利用重组自交系定位棉花第22染色体短臂的纤维品质性状的QTL

 以TM-1的染色体片段代换系CSB22sh和TM-1杂交,构建了包含104个家系的重组自交系（RILs）群体。利用74对具有多态性位点的引物进行检测,构建了包含61个多态性位点,长度为76.93 cM的遗传图谱,平均标记间距离1.26 cM。利用此遗传图谱结合重组自交系群体4个环境下的5个纤维品质性状进行QTL定位,共定位出12个QTLs,解释性状表型变异的2.45%～21.11%;在1,2,3,4个环境中同时检测到的QTLs分别有9,1,1,1个。而利用4个环境平均值进行联合分析定位出个4个QTLs,纤维长度和纤维整齐度的QTLs均为2个,解释性状表型变异的14.37%～19.97%,并且纤维长度和整齐度的QTL在相同的位置。多环境下检测到的QTL可能对标记辅助选择有实际应用价值。     

利用陆地棉置换系进行海岛棉主要性状基因的染色体定位

 利用海岛棉染色体置换陆地棉一对染色体或染色体臂的置换系,进行主要农艺性状、抗黄萎病性和纤维品质基因染色体定位。结果表明,海岛棉1号染色体可以增加株高;16、17、18、4号染色体携带降低铃数基因;22Lo、22Sh、16、11Sh、26Lo号染色体可以提高衣分;大部分染色体降低铃重。16、26Lo染色体可以增强抗黄萎病性。对纤维品质性状分析表明,14Sh、26Lo号染色体可以提高纤维长度;14Sh、15Sh号染色体可以提高强度;4号染色体可以降低麦克隆值;22Sh、16、22Lo、11Sh号染色体可以提高伸长率。推测这些染色体上可能具有对应性状的基因。     

利用东乡普通野生稻染色体片段置换系定位产量相关性状QTL

以东乡普通野生稻和日本晴为亲本构建的染色体片段置换系为研究材料, 2019年分别在北京、山东临沂和江西南昌对分蘖数、穗粒数和粒形等11个产量相关性状进行多环境鉴定,结合染色体片段置换系基因型数据定位水稻产量相关性状QTL。3个环境共检测到68个QTL,包括株高4个、穗长5个、分蘖数2个、一次枝梗数7个、一次枝梗粒数8个、二次枝梗数8个、二次枝梗粒数10个、每穗粒数6个、千粒重7个、粒长8个和粒宽3个; LOD值介于2.50～12.66之间,贡献率变幅为4.67%～27.79%,15个QTL的贡献率大于15%;24个QTL与已报道位点/基因位置重叠,44个QTL为新发现位点; 6个QTL在2个环境能被检测到, 1个QTL qTGW2能在3个环境检测到,且是还未报道的新位点。最后,利用BSA法验证了qPH7、qPBPP8-2和qGW10三个QTL的可靠性。本研究将为后续产量相关性状基因克隆以及进一步解析其遗传基础和分子调控机制奠定基础。     

棉花第14染色体分子标记连锁群的构建及其应用

 利用置换系CSB14Sh与TM-1产生F₂分离群体,以SSR标记构建连锁图对置换系进行分子鉴定。利用从覆盖全基因组的3800对引物筛选出的15对多态性引物对群体进行扩增,产生23个分子标记位点。其中,21个分子标记进入了同1个连锁群。通过与前人的分子图谱比较,把该连锁群定位在第14染色体上。表明TM-1与CSB14Sh在第14条染色体上有差异,而在其它染色体上没有差异。再结合染色体置换系构建的过程,可以认为CSB14Sh确实为第14条染色体短臂的置换系。     

AB-QTL法定位陆海杂种棉花产量相关性状

本研究利用中棉所36和海1配制杂交组合,并用中棉所36为轮回亲本构建高代回交群体。利用3223对SSR引物筛选亲本和F1,筛选到294对含有海1显性带的引物,占筛选引物总数的9.12%。最终对其中的267对引物进行了群体扩增,获得277个SSR标记差异位点。其中,217个标记位点连锁,构建44个连锁群,平均每个连锁群包含4.93个标记位点。图谱覆盖1908.67cM,占棉花基因组的42.89%,平均每个连锁群覆盖43.38cM,标记间平均相距8.80cM。利用陆海杂种BC1F1、BC2F1和BC1S1的表型数据,通过复合区间作图,共检测到9个QTL,解释表型变异6.90%-19.17%。其中3个增效基因来自海岛棉亲本海1,6个增效基因来自陆地棉亲本中棉所36。此外,控制衣分的2个QTL在3个世代都能够检测到,分别解释6.90%和19.17%的表型变异,效应稳定,为进一步分子标记辅助选择奠定了基础。     

