干旱胁迫下水稻柱头外露率加性、上位性效应和Q×E互作的剖析(英文)

在耐旱性筛选设施内对一套水稻重组自交系群体(共185个株系)进行两年的水分胁迫和非胁迫处理,调查每穗颖花数(SNP)、单边柱头外露率(PSES)、双边柱头外露率(PDES)和柱头总外露率(PES)等4个开花相关性状。方差分析结果显示年份、株系和水分处理,以及相互间互作的效应均达显著水平。表型相关以PSES和PES间最高(r=0.9752***),其次为PDES和PES(r=0.7150***),最次为PSES和PDES间(r=0.5424***)。利用203个SSR标记建立的连锁图,胁迫和非胁迫条件下各检测到6个SNP的主效QTL,3～4个PSES、PDES和PES的主效QTL;检测到1～9对上位性QTL影响颖花数和柱头外露率。大部分加性和上位性效应的贡献率较低(0.76%～9.92%),仅有少数QTL或上位性QTL解释总方差的10%以上。一些主效和上位性QTL在PSES、PDES和PES间被共同检测到,解释了不同柱头外露率指标间高度正相关关系。几乎没有在水分胁迫和非胁迫两种条件下都检测到的QTL,暗示着干旱对颖花数和柱头外露率有严重的影响。     

水稻柱头外露率QTLs定位及其互作分析

以协青早B/密阳46所构建的RIL群体及其相应分子遗传图谱,设置海南和杭州两地遗传试验,应用基于混合线性模型检测QTL主效应、上位性效应和G×E互作效应的遗传分析方法,对水稻柱头外露率(%)进行QTL联合分析．结果表明,该性状明显表现出海南较高(21．83%)而杭州较低(8．35%)的趋势．试验检测到1个主效应QTL(qSE6-1),其LOD值高达28．16,对性状表型的贡献率为14．14%,增效等位基因来自于母本,加性效应为5．10%,不存在显著的GE互作．试验还检测到3对显著的加性×加性双基因互作,上位性互作性效应和贡献率相对较小,且与环境不存在显著的互作．     

上位性和QTL×环境互作对水稻(Oryza sativa L.)抽穗期的影响

水稻抽穗期是重要的农艺性状之一,对水稻品种的地理分布和适应性起到关键性作用。适宜的抽穗期是获得高产的前提。因此确定水稻抽穗期的遗传基础在育种计划中具有重要的意义。本研究用一套来源于亲本IR64/Azucena的双单倍体(DH)群体在两个种植季节的试验资料,用基于混合线性模型的复合区间作图方法,对水稻抽穗期QTL的加性、上位性及其与环境互作效应进行了研究。结果表明共有14个QTL影响水稻抽穗期,它们分布在除第5和第9条染色体外的10条染色体上,有8个位点携带单位点效应,5对位点携带双位点互作效应,2个单位点和1对双位点存在与环境的互作,所有效应值介于1.179～2.549天之间,相应的贡献率为1.04%～4.84%。基于所估算的QTL效应值,本研究预测了两个亲本和两个极端型品系的遗传效应值,并讨论了影响遗传效应值与实际观测值偏差的可能原因,以及研究群体所具有的遗传潜力。对水稻抽穗期QTL的定位结果与前人研究基本一致,并进一步证实了上位性和QE互作效应是水稻抽穗期的重要遗传基础。     

水稻株高上位性效应和ＱＥ互作效应的ＱＴＬ遗传研究

利用基因混合模型的ＱＴＬ定位方法研究了由籼稻品种ＩＲ６４和粳稻品种Ａzucena杂交衍生的ＤＨ群体在４个环境中的ＱＴＬ上位性效应和环境互作效应,结果表明,上位性是数量性状的重要遗传基础,并揭示了上位性的几个重要特点,所有的ＱＴＬ都参与了上位性效应的形成,６４％的ＱＴＬ还具有本身的加性效应,因此传统方法对ＱＴＬ加性效应的估算会由于上位性的影响而有偏,其他３６％的ＱＴＬ没有本身的加性效应,却参与了４８％的上位性互作用,这些位点可能通过诱发和修饰其他位点而起作用,上位性的特点还包括,经常发现了一个ＱＴＬ与多个ＱＴＬ发生互作;大效应的ＱＴＬ也参与上位性互作;上位性互作受环境影响,ＱＴＬ与环境的互效应比ＱＴＬ的主效应更多地被检测到,表明数量性状基因的表达易受环境影响。     

