利用高密度Bin图谱定位水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL

【目的】挖掘新的控制水稻叶绿素含量的相关位点和基因,为水稻叶绿素含量的遗传机制研究提供理论基础。【方法】利用剑叶叶色存在明显差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath杂交构建的包含186个株系的重组自交系群体为供试材料,通过对两亲本及RIL群体重测序,构建了包含12328个Bin标记的高密度遗传图谱。RIL群体及亲本分别于2011和2020年正季在江苏省农业科学院种植。抽穗后第3天使用叶绿素仪测定剑叶SPAD值。使用IciMappingv3.4软件完备区间作图法,对控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的QTL进行鉴定。利用便携式光合仪测定RIL群体中20个SPAD极端株系的水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用参数。【结果】2年共检测到19个抽穗期剑叶叶绿素含量相关QTL,分别分布在除第8、9和10染色体外的其他9个染色体上。单一QTL贡献率为3.09%—13.13%,LOD值为2.74—14.08。通过物理位置比对,发现其中10个QTL与前人定位到的叶绿素含量相关位点在相同或邻近区域。qCHL2-1和qCHL5-12年均被检测到,表现出较强的稳定性。qCHL2-1位于第2染色体的7.63—7.71 Mb处,2年LOD值分别为14.08和7.93,贡献率分别为13.13%和7.94%。qCHL5-1位于第5染色体的23.44—23.49 Mb处,2年LOD值分别为4.31和3.76,贡献率分别为3.57%和4.82%。结合功能注释和亲本间序列分析,分别在qCHL2-1和qCHL5-1染色体区间内找到2个与剑叶叶绿素含量相关的基因Os02g0236000和Os05g0476700。这两个基因的核苷酸序列在两亲本间均存在差异。Os02g0236000编码水稻天冬氨酸氨基转移酶(AAT1),是水稻氮代谢途径中的重要酶,与蛋白质及氨基酸含量有关。Os05g0476700编码叶面斑点相关蛋白,推测与叶片颜色有关。根据AAT1在CDS+273 bp有无突变对RIL群体进行等位型分类。在20个SPAD极端株系中,AAT1不同等位型株系的剑叶SPAD值和水分利用效率、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率等光合作用指标均存在显著差异。【结论】共检测到19个控制水稻抽穗期剑叶叶绿素含量QTL,鉴定了2个稳定存在的QTL——qCHL2-1和qCHL5-1,在这两个QTL区间筛选到2个可能调控水稻抽穗期剑叶叶绿素含量的基因。其中1个AAT1(Os02g0236000)不同等位型的光合作用参数在20个极端SPAD株系中存在显著差异,推测其为最可能的候选基因,可用于后续剑叶叶绿素调控基因的功能研究。

利用高密度Bin图谱定位水稻叶绿素含量QTL

【目的】探索水稻叶绿素含量及其对氮肥响应的遗传机理,为氮高效、高光效的水稻品种培育提供新的标记区段。【方法】以珍汕97×明恢63重组自交系RIL(F_(11))113个家系为QTL分析的试验材料,在大田栽培条件下,以施氮量为主区、家系为裂区,设计低氮处理(不施氮肥)和正常氮处理(纯氮130、135 kg/hm2),分别于水稻移栽后30 d测定1.5叶的SPAD值,于抽穗期测定剑叶的SPAD值。利用包含1619个Bin标记的高密度遗传图谱,使用IciMapping V3.4软件和完备区间作图法,定位控制水稻叶片叶绿素含量的QTL。【结果】在两年、两个氮处理和两个发育时期共检测到15个调控叶片叶绿素含量的QTL,分别分布在第1、2、3、6、7、10、11号染色体上。单一QTL贡献率为1.21%~40.74%。通过物理位置比较,发现其中6个QTL已经被克隆或与前人定位到的叶绿素含量相关位点在同一区间。其中,在第6染色体的8.45~9.12 Mb处定位到1个调控抽穗期剑叶叶绿素的位点,命名为qHDCHL6-1,该位点在两年和两个氮处理下均被检测到,贡献率为1.55%~28.01%。结合功能注释,共筛选到4个与叶绿素代谢密切相关的基因,分别为LOC_Os06g15370(OsNPF3.1)、LOC_Os06g15420(OsAS2)、LOC_Os06g15620(GAST)和LOC_Os06g15590,其中前3个基因已被鉴定克隆。【结论】共检测到15个控制水稻移栽后30 d和抽穗期叶片叶绿素含量的QTL,鉴定了1个稳定表达的QTL位点qHDCHL6-1,在该区间筛选到4个候选基因。