棉花产量和纤维品质性状的遗传研究

 采用8×8不完全双列杂交分析法,对棉花产量因素、纤维品质性状的遗传效应及其遗传相关进行了研究分析,并将遗传相关分解为加性相关和显性相关。结果表明,在棉花产量因素中,皮棉产量和单株结铃数的遗传分别以加性效应、显性效应为主,而加性效应、显性效应对铃重和衣分的控制同等重要。其中,衣分受环境变异的影响最小。所以,在F₂～F₃代进行选择的效果较好;在品质性状中,纤维长度、比强度及麦克隆值的遗传均以加性效应为主,受环境变异影响均较大。棉花产量因素与品质性状之间的相关普遍表现为遗传相关大于表型相关,各性状之间的表型相关、遗传相关及加性相关类似,而显性相关则不同。遗传相关特别是加性相关可以指导选择育种,而显性相关对杂种优势的利用至关重要。     

陆地棉遗传图谱构建及产量和纤维品质性状QTL定位

利用3 458对SSR引物筛选陆地棉中棉所35和渝棉1号间的多态性引物, 获得173对。以多态性引物检测(渝棉1号×中棉所35)F₂群体180个单株的标记基因型, 共获得178个标记位点。构建的遗传连锁图谱包括148个标记, 36个连锁群, 总长1 309.2 cM, 标记间平均距离8.8 cM, 覆盖棉花基因组的29.5%。36个连锁群中的28个分别被定位于20条染色体, 8个连锁群未定位于染色体。以渝棉1号×中棉所35的F₂、F_2:3群体的产量、纤维品质性状鉴定结果, 利用区间作图方法, 检测到4个产量性状QTL, 即2个衣分(LP)、1个铃重(BW)、1个籽指(SD); 5个纤维品质性状QTL, 即1个纤维长度(FL)、2个纤维比强度(FS)和2个纤维细度(FF)。LP1、BW、SD、FL和FS1被定位于第7染色体, LP2、FS2、FF1和FF2被分别位于第15、21、9和20染色体。5个纤维品质QTL的有利等位基因均来源于渝棉1号。     

新疆棉花纤维品质性状的QTL分析

 以自育高品质中长绒棉品种（新陆中9号提高系）9-1696为母本,与主栽品种中棉所35为父本配置单交组合,筛选出12对SSR引物在F₂群体和B1群体进行纤维长度、整齐度、比强度和伸长率4个纤维品质性状的QTL分析,采用区间作图法（LOD>2.0）,在F₂群体中检测到6个与纤维品质性状连锁的QTL位点。其中,检测到纤维长度、纤维整齐度、伸长率各1个QTL位点,比强度检测到3个QTL。在B₁群体中检测到2个QTL,分别与比强度和纤维长度连锁。     

利用黄褐棉染色体片段导入系定位产量和纤维品质性状QTL

陆地棉的遗传基础狭窄,阻碍了棉花的遗传改良进程。为有效拓宽陆地棉的遗传基础,本试验利用野生种黄褐棉(AD4)为供体亲本,以综合性状优良的B0011品系为受体亲本(国审棉华杂棉H318的亲本之一),构建了含71个株系的导入系BC5S5群体。基于SLAF-seq的基因分型和多年多点田间试验的综合分析表明,该导入系在产量和纤维性状方面具有很大的变异,共检测到48个QTL,其中包含19个产量和29个纤维构成因素相关的QTL。在At亚组检测到9个性状的32个QTL,在Dt亚组为16个。进一步对QTL加性效应方向分析显示,其中有30个QTL的加性效应为正,18个QTL的加性效应为负。本研究结果为利用黄褐棉重要农艺性状有利等位基因改良陆地棉产量和品质奠定了基础。     

海岛棉CSSLs分子评价及纤维品质、产量性状QTL定位

本课题组前期以陆地棉中棉所8号(CCRI8)为轮回亲本, 海岛棉Pima 90-53为供体亲本培育了一套陆地棉中棉所8号为背景的海岛棉染色体片段置换系(CSSLs), 本研究利用SSR标记对该置换系群体BC₃F₅进行基因型检测, 在3个不同环境下(河北保定、青县和新疆轮台)鉴定其纤维品质和产量相关性状并进行QTL定位。该置换系群体包含182个家系, 置换片段数在1~15个之间, 平均为6.6个; 导入片段长度在0.7~83.2 cM之间, 平均长度为16.8 cM; 置换片段总长度20 249.6 cM; 背景回复率在92.3%~99.6%之间, 平均为96.2%。共检测出59个相关的QTL, 其中与纤维品质性状相关的41个, 单个QTL的贡献率为1.27%~26.66%; 与产量性状相关的18个, 单个QTL的贡献率为2.03%~19.38%; 检测到14个稳定的QTL, 其中4个马克隆值和2个纤维伸长率相关的稳定QTL增效基因均来自高值亲本海岛棉Pima 90-53, 2个铃重相关的稳定QTL增效基因来自高值亲本陆地棉中棉所8号。研究结果为深入开展纤维品质和产量性状的QTL精细定位、QTL间互作和分子育种提供了理论依据。     

