籽粒性状直接影响水稻的产量和品质,因此,解析水稻籽粒性状的遗传机制对提高水稻产量和品质至关重要.本研究以籽粒性状差异较大的稽稻和广百香占为亲本构建定位群体,利用水稻1K mGPS SNP芯片对定位群体进行基因分型,构建了包含770个Bin标记的高密度遗传图谱,通过QTL定位分析,最终鉴定出17个调控籽粒性状的QTLs,其中粒长QTL4个,粒宽QTL3个,粒厚QTL3个,长宽比QTL2个,千粒重QTL5个,LOD值介于2.55～42.44之间,表型贡献率介于4.73％～29.63％之间.在这17个QTLs中,9个为已知粒型基因位点,8个可能是新鉴定位点,分别为粒长qGL6,粒宽qGW5、qGW10和qGW12,粒厚qGT10,长宽比qGLWR5-2,千粒重qTGW10和qTGW11.根据新发现粒宽QTL(qGW5)定位区间内的基因注释、与拟南芥的同源基因比对、时空表达分析、激素响应分析和序列分析,最终筛选到1个编码CCCH类锌指蛋白的调控水稻粒宽的候选基因Os05g0195101.本研究为进一步开展水稻籽粒性状基因的克隆和遗传调控的解析奠定了基础.

莲(Nelumbo)是我国特色的水生经济作物,具有很高的观赏、食用、药用等价值.近年来,在莲基因组学、遗传学和分子生物学等研究领域取得一系列重要进展,绘制了莲属两个种的参考基因组图谱,构建了莲高密度遗传连锁图谱,开展了莲观赏性状(花色、开花时间和花型)、食用品质(莲子和莲藕营养成分)、药用成分(生物碱和类黄酮)和逆境胁迫(水淹、低温、弱光、重金属和盐碱)响应的分子机制研究.本文从莲基因组测序、遗传图谱构建、重要性状基因挖掘和功能分析等方面进行了系统的综述,并对今后研究的重点和发展方向进行了展望,以期为莲的基础研究和遗传改良提供参考.

水稻(Oryza sativa)是我国主要粮食作物之一.提高水稻叶片叶绿素含量,进而提高其光合作用效率是实现高产稳产的重要途径之一.该研究以父系籼稻品种华占(HZ)、母系粳稻品种热研2号(Nekken2)及其构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,在分蘖期和成熟期分别对亲本及其后代剑叶的叶绿素含量(SPAD值)进行测定,同时基于已构建的高密度遗传连锁图谱进行QTL定位.结果共挖掘到20个与叶绿素含量相关的QTLs(分蘖期7个,成熟期13个),LOD值最高达4.77.利用qRT-PCR方法检测QTL区间内与叶绿素含量相关的候选基因的表达,发现LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360、LOC_Os06g39716、LOC_Os08g42610、LOC_Os02g18500、LOC_Os03g21240、LOC_Os03g21400、LOC_Os03g21780、LOC_Os03g30950及LOC_Os03g40550基因的表达量在双亲间差异显著.结合基因表达量及亲本叶绿素表型数据,推测LOC_Os06g11780、LOC_Os06g12360和LOC_Os08g42610的高表达极大地提高了水稻叶绿素含量,进而有效提高植物光合产能.研究结果为筛选和培育高光能利用效率的水稻新品种提供了有利的遗传资源,并为揭示水稻叶绿素含量的动态变化规律及分子调控机制奠定了重要基础.

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,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1973.86cM,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SNP15740179和SNP15740207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.

利用高密度遗传图谱进行高粱穗部相关性状的QTL分析,为酒用高粱标记辅助育种和重要基因遗传机制解析提供理论依据.以美国籽粒高粱品种BTx623和酱香型白酒用高粱品种红缨子构建的包含205个家系的RIL群体为试验材料,2020-2021年在贵州贵阳、安顺和海南乐东的5个环境下,开展了 5个穗型性状(穗长、穗柄长、穗轴节数、一级枝梗数和最长一级枝梗长)的调查.利用高密度连锁图谱,采用完备区间作图法(ICIM)开展QTL定位.在高粱的基因组上一共检测到61个QTL涉及45个不同QTL遗传位点,其中与穗长、穗柄长、穗轴节数、一级枝梗数和最长一级枝梗长相关QTL分别为14、10、8、11和18个.在多个性状或多个环境中被重复检测到的19个重要QTL位点分别位于1(3个)、3(4个)、4(2个)、5(1个)、6(4个)、7(1个)、8(3个)和9(1个)号染色体上,并在其中12个QTL位点置信区间内或附近确定了 13个候选基因,它们与控制水稻穗型的基因同源(DEP1、RGN1、OsPID、OsSPL7和WTG1等),为进一步克隆和功能验证这些候选基因提供依据.

