基于MAGIC群体瓠瓜白粉病抗性的全基因组关联分析

白粉病是葫芦科作物共有的病害之一,严重影响瓠瓜的产量和品质。本研究采用8个瓠瓜亲本F 8代的203个MAGIC(multi-parent advanced generation inter-cross)群体,利用2020和2021年两年的抗病表型数据,基于基因重测序过滤筛选得到的221043个高质量SNPs进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。在两年数据中重复检测到46个SNPs位点与白粉病抗性显著相关,在与抗病相关联的候选区段内共检测到32个候选基因,其中有12个基因预测与瓠瓜抗病功能相关。本研究首次在葫芦科作物中构建了MAGIC群体,并通过GWAS分析进行白粉病抗病基因定位,为克隆瓠瓜抗白粉病相关基因奠定了基础,也对深入了解白粉病抗性机制、辅助培育抗病品种具有重要意义。

利用水稻MAGIC群体关联定位抽穗期和株高QTL

利用多亲本高代互交系(multi-parent advanced generation inter-cross,MAGIC)群体(DC1、DC2和8way)及其复合群体DC12(DC1+DC2)和RMPRIL(DC1+DC2+8way)进行关联分析定位水稻抽穗期和株高QTL。2015年和2016年分别在江西和深圳收集3个MAGIC群体抽穗期数据,2016年在两地收集株高数据,结合Rice 55K SNP芯片进行基因分型,利用关联分析方法检测到3个影响抽穗期的主效QTL(q HD3、q HD6和q HD8),分别位于第3、第6和第8染色体,且分别与已知抽穗期基因DTH3、Hd3a和Ghd8在同一区域。检测到5个影响株高的QTL(q PH1.1、q PH1.2、q PH1.3、q PH4和q PH6),其中q PH1.1和q PH1.2位于已知基因Psd1和sd1附近,其余3个QTL为影响株高的新位点,但仅在1个群体和单个环境下被检测到,QTL表达受遗传背景和环境影响大。不同MAGIC群体定位抽穗期和株高的效果不同,在8亲本MAGIC群体8way及复合群体DC12和RMPRIL分别检测到5、5和6个抽穗期和株高QTL,明显多于4亲本群体DC1的2个和DC2的4个,而且作图的精度更高,表现在定位到的QTL显著水平高和与已知基因距离更近,尤其是复合群体的联合分析(如DC12和RMPRIL)的作图优势更为明显。

棉花MAGIC群体后代株系对赤霉素和缩节胺互作的生态响应及其敏感性鉴定

【目的】以70份棉花多基因型种群(MAGIC)后代株系为材料,研究株系主要性状对花铃期喷施缩节胺、缩节胺+赤霉素的生态响应,鉴定其敏感性。【方法】试验设缩节胺、缩节胺+赤霉素2个处理,每个处理1种浓度,即缩节胺(30 g/hm^2,兑水225kg/hm^2)、缩节胺+赤霉素(30 g/hm^2+0.5 g/hm^2,兑水225 kg/hm^2),以喷清水为对照。9月15日调查棉花株式图,测定单铃重、衣分、子指、理论皮棉产量。【结果】株高、5果枝长、10果枝长、顶部果枝长、单铃重、子指、皮棉产量较对照对缩节胺、缩节胺与赤霉素互作的响应达到极显著水平,与缩节胺处理相比,缩节胺与赤霉素互作对株高、果枝数、总果节、5果枝长、10果枝长的影响达到极显著水平,单株结铃数达到显著水平;除子指外,对其他10个指标均有促进作用。缩节胺与赤霉素互作可显著改变株高、果枝数、5果枝长和10果枝长的生态响应度,而对单株结铃数、单铃重、子指和皮棉产量的生态响应度无显著改变。基于表型生态响应度数据的聚类分析将群体分为3大类,并构建了3个材料池:钝感材料池、中间材料池、敏感材料池。【结论】在本试验条件下,棉花MAGIC群体后代株系性状对缩节胺、缩节胺与赤霉素互作产生了比较明显的响应,为生产中采用赤霉素缓和缩节胺对棉花的不良调控效应提供了依据。极端材料池的构建可以明确群体材料对环境的敏感性,为完善棉花生态响应机制奠定了基础。

利用陆地棉MAGIC群体定位产量、生育期和株高性状的QTL

棉花的产量、生育期和株高是重要的农艺性状,决定着棉花的经济效益和生产方式。为了研究这些性状的遗传基础,利用8个亲本构建的包含960个株系的陆地棉MAGIC(multi-parent advanced generation inter-cross)群体和SSR标记对这些性状进行关联分析。对产量、生育期和株高共8个相关性状进行了3年3个地点共5个环境的田间试验。经过最佳线性无偏预测(BLUP)综合多环境的表型数据,发现MAGIC群体比亲本有更丰富的表型变异。8个性状的广义遗传力(H2)变化范围为0.17~0.71。结合284个SSR标记基因型数据,利用混合线性模型对产量、生育期和株高相关性状进行关联分析,分别检测到51、27和9个显著关联的位点,这些位点都表现出微效性,表明该陆地棉MAGIC群体在性状位点的挖掘方面具有高效性。检测到20个标记位点或区间控制多个性状,还发现单株有效铃数、单铃皮棉重、第一果枝节位和株高存在染色体热点区域,对多性状综合研究或单性状深入挖掘具有重要价值。本研究为后续深入利用MAGIC群体进行遗传研究提供参考,一些表型优良的材料和关联到的位点为育种改良奠定了基础。