利用高代回交和分子标记辅助选择构建棉花染色体片段代换系

染色体片段代换系(chromosome segment substitution lines,CSSLs)又叫导入系(introgression lines,ILs),是在相同的遗传背景中导入供体亲本的染色体片段,如果代换系中只含有一个来自供体亲本的染色体片段则称为单片段代换系(single segment substitution lines,SSSLs).本实验利用陆地棉栽培种CCRI221(中棉所45)为受体,海岛棉海1为供体,通过高代同交和分子标记辅助选择相结合的方法,构建了1个由116个家系组成的染色体片段代换系群体.利用分布在棉花基冈组25个连锁群上的276个多态性标记对BC4F1世代进行检测.这些标记覆盖了棉花基因组2 347 cM,占棉花基冈组4 450 cM的52.7%.在每个家系中,代换片段最多的55个,最少的15个,平均32.92个,覆盖棉花基因组180.7～969 cM的,平均覆盖了502 cM.占检测长度(2 347 cM)的21.4%.在各家系中,每个连锁群平均包含0.1～8_3个海岛棉片段,平均覆盖每个连锁群0.2～54.2 cM,占每条连锁群被检测长度0.5-207 cM的10.3%～35.5%.本研究为棉花染色体单片段代换系的创制奠定了基础.     

转基因抗虫棉产量相关性状QTL的分子标记及定位

 采用亚洲棉渐渗的纤维强度突出的陆地棉优质新品系0-153与陆地棉转基因抗虫新品系sGK9708为亲本,构建了F₂及F_2∶3分离群体。利用3869对SSR引物筛选亲本,得到125对多态性引物。进一步对183个F₂群体单株分析得到150个多态性标记位点,其中100个标记位点连锁,构建20个连锁群,共覆盖660 cM,占棉花总基因组的14.67%,每个连锁群平均包含5个标记位点,标记间平均相距6.6 cM,其中13个连锁群确定了对应的染色体。利用F₂和F_2:3数据,通过复合区间作图,共检测到28个产量及相关因素的QTLs。这些控制产量性状的QTLs只存在于5个连锁群上,成簇分布。与皮棉产量性状有关的2个QTLs,均与其它多个产量相关性状的QTLs在同一个连锁区段内,增效基因遗传效应方向一致,有必要研究其在标记辅助选择中的效果。本研究没有检测到在多世代表现稳定的QTL。因此,需要培育重组自交系,进一步明确产量性状有关QTL的遗传效应。     

陆地棉背景下海岛棉第18染色体片段置换系的培育及相关农艺性状QTL定位

Sub18是以陆地棉遗传标准系TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体的置换系材料。本研究以TM-1为受体亲本, 置换系Sub18为供体亲本, 借助分子标记辅助选择技术培育了一套以TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体不同长度片段的置换系。这套置换系由45个株系构成, 共78个置换片段。其中27个株系导入单片段, 占总株系的60%; 9个株系导入2个片段, 占20%; 9个株系导入3个及以上片段, 占20%。导入片段总长度为467.6 cM, 约为该染色体遗传长度的4倍, 每个株系内被替换的染色体片段长度不完全相同, 平均遗传长度为5.99 cM, 最短的为0.9 cM, 最长的20.35 cM。其中13个株系表现开放花蕾性状, 涉及的最短导入片段长5.05 cM。对TM-1、Sub18以及培育的45个导入系进行农艺性状调查和QTL联合定位分析, 鉴定出纤维强度(qFS-C18-1)、整齐度(qFU-C18-1)、马克隆值(qFMi-C18-1)、成熟度(qFMa-C18-1)、皮棉重(qLW-C18-1)、籽指 (qSI-C18-1)和衣分 (qLP-C18-1) 7个加性QTL和5个上位性效应QTL。研究结果为进一步精细定位目标QTL、克隆QTL以及重要性状分子设计育种奠定了基础。     

