚合群体分别获得30～42个不等的抗旱、耐盐和高产性状的极端个体,不同性状的选择强度变幅为8.3%～11.7%。3个目标性状极端选择后代在正常水田种植,其产量相关性状抽穗期、单株有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、结实率、千粒重等均呈现明显的分离,各性状的变异方向因不同的选择群体和选择性状而异。在2个聚合组合的6个选择群体后代,有效穗数和每穗实粒数对单株产量的贡献最大,前者平均贡献率为18.5%,变幅为12.9%～27.4%,后者平均贡献率为13.1%,变幅为9.0%～21.2%。经过不同性状的交叉筛选,2个聚合组合的抗旱选择群体分别出现10.0%和36.7%耐盐的株系,其平均耐盐水平与耐盐选择群体相当,表明水稻抗旱和耐盐存在一定程度的遗传重叠。提出了利用回交导入系先进行抗旱、耐盐筛选,再进行产量选择和在此基础上对3个性状进一步聚合的高产抗旱和高产耐盐新品种培育策略。

精神分裂症与抑郁症的遗传关联研究

目的评估精神分裂症与抑郁症之间的遗传关联性,明确两者共有的遗传风险位点及其因果关系。方法2023年6—7月从精神疾病基因组学联盟(Psychiatric Genomics Consortium,PGC)获取精神分裂症和抑郁症的全基因组关联研究(genome-wide association study,GWAS)汇总数据进行分析,其中精神分裂症包括53386例病例和77258名健康对照,抑郁症包括170756例病例和329443名健康对照。使用连锁不平衡分数回归(linkage disequilibrium score regression,LDSC)计算精神分裂症和抑郁症的遗传相关性,使用MiXeR和conjFDR(conjunctional false discovery rate)分析精神分裂症与抑郁症之间的遗传重叠,采用FUMA(functional mapping and annotation of genome-wide association studies)对两者共有的遗传风险位点进行基因注释和富集分析,并借助孟德尔随机化(mendelian randomization,MR)探究精神分裂症与抑郁症之间的因果关系。结果精神分裂症与抑郁症之间存在遗传相关性(r_(g)=0.34±0.02,P=2.04×10^(-62))。单变量的MiXeR模型估计,9600±200个遗传变异影响精神分裂症,12400±600个遗传变异影响抑郁症。双变量的MiXeR模型估计,影响精神分裂症的遗传变异与影响抑郁症的遗传变异存在大量重叠,9400±300个遗传变异同时影响精神分裂症和抑郁症。ConjFDR分析显示,存在283个与精神分裂症和抑郁症共同相关的基因座。富集分析显示,与精神分裂症和抑郁症共同相关的风险基因涉及细胞黏附等生物学过程,神经突触、线粒体、预催化剪接体等细胞组分,钙离子结合等分子功能。MR结果显示,精神分裂症可提高抑郁症的发病风险(逆方差加权法随机效应模型OR=1.1,95%CI=1.07~1.13,P=3.02×10^(-15)),Steiger方向性检验不支持抑郁症是精神分裂症的风险因素。结论精神分裂症和抑郁症存在遗传相关性和遗传重叠,其潜在的共同发病机制涉及细胞黏附、神经突触、线粒体和钙离子结合等。MR分析显示精神分裂症是抑郁症发病的风险因素,反之不成立。