基于高密度Bin图谱的水稻抽穗期QTL定位

以粳稻品种02428和籼稻品种玉针香进行杂交,按单粒传法连续自交10代,得到包含192个株系的重组自交系(RIL)作图群体。通过对两亲本重测序及RIL群体简化基因组测序,构建了包含2711个Bin标记的高密度遗传图谱。该图谱各染色体标记数在162~311个之间,标记间平均物理距离为137.68 kb。将亲本及192个株系分别于4个环境下采用随机区组种植,并记录抽穗期。使用Win QTL Cartographer 2.5软件的CIM分析方法,进行抽穗期相关QTL检测及定位。在4个环境下定位到影响抽穗期的QTL共14个,分布于第1、第2、第3、第7、第8、第9和第10染色体。其中,q HD2.2和q HD10.2能在3个环境中被重复检测到,表型贡献率分别为5.14%~11.15%和5.35%~16.97%,分别能缩短抽穗期1.66 d和1.56 d,具有聚合育种的应用价值。通过物理位置比对,14个QTL中有11个与前人定位在相同或邻近区域,q HD1.1、q HD2.2和q HD9.1尚未见报道。经对q HD2.2详细分析,在其染色体区间内找到3个与抽穗期相关的注释基因LOC_Os02g46450、LOC_Os02g46710和LOC_Os02g46940,其中LOC_Os02g46450已被克隆。测序分析发现,这3个基因在两亲本间都存在差异,可作为候选基因。

基于高密度Bin图谱的大豆百粒重QTL定位和候选基因分析

百粒重是决定大豆产量的关键因子,鉴定百粒重相关的QTL和候选基因,进而利用现代分子设计育种技术改良粒大小,是培育大粒高产品种的重要途径。本研究以中黄13和中品03-5373为亲本所构建的重组自交系(recombinant inberd lines,RIL)群体为材料,利用前期构建的高密度Bin图谱和3年6个环境下的百粒重表型,检测到2个在环境间稳定的百粒重相关QTL,分别位于12号和18号染色体。其中qSW12-2表型贡献率为7.31%~11.03%,加性效应为0.52~0.91g,增效等位基因来自中黄13。qSW12-2区间长度为0.19Mb,覆盖20个注释基因,进一步根据候选区间内各基因的组织表达量、注释和双亲多态性分析结果,推测参与油菜素类固醇的生物合成、在籽粒发育期高度表达且携带大效应遗传位点的Glyma.12G195500为百粒重功能基因。基于全基因组重测序数据,多态性分析表明Glyma.12G195500在385份大豆种质资源形成3种单倍型,其中以中黄13为代表的携带H2单倍型的种质资源的百粒重显著高于以中品03-5373为代表的携带H1单倍型的种质资源,H2单倍型在大豆驯化过程中被选择。本研究挖掘的新位点可为进一步揭示大豆百粒重的遗传机制和培育高产大豆新品种奠定基础。

利用高密度Bin遗传图谱定位水稻抽穗期QTL

挖掘新的控制水稻抽穗期相关位点和候选基因,对抽穗期的遗传机制研究和品种改良具有重要的意义。利用抽穗期存在明显差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath杂交衍生的包含186个家系的重组自交系群体,构建了基于深度重测序的高密度Bin遗传图谱,图谱共包含12,328个Bin标记。RIL群体及亲本2018年和2021年正季种植于江苏省南京市江苏省农业科学院。以家系从播种到抽穗所经历的天数作为抽穗期表型值,使用IciMapping软件3.4版的完备区间作图法,对控制水稻抽穗期的QTL进行鉴定。2年共检测到15个抽穗期的QTL,分布在3号、6号、7号、8号、10号和12号染色体上,LOD值为2.58~10.68,其中7个QTL和已知抽穗期QTL的位置存在重叠或者部分重叠。共有4个QTL在2年均检测到,表现出较强的稳定性。对2年重复鉴定到的4个QTL区间进行基因功能注释和亲本间序列分析,共发现7个注释有功能,且在2个亲本间编码区存在非同义突变的基因。根据候选基因SNP的类型对RIL群体家系进行基因等位型分类和效应分析,发现4个基因其不同等位型的RIL家系在抽穗期上存在显著或者极显著差异,推测可能为候选基因,可用于后续水稻抽穗期的分子机制研究。