利用海岛棉染色体片段导入系定位衣分和籽指QTL

以染色体片段导入系IL-15-5和IL-15-5-1构建的F2和F2:3分离群体,利用SSR标记对数量性状衣分和籽指QTL进行了定位。应用复合区间作图法分析两个组合的774个F2单株和F2:3家系衣分和籽指,检测到2个衣分的QTL,1个籽指的QTL。衣分QTLqLP-15-1在两世代中都被检测到,位于相同的分子标记置信区间JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为5.40cM和3.20cM;qLP-15-2只在F2:3中被检测到,位于分子标记NAU5302～NAU2901之间,置信的遗传距离为0.08cM。籽指QTLqSI-15-1在F2和F2:3中都被检测到,分别位于分子标记NAU2814～NAU3040和JESPR152～NAU3040,置信的遗传距离分别为6.70cM和5.70cM。利用染色体片段导入系能准确地定位产量组分的QTL,为棉花产量的分子设计育种奠定基础。     

水稻高秆染色体片段代换系Z1377的鉴定及重要农艺性状QTL定位

株高是水稻重要的农艺性状, 往往与产量相关性状密切关联, 在水稻育种中有重要利用价值。本研究以日本晴为受体、缙恢35为供体亲本, 经表型和分子标记双重选择, 鉴定了一个水稻高秆染色体片段代换系Z1377。Z1377共含有18个代换片段, 平均代换长度为2.95 Mb。与日本晴相比, Z1377的株高、倒一节间至倒四节间长、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、粒长、每穗实粒数、总粒数显著增加; 粒宽显著变细, 有效穗数、结实率显著减少, 但仍达86.75%。用日本晴与Z1377杂交构建的次级F₂群体共检测到16个相关QTL, 分布于第2、第3、第4、第5、第6、第7和第9染色体。其中有8个可能与已克隆基因等位, 如GW2、EUI1、ZFP185等, 另8个如qPH3等尚未见报道。Z1377的株高由一个主效QTL (qPH3)和一个微效QTL (qPH5)控制, 其中qPH3的贡献率达28.59%。而且, 在F₂群体中, 高秆和矮秆基本呈现双峰分布, 经卡平方测验, 符合3∶1分离比, 表明高秆对矮秆显性, 并主要由qPH3负责。这将为该主效基因的精细定位和克隆奠定基础, 同时为进一步选育含2~3个代换片段的中高优良染色体片段代换系并应用于育种奠定基础。     

利用染色体单片段置换系对水稻芒性状的4个QTLs进行定位分析

本研究以籼稻品种9311为受体和粳稻品种日本晴为供体构建而成的95个染色体单片段置换系为材料,对芒长、芒分布特征以及有芒置换系产量相关因子进行了调查分析。结合2008年和2009年的调查结果,通过代换作图共鉴定出4个与芒有无相关的QTLs,分别位于水稻第1、第2、第5和第7染色体上。qAWN-1被定位在第1染色体RM472与RM1387之间,遗传距离为6.6cM;qAWN-2被定位在第2染色体RM5804与RM4472之间,遗传距离为7.4cM;qAWN-5被定位在第5染色体RM1024与RM2422之间,遗传距离为14.1cM;qAWN-7被定位在第7染色体RM192与RM11之间,遗传距离为33.5cM。本研究所检测到的QTLs可以为理想型无芒品种分子标记辅助育种提供理论依据。     

利用9311来源的粳型染色体片段代换系定位控制稻米糊化温度的微效QTL

糊化温度(gelatinization temperature, GT)是评价稻米蒸煮与食味品质的重要因素之一, 除受一主效基因控制外, 还受多个微效基因的影响。本研究利用粳稻品种日本晴和籼稻品种9311作为受体和供体来源的一套染色体片段代换系为研究对象, 于2010-2011年连续2年分别于2个环境内种植, 测定各株系稻米的糊化温度(碱消值), 利用t测验与轮回亲本比较。结合高通量重测序技术鉴定各代换系的基因型, 以一年两地检出的极显著差异位点作为一个QTL, 共检测到4个控制GT的微效QTL, 即qGT2-1、qGT7-1、qGT8-1和qGT12-1, 分别位于第2、7、8和12号染色体上。加性效应分析结果显示, 4个QTL的效应值均为负值, 表明来自籼稻品种9311的这4个片段对碱消值的效应均为负效应。其中qGT7-1和qGT12-12个QTL在2年4个环境均被检测到, 遗传效应的趋势也一致, 加性效应贡献率为11.31%~28.95%。以受体亲本碱消值差异最大的代换系N53株系及亲本为材料, 对稻米淀粉精细结构进行分析, 推测支链淀粉中短链含量的减少可能会引起GT的升高。上述结果为进一步精细定位和克隆相应QTL及开展稻米品质改良的分子育种奠定了基础。