水稻耐盐相关动态QTL的加性和上位性与环境互作分析

钠离子(Na⁺)、钾离子(K⁺)含量和Na⁺/K⁺值是影响水稻耐盐性的关键指标。水稻的耐盐性由数量性状位点(QTL)控制,目前在水稻苗期已经鉴定了大量Na⁺、K⁺含量和Na⁺/K⁺的QTL,但在田间生长期鉴定的QTL数量较少。该研究以粳稻‘东农425’和‘长白10’杂交衍生的重组自交系(RIL)群体为材料,对田间试验条件下的盐胁迫和对照进行联合分析,在水稻不同发育时期鉴定Na⁺、K⁺含量和Na⁺/K⁺的发育动态QTL,并采用混合线性模型(MCIM)分析各QTL的加性(A)和上位性(AA)及其与环境的互作效应(QE)。结果表明：(1)盐胁迫条件下,亲本和RIL群体的茎Na⁺含量(SNC)、茎Na⁺/K⁺(SN/K)、叶Na⁺含量(LNC)和叶Na⁺/K⁺(LN/K)在各时期均高于对照,茎K⁺含量(SKC)和叶K⁺含量(LKC)均低于对照,对照条件下双亲性状在大多数时期均无显著差异;盐胁迫下两个亲本的多个性状在不同发育时期存在显著差异,其中,SNC和LKC在4个时期差异显著,SN/K和LN/K在3个时期差异显著,SKC和LNC在2个时期差异显著。(2)采用非条件和条件QTL作图方法,共检测到13个加性QTL和11对上位性QTL,其中包括14个非条件QTL和10个条件QTL;而13个加性QTL中有8个,11对上位性QTL中有7个具有环境互作效应。(3)qSKC5 1在水稻4个发育阶段均被检测到,其在调控水稻耐盐性中发挥着重要作用。SNC、SN/K和LN/K的所有QTL均检测到加性×环境互作效应,2对控制SNC的上位性QTL均检测到上位性×环境互作效应,说明这些性状的QTL对盐环境较为敏感。研究发现,田间生长条件下水稻Na⁺、K⁺含量和Na⁺/K⁺的QTL表达与发育时期密切相关;水稻田间生长条件下耐盐性的遗传非常复杂,在利用分子标记辅助选择(MAS)培育耐盐水稻新材料应该考虑上位性和环境互作效应。     

上位性和QTL×环境互作对水稻(Oryza sativa L.)抽穗期的影响

水稻抽穗期是重要的农艺性状之一,对水稻品种的地理分布和适应性起到关键性作用。适宜的抽穗期是获得高产的前提。因此确定水稻抽穗期的遗传基础在育种计划中具有重要的意义。本研究用一套来源于亲本IR64/Azucena的双单倍体（DH）群体在两个种植季节的试验资料,用基于混合线性模型的复合区间作图方法,对水稻抽穗期QTL的加性、上位性及其与环境互作效应进行了研究。结果表明共有14个QTL影响水稻抽穗期,它们分布在除第5和第9条染色体外的10条染色体上,有8个位点携带单位点效应,5对位点携带双位点互作效应,2个单位点和1对双位点存在与环境的互作,所有效应值介于1.179～2.549天之间,相应的贡献率为1.04%～4.84%。基于所估算的QTL效应值,本研究预测了两个亲本和两个极端型品系的遗传效应值,并讨论了影响遗传效应值与实际观测值偏差的可能原因,以及研究群体所具有的遗传潜力。对水稻抽穗期QTL的定位结果与前人研究基本一致,并进一步证实了上位性和QE互作效应是水稻抽穗期的重要遗传基础。     

稻米粒形的QTL定位及上位性和QE互作分析

利用'广陆矮4号'×'佳辐占'水稻重组自交系构建了SSR标记的遗传图谱.联合2007年和2008年获得的两组稻米粒长(GL)、粒宽(GW)、长宽比(L/W)数据应用混合线性模型方法进行QTL定位,并作加性效应、加性×加性上位互作效应以及加性QTL、上位性QTL与环境的互作效应分析.结果显示;(1)在加性效应分析中两个群体共检测到4个控制粒长的QTL,4个控制粒宽的QTL,5个控制长宽比的QTL,贡献率分别为13.81%、15.36%和 16.29%.(2)在上位互作效应分析中两个群体共检测到2对控制粒长的互作QTL,1对控制粒宽的互作QTL,3对控制长宽比的互作QTL,贡献率分别为5.77%、2.59%和7.42%.(3)环境互作检测中,发现共有13个加性QTL和4对QTL的加性×加性上位性与环境产生了互作效应.结果表明,上位性效应和加性效应都影响稻米粒形遗传,QE互作效应也对粒形有着显著的影响.     