生理调控是小麦应对干旱胁迫的主要途径,解析小麦抗旱相关生理性状的遗传基础,发掘利用分子标记将为小麦抗旱性的高效改良提供有力支撑.本研究以加倍单倍体(DH)群体(旱选10号×鲁麦14)的150个株系为材料,利用小麦660K SNP芯片及SSR标记构建高密度遗传图谱,解析不同水分环境下孕穗期及灌浆中期小麦冠层温度(CT)、叶绿素含量(SPAD value)和植被覆盖指数(NDVI)的遗传基础.遗传图谱覆盖小麦21条染色体,分为30个连锁群,总长度4082.44 cM,标记间平均距离为2.20 cM.共检测到抗旱相关生理性状QTL 86个,分布于除3D以外的20条染色体上.冠层温度、叶绿素含量和植被覆盖指数的QTL数目分别为30、40和34个;17个QTL具有一因多效性,其中4个QTL与冠层温度和植被覆盖指数相关,8个QTL与冠层温度和叶绿素含量相关,7个QTL与叶绿素含量和植被覆盖指数相关,位于4D染色体的QPT52与3种性状均相关.本研究为小麦抗旱基因挖掘及分子育种提供了参考信息和技术支撑.

对2017年国内外棉花遗传育种领域取得的重要研究进展进行了概括性评述.棉花基因芯片技术得到了广泛应用,一批重要产量、品质性状基因获得定位和克隆.棉花全基因组关联分析(GWAS)取得重大突破,陆地棉高密度遗传图谱构建取得重大进展,棉花芽黄、纤维品质性状基因的精细定位及克隆取得较大进展,在棉花转基因新方法、转基因抗虫、抗除草剂新材料等方面进展显著.文中并进一步结合我国棉花发展现状、未来趋势与所面临的机遇,提出了我国棉花发展应采取的一些对策.

构建高密度遗传连锁图谱是冰草抗性、品质、产量等重要性状QTL精细定位及标记辅助育种研究的基础.该试验以四倍体杂交冰草Fz群体的202个分离单株及其亲本为材料,利用SRAP分子标记技术和Join Map 4.0作图软件对冰草的遗传连锁图谱进行了构建.结果表明:(1)共筛选出22对多态性好、标记位点清晰稳定的SRAP适宜引物,对冰草杂种F2分离单株的基因组DNA进行PCR扩增,共获得510个SRAP多态性标记位点,其比率占88.2％.(2)偏分离分析表明,偏分离标记比率仅为14.12％,符合遗传作图的要求.(3)成功构建了冰草的SRAP分子标记遗传连锁图谱,该图谱有14个连锁群、510个标记,连锁群间长度范围86.4～179.0 cM,覆盖基因组总长度1 912.9 cM,标记间平均间距3.75 cM,为高密度遗传图谱.

遗传连锁图谱是以遗传标记间重组频率为基础的染色体或基因组内位点相对位置的线性排列图,高密度遗传图谱构建可实现物理图谱和遗传图谱的整合,对促进基因图位克隆具有重要作用.利用遗传图谱可有效地提高育种效率和改良品种.重要花卉植物高遗传图谱精密度尚无法满足精细定位研究的要求,百合、紫薇、郁金香、向日葵等重要花卉高密度遗传图谱构建研究较少,制约了花卉植物分子育种研究进程.概述了高密度遗传图谱构建流程及作图方法,综述了牡丹、梅花、月季、菊花、兰花、荷花、桂花等重要花卉植物遗传图谱构建研究进展,讨论了重要花卉植物高密度遗传图谱构建存在的主要问题,对今后重要花卉植物遗传图谱构建研究的发展方向及其在育种中的应用前景进行了展望,以期为花卉植物基因定位、辅助基因组组装、比较基因组学、基因克隆、分子标记辅助育种等提供参考.

该研究以二倍体三色堇和角堇为亲本杂交产生的66株F2代分离群体为作图群体,采用SRAP标记技术进行基因分型,利用JoinMap4.0软件构建了首张三色堇与角堇的种间遗传连锁图谱.结果表明:(1)从256对SRAP引物组合中筛选获得50对多态性好、标记位点清晰且稳定的引物组合.(2)通过对三色堇F2代群体的PCR扩增,共获得118个SRAP多态性标记位点,其中偏分离标记率为24.6％,符合遗传作图需要.(3)成功构建了三色堇和角堇的种间分子遗传连锁图谱,该图谱有15个连锁群,67个SRAP标记,连锁群长度范围1.6～52.2 cM,覆盖基因组总长度327.9 cM,标记间平均图距为4.9 cM.研究结果为三色堇和角堇高密度遗传图谱构建和重要性状的基因定位及分子标记辅助选择育种奠定了基础.