甘蓝型油菜MAGIC群体构建及其在遗传育种中的应用潜力

多亲本高级世代互交(multi-parent advanced generation inter-cross,MAGIC)群体是一类新型的遗传作图和育种群体。为探讨MAGIC群体在油菜遗传育种中的应用潜力,采用8亲本互交技术构建了一个含680个株系的甘蓝型油菜MAGIC群体,并应用单粒传法对群体材料进行连续套袋自交繁殖。在F_3,根据抗病表现、增产潜力及株型从中优选了204个株系构建了选种基础群体;在F_6,对各株系及其亲本的株高、一次分枝数、主花序有效长度、主花序有效角果数、角果长度、每角粒数、千粒重和单株产量等主要农艺性状进行了观测和比较。结果表明,群体中的主要农艺性状变异均符合正态分布,且一次分枝数、主花序有效长度、角果长度、每角粒数和千粒重5个性状相对亲本群体达到了显著或极显著差异,是一个优良品系选育的理想群体。通过2年3试点的测产试验和生态适应性观测,共从该群体中选出了9个菌核病抗性较好、增产优势明显的优良株系,为组建甘蓝型油菜多基因型种群品种提供了组份材料。

棉花MAGIC群体后代株系对甲哌鎓的生态响应及极端材料池的构建

以96份棉花多基因型种群(MAGIC)后代株系为材料,研究花铃期喷甲哌鎓对株系农艺和产量性状的影响,鉴定和筛选出对甲哌鎓响应的敏感材料和钝感材料,为培育稳定广适性品种奠定基础。结果表明,甲哌鎓处理棉花的株高、果枝数、总果节、第5果枝长、第10果枝长、单株结铃数、单铃质量与其对照相比,响应达到极显著性差异(P﹤0.01),衣分和皮棉产量的响应未达到显著性差异(P﹥0.05)。通径分析结果显示,单株结铃数是决定皮棉产量最主要的因素,衣分与单铃质量次之。基于表型响应度数据的聚类分析将群体分为六大类,筛选构建2个极端材料池:敏感池(40份材料)和钝感池(43份材料)。表明棉花MAGIC群体对甲哌鎓的生态响应存在差异,极端材料池的构建发掘了一些典型材料。

甘蓝型油菜MAGIC群体结构分析

MAGIC(multi-parent advanced generation inter-cross)群体是新一代遗传作图及育种群体。为了探究异源四倍体甘蓝型油菜的MAGIC群体的结构,利用60对SSR引物分析包括554个株系的甘蓝型油菜MAGIC群体的遗传多样性和遗传距离。60对SSR共检测到261个位点,平均4.35个位点/对,多态性信息量平均为0.48。用STRUCTURE 2.3.4进行群体结构分析,显示MAGIC群体可划分为2个亚群,其中303个株系归属亚群1,234个株系归属亚群2,剩下的17个株系无特定亚群归属,属混合亚群。研究结果表明该群体具有较高的遗传多样性。

不同生态类群水稻MAGIC群体构建

优异种质的创制是育种工作成败的关键。为扩大水稻亲本遗传多样性,提高重组频率,通过利用育种骨干亲本来构建水稻MAGIC群体。选择了3种典型的水稻生态类群(分别为华南地区早生快发类群Z;长江流域粗秆大穗类群D和太湖流域粳稻类群J)共48份育种骨干亲本,开展各个类群的MAGIC群体构建。结果表明:亲本在特定的环境下的产量相关性状存在显著差异,遗传多态性丰富。采用漏斗式杂交配组的方法开展亲本间和杂交种的半双列杂交,获得了138份两亲本杂交F 1组合和96份4亲本杂交F 1组合,为接下来的8亲本杂交配组奠定了材料基础,目标是构建3个不同生态类群的水稻MAGIC群体,以期聚合骨干亲本的优势基因来创制水稻优异种质。

水稻MAGIC群体后代的多样性及产量性状比较

随着近年来对水稻品质的要求越来越高,优质水稻亲本资源相对较少,越来越窄的亲本遗传基础、品种间遗传距离较近已成为制约我国水稻新品种选育的重要因素之一。本研究对创制的12亲本的MAGIC群体后代稳定株系在海南、湖北荆州两地种植,通过对后代株系多样性,产量等性状进行考察。以期筛选出较好的稳定株系作为水稻新品种选育的基础材料。

MAGIC群体的遗传特征及其在作物耐逆研究上的应用

多亲本高世代互交(multi-parent advanced generation intercross,MAGIC)群体是近年来发展起来的新一代遗传作图及育种群体。MAGIC群体最初是以研究动物及人类复杂性状遗传基础为目标而构建的基于多亲本的重组近交群体,随后将其构建方法衍生到植物中应用。MAGIC群体应用于作物遗传育种,可以建立包含无限多株系的群体,主要的优势是拥有大量可利用的多样性遗传基因池。亲本可选用育种中性状优异的材料,通过多次重组创造大量的遗传变异。群体中选出的优良株系可用作育种中间材料或直接组配新品种,也可灵活应用于数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)的精确遗传定位分析,真正做到育种群体和定位群体的有机整合。作物耐逆性大多是由QTL控制,因此,主要围绕MAGIC群体的定义、构建流程、遗传特征及其在作物耐逆性研究上的应用和发展前景作综合性阐述。