大豆小区产量及其相关性状QTL间的上位性和环境互作效应

以晋豆23栽培大豆(Glycine max)为母本、灰布支黑豆(ZDD2315,半野生大豆)为父本衍生出447个RIL群体,通过构建SSR遗传图谱及利用混合线性模型分析方法,对2年大豆小区产量及主要植物学性状进行QTL定位,并作加性效应、加性×加性上位互作效应及环境互作效应分析。结果显示,共检测到12个与小区产量、单株粒重、单株茎重、单株粒茎比、有效分枝、主茎节数、株高和结荚高度相关的QTL,分别位于A1、A2、H_1、I、J_2和M连锁群上。其中小区产量、株高、单株粒重、有效分枝和主茎节数均表现为遗传正效应,即增加其性状的等位基因来源于母本晋豆23。同时,检测到11对影响小区产量、单株粒重、单株茎重、株高和结荚高度的加性×加性上位互作效应及环境互作效应的QTL,发现22个QTL与环境存在互作。实验结果表明,上位效应和QE互作效应对大豆小区产量及主要农艺性状的遗传影响很大。进行大豆分子标记辅助育种时,既要考虑效应起主要作用的QTL,又要注重上位性QTL,这样有利于性状的稳定表达和遗传。     

水、旱条件下稻米蒸煮和营养品质性状与土壤水分环境互作分析及其QTL定位

以旱稻品种IRAT109与水稻品种越富杂交构建的DH群体的116个株系及其亲本为材料,在水、旱2种栽培条件下种植,研究了稻米蒸煮和营养品质性状的变化规律,在水、旱2个土壤水分环境下对直链淀粉含量(AC)、胶稠度(GC)、碱消值(GT)和蛋白质含量(PC)4个蒸煮和营养品质性状进行QTL定位及QTLs与环境互作分析。结果表明,以上4个品质性状在水、旱2种不同栽培条件下差异较大,说明这些性状受水分条件影响较大,旱栽条件下稻米蒸煮和营养各品质性状均有不同程度的升高,其中蛋白质含量平均提高37.9%。QTL分析结果表明,4个稻米品质性状在2个环境中的表现型值都为连续分布,均存在超亲遗传类型,共检测到7个加性效应QTL与稻米蒸煮和营养品质性状4项指标有关,分别位于第1、2、3、6、8、11染色体上,单个QTLs对性状的贡献率在1.91%～19.77%之间。位于第3染色体上控制碱消值的QGt3,第6染色体上控制直链淀粉含量的QAc6,在2个不同土壤水分条件下均与环境存在显著互作,对环境互作的贡献率分别为8.99%和47.86%。控制直链淀粉含量的2对上位性QTLs与土壤水分环境显著互作,贡献率较大,分别为32.54%和11.82%。并筛选到5个主效QTL(QGt6b、QGt8、QGt11、QGc1和QPc2)在抗旱育种中可用于蒸煮和营养各品质性状MAS改良。     

水稻株高、抽穗期和有效穗数的QTL与环境的互作分析

株高、抽穗期和有效穗数是水稻的重要农艺性状,合适的株高、抽穗期和有效穗数对水稻的高产稳产是至关重要的。该实验应用中156/谷梅2号的重组自交系(RIL)群体,建立由168个DNA分子标记组成的遗传连锁图,以一年两季作为不同的环境效应,对水稻株高、抽穗期和有效穗数进行了非条件和条件QTL定位,在非条件QTL定位中共检测到7个株高QTLs、5个抽穗期QTLs和3个有效穗数QTLs和10对加加上位性互作位点,条件QTL定位结果表明,抽穗期这一性状对株高和有效穗数QTLs的表达既有抑制作用,也有较大的贡献率。     