利用高密度遗传图谱挖掘水稻芽期耐盐QTL

【目的】挖掘水稻芽期耐盐新位点,为进一步开展基因功能分析和盐渍土直播生产提供理论依据。【方法】以耐盐品种‘龙稻133’和盐敏品种‘彩稻’衍生的169个RIL群体为试验材料,利用包含1107个高质量多态性Bin标记的高密度遗传连锁图谱,对对照和0.5%NaCl胁迫下的胚芽鞘长、胚根数、胚根长以及相对胚芽鞘长、相对胚根数和相对胚根长共9个性状进行QTL定位分析。【结果】高密度遗传连锁图谱共覆盖水稻基因组2957.35 cM,标记间的平均距离为2.67 cM。12条染色体含有的平均标记数为92.25个。描述性统计分析表明,亲本‘龙稻133’的耐盐性显著高于‘彩稻’,亲本的性状表型值位于RIL群体的极值之间,群体表现出超亲分离现象。盐胁迫严重抑制RIL群体的胚芽鞘长、胚根数和胚根长,且不同株系受胁迫影响差异较大,各性状基本符合正态分布,具有数量性状的遗传特性。连锁分析共鉴定到19个QTL,贡献率为2.58%~14.83%,发现2个QTL区间内存在已克隆的耐盐相关基因,其中qTCL3区间内包含DST,qRRN10区间内包含OsMSRA4.1。此外,发现控制盐胁迫下胚芽鞘长的qTCL10、控制相对胚芽鞘长的qRCL10以及控制相对胚根长的qRRL10均位于同一QTL区间内;控制盐胁迫下胚根长的qTRL7和控制相对胚根长的qRRL7也位于同一QTL区间内。2个共定位区间内的25个候选基因qRT-PCR分析结果显示,盐处理后,LOC_Os07g44210、LOC_Os07g44240、LOC_Os07g44250、LOC_Os07g44350、LOC_Os10g42940和LOC_Os10g43060在‘彩稻’或‘龙稻133’均显著上调表达。其中,LOC_Os07g44350在盐处理后的‘龙稻133’胚芽鞘和胚根内均极显著上调表达。【结论】发掘19个与水稻芽期耐盐相关QTL,其中包含2个共定位位点qTRL7和qTCL10,2个共定位区间内共有25个候选基因。通过qRT-PCR分析发现6个在盐处理后表达量上调的基因,其中LOC_Os07g44350是芽期耐盐的重要候选基因。

基于高密度遗传图谱定位大豆蛋白质含量相关的QTL

大豆是重要的粮食作物和经济作物,其籽粒蛋白约为40%,是优质植物蛋白主要来源之一。挖掘控制大豆高蛋白数量性状位点(Quantitative trait loci,QTL)以及分子标记育种对高蛋白大豆培育具有重要的意义。本研究利用蛋白含量存在明显差异的中黄35(Zhonghuang 35,ZH35)和中黄13(Zhonghuang 13,ZH13)杂交构建的包含192个株系的重组自交系群体为供试材料,通过对两亲本及RIL群体重测序,构建了包含4879个bin标记的高密度遗传图谱,总遗传距离为3760.71 cM,相邻标记间的遗传距离为0.77 cM。RIL群体及亲本分别于北京顺义和河南濮阳种植,2个环境共检测到15个蛋白含量相关QTL位点,分布于5号、12号、15号、17号、18号、19号和20号染色体,贡献率为4.36%~11.39%。其中,北京顺义和河南濮阳检测到qPro-20-1和qPro-20-3,2个QTL贡献率分别为7.65%和7.58%,重叠区域包括33个基因。本研究有助于精细定位和图位克隆大豆蛋白含量相关基因,并为进一步培育高蛋白大豆品种提供基因资源。

基于高密度遗传图谱对水稻抗性淀粉QTL定位及分析

高抗性淀粉的稻米有益于改善人类健康并降低与饮食相关的慢性疾病风险。挖掘新的水稻籽粒抗性淀粉相关基因,对揭示水稻籽粒抗性淀粉合成的遗传机理有重要意义,同时可为选育高抗性淀粉水稻新品种提供新的基因资源。本研究以宁夏本地高产粳稻品种宁粳28号和外引粳稻品种JTD,以及构建的126个F_(7)重组自交系(RILs,recombination inbred lines)群体为研究材料,通过全基因组重测序技术构建了一张含有1,856个Bin标记的遗传连锁图谱。该图谱全长1973.86 cM,标记间平均遗传距离为1.06 cM。采用CIM区间作图法对水稻群体的抗性淀粉性状进行QTL定位,检测到1个控制抗性淀粉的QTL,位于第7号染色体上,LOD值为4.2,贡献率为9.7%。深入分析获得候选基因Os07g0444000(预测为水稻葡萄糖神经酰胺酶)和Os07g0443500(含有MYB结构域的DNA结合蛋白)。研究发现Os07g0444400上SNP_(15740179)和SNP_(15740207)位点的基因型频率在RIL群体高抗性淀粉组和低抗性淀粉组之间存在显著差异。在灌浆过程中,Os07g0443500和Os07g0444000在父本JTD(高抗性淀粉亲本)中的表达量均不同程度的高于母本宁粳28号。由此推测这两个候选基因可能参与水稻籽粒灌浆过程中抗性淀粉的形成。本研究通过挖掘水稻籽粒抗性淀粉QTL位点和相关基因为选育高抗性淀粉水稻新品种提供新的基因资源。

水稻RIL群体高密度遗传图谱构建及粒型QTL定位

【目的】水稻粒型是与产量直接相关的重要农艺性状,影响稻米的外观品质和商品价值。挖掘新的水稻粒型相关基因,对揭示水稻粒型调控的遗传机理研究有重要意义,同时可为水稻粒型分子育种提供新的基因资源。【方法】以极端粒型差异的粳稻TD70和籼稻Kasalath,以及杂交构建的186个家系的重组自交系群体为研究材料,利用高通量测序技术对亲本和RIL株系进行深度测序。统计186个RIL基因型数据,利用滑动窗法(SNP/InDel数目为15),将窗口内SNP/InDel信息转换成窗口的基因型,预测染色体上的重组断点构建RIL群体的BinMap遗传图谱,结合2年的粒长、粒宽、粒厚和千粒重的表型数据,运用QTL IciMapping软件,采用复合区间作图法对RIL群体的4个性状进行QTL定位。【结果】构建了一张包含12328个Bin标记的高密度遗传图谱,该图谱各染色体Bin标记数为763—1367个,标记间平均物理距离为30.26 kb。粒长、粒宽、粒厚和千粒重4个性状在RIL群体中呈近正态连续分布,且2年间的变化趋势相似,符合QTL作图要求。2018年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,共检测到40个粒型QTL,其中,粒长12个,粒宽9个,粒厚8个,千粒重11个,2019年对粒长、粒宽、粒厚及千粒重进行QTL分析,检测到56个籽粒相关的QTL,粒长15个,粒宽11个,粒厚13个,千粒重17个。分析定位到的96个粒型QTL位点,连续2年都能检测到的QTL位点有11个,其中7个为已克隆的粒型基因位点,4个为未知的新位点,分别分布于第1、3、4、5染色体上,分别为粒长qGL-1-2和qGL5-2、粒厚qGT-3-2、粒宽qGW-4-1。【结论】构建了一张包含12328个Bin标记的分子遗传连锁图谱,解析大粒粳稻资源的粒型基因,获得了qGW-4-1、qGL5-2、qGT-3-2、qGL-1-2等4个新的粒型QTL,可用于后续粒型调控基因的精细定位及克隆研究。

SNP分子标记的研究及其应用进展

SNP标记作为第三代分子标记,在分子遗传学、药物遗传学、法医学以及疾病的诊断和治疗等方面发挥着重要作用。介绍了SNP标记的定义与特点,对近年来以SNP标记为基础构建的Bin图谱、高通量SNP芯片分型以及以SNP标记为基础进行群体进化研究等三方面的应用概况进行了简述。提出了SNP标记现阶段发展存在的问题,并对其发展前景予以展望。