基因型×环境互作效应对水稻穗部性状杂种优势的影响

采用包括基因型×环境互作效应的加性显性加性×加性上位性遗传模型,分析了籼粳杂交穗部性状杂种优势的两年资料．结果表明,７ 个穗部性状的杂种优势既由基因型控制也受环境（ 年份） 互作效应影响．主穗粒数、主穗长、一次和二次枝梗总长和着粒密度表现较强的正向群体平均优势,而一次和二次枝梗数则表现显著的负向优势．基因型×环境互作预测结果表明,主穗粒数、主穗长、一次枝梗总长在两年中的环境互作表现正效应,一次和二次枝梗数则为负效应,着粒密度和二次枝梗总长表现不同方向的效应．利用ＩＲ６６１５８３７（Ｐ１） 、ＩＲ６５６００８５（Ｐ２） 、明恢６３（Ｐ４） 和Ｒ６６９（Ｐ６） 进行杂交配组,其杂种后代易获得重穗型的穗部结构,可在超高产育种中加以利用．     

控制水稻重要农艺性状的QTL在盐胁迫与非胁迫条件下的对比研究

基因型与环境的互作(G×E)对数量性状的影响常常掩盖了遗传因子引起的性状变化. 在盐胁迫环境与非胁迫环境下分别调查了水稻(Oriza sativa L.) 5个重要的农艺性状, 总共检测到24个QTL, 分布在除第9, 11号染色体外的各染色体上. 盐胁迫环境中检出了9个QTL: 千粒重1个; 抽穗期2个; 株高1个; 每穗粒数2个; 有效分蘖3个, 占总数的37.5%; 非胁迫环境中则检出了17个QTL: 千粒重5个; 抽穗期6个; 株高3个; 每穗粒数2个; 有效分蘖1个, 占总数的70.8%; 有两个QTL在两种环境中都检测到, 占总数的8.3%, 它们分别是位于第4染色体上控制抽穗期的QTL和位于第6染色体上控制每穗粒数的QTL. 此外, 还检测出3个包含多个QTL的区间, 它们分别位于第1, 4和8染色体上, 其中第1染色体上RG612分子标记附近检出两个QTL, 在盐胁迫环境与非胁迫环境中分别控制有效分蘖和抽穗期这两个重要的农艺性状, 其加性效应均由来源于JX17的等位基因提供; 第4染色体上的C975-RG449区间检测到2个QTL, qrHD-4c在非协迫环境中控制抽穗期, qrGPP-4s则在胁迫环境中控制每穗粒数; 第8染色体上的RG885-GA408区间检测到3个QTL, 在非胁迫环境下分别控制抽穗期、千粒重、株高3个性状, 在胁迫环境下则未能检测到. 通过对水稻在盐胁迫环境与非胁迫环境下的QTL对比研究, 发现水稻第8染色体上几个控制水稻重要农艺性状的QTL明显受盐胁迫的影响.     

水稻蛋白质和直链淀粉含量的稳定性及G×E互作与气候因子的关系

利用AMMI模型,分析了辽宁省25个水稻品种的蛋白质(PC)和直链淀粉含量(AC)的稳定性,并对G×E互作与气候因子的关系及各品种的气候生态适应性进行了探讨.结果表明,PC和AC稳定性高的品种分别有V3(辽粳294)、V15(沈农9810)、V11(0157)等和品种V2(辽农49)、V13(沈农693)、V1(仙S38)等.温度和日照是影响G×E互作的主要气候因子,PC的气候适应性表明,品种V12(花粳49)和V9(沈农9819)对相对低温和寡照的环境有特殊适应性.各品种AC的气候适应性表明,品种V20(兴3号)、V21(东亚03-51)和V6(茂洋1号)分别对低温寡照、低温多日照和高温多日照的环境具有特殊适应性.     

籼粳杂交稻穗部性状的遗传效应及其与环境互作

采用包括基因型与环境互作效应的加性-显性-加性×加性上位性遗传模型,分析了不同环境下籼粳杂交稻穗部性状的遗传特点.结果表明,除了主穗粒数的加性与环境互作和二次枝梗数的显性与环境互作不显著外,其他性状均存在显著和极显著的加性、显性、加性×加性上位性遗传效应及其与环境的互作效应,其中均以显性效应为主,显性与环境互作效应对枝梗性状的影响较为明显.遗传率分析表明,各性状的普通广义遗传率最大,互作遗传率也有一定作用.杂种优势预测表明,除了一次、二次枝梗数外,其他性状均表现正向的杂种优势,基因型与环境互作只影响杂种优势表达的程度,而不改变其方向.遗传效应预测值结果表明,IR66158-37、IR65600-85、明恢63和R6694个亲本可以明显改良杂交后代多数穗部性状,且环境影响程度较小,可作为优良亲本列于育种计划中.