野生稻长期处于野生状态,经受了各种灾害和不良环境的自然选择,保存着栽培稻不具有的或已经消失了的特异基因,抗逆性较强,是天然的基因库。染色体片段置换系是进行基因分析的理想材料。建立染色体片段置换系群体,不仅可以挖掘新的基因资源,还可以实现植物分子育种从单个基因利用到基因组综合利用的跨越发展。文中介绍了染色体片段代换系群体的特点和构建原理,综述了野生稻染色体片段代换系群体构建及应用的研究进展,并对其研究方向进行了分析和展望,以便为今后开发和利用野生稻资源提供理论依据。

【目的】利用野生稻染色体片段置换系以及次级群体,精细定位与水稻粒长相关的QTL,发掘野生稻中影响粒长的新基因,为水稻育种提供遗传材料和基因资源。【方法】利用中国农业科学院作物科学研究所野生稻实验室已构建的野生稻染色体片段置换系群体,定位到一个与粒长相关的QTL——qGL12。在此基础上,选择粒长与受体亲本9311差异显著,且携带qGL12片段的置换系CSSL141与9311回交构建次级分离群体,设计区间内分子标记引物,筛选交换单株,结合粒型表型分析与基因型鉴定,对qGL12进行精细定位。通过扫描电子显微镜检测颖壳细胞,观察细胞的长宽变化,对定位区间内的基因进行基因注释以及测序分析,预测候选基因。【结果】根据整套置换系多个环境下的表型鉴定,qGL12初定位于第12染色体标记RM28621附近;选取携带qGL12的置换系CSSL141作为精细定位的亲本,CSSL141携带4个野生稻导入片段,在多年多点的田间试验中,CSSL141粒长、粒宽、粒重均明显高于9311;利用构建的CSSL141/9311 F2群体将qGL12定位于第12染色体标记RM5479与RM28621之间,影响粒长、粒宽以及粒重,对粒长的贡献率最高,为44.61%。在定位区间内设计了7个多态性分子标记引物,选择目标区间基因型杂合的植株种植F3,通过筛选交换单株,结合交换单株的基因型与表型,将qGL12定位于RM5479与RM28586之间50 kb区间内,为进一步缩短定位区间,在此区间内设计了4个多态性分子标记引物,选择交换单株种植下一代,筛选后得到20株交换单株,结合交换单株基因型与籽粒表型,最终将qGL12定位到第12染色体15.69 kb区间,该区间内有3个候选基因,其中Os12g39650编码一种微管蛋白,Os12g39660编码一种质膜钙转运ATP酶,Os12g39670尚未有明确功能,通过测序分析发现,Os12g39650、Os12g39660在编码区内存在变异;对亲本以及后代交换单株的颖壳细胞进行电镜扫描,发现9311颖壳细胞的长度与宽度均比CSSL141小,CSSL141/9311 F4代群体中,目标区间为野生稻基因型的交换单株颖壳细胞的长度与宽度均比目标区间为9311基因型的交换单株大,表明qGL12通过调控颖壳细胞的大小影响水稻粒长。【结论】利用野生稻染色体片段置换系,将野生稻粒长QTL——qGL12定位于第12染色体15.69 kb区间内,通过调控水稻颖壳细胞的大小影响粒长。该区间内有3个基因。来自野生稻的Os12g39650与Os12g39660与栽培稻等位基因相比,存在自然变异,确定为qGL12的候选基因。

【目的】挖掘水稻耐盐新基因,为水稻耐盐性遗传改良奠定基础。【方法】本研究以籼稻品种9311和粳稻品种日本晴为亲本培育的高代回交置换系为材料,在0.5%Na Cl盐胁迫条件下,以存活率为耐盐指标,对水稻苗期耐盐性QTL进行定位。采用QTL Ici Mapping v3.1软件对存活率进行QTL分析。【结果】在第3染色体相邻标记RM1350附近检测到1个苗期耐盐相关QTL(QSst3),所在遗传区间为113.2132.8 c M,贡献率17.75%,加性效应10.9。【结论】来自供体亲本日本晴相应QTL使苗期

2007和2008年对以粳稻Asominori为受体、籼稻IR24为供体的染色体片段置换系(chromosome segment substitu-tion lines,CSSLs)群体的剑叶形态性状(剑叶长、宽、长宽比及叶面积)进行了相关性分析和QTL检测。结果表明:不同剑叶形态性状间存在极显著的正相关性,剑叶形态性状与单株产量间也存在极显著的正相关性。利用基于完备复合区间作图方法的QTL检测软件(QTL IciMapping V2.0)进行QTL的联合定位分析,两年共定位到17个控制剑叶形态性状的QTL,分布在第1、2、4、6、7和8等多条染色体上,贡献率为5.30%～32.22%。其中位...

为解析低温胁迫水稻根数的遗传机理,挖掘控制水稻耐冷QTL,以亲本9311(受体)/日本晴(供体)构建的染色体片段置换系群体为材料,15℃处理10 d再在25℃恢复7 d测定其根数并定位和分析其中影响根数的QTL。结果显示,亲本日本晴平均根数为4.50,9311平均根数为7.20,二者存在显著差异;置换系群体平均根数为4.84,存在超亲分离现象。共检测到2个低温胁迫影响水稻根数的主效QTL:qCSRN1.1和qCSRN3。这2个QTL分别分布在水稻的第1号染色体31.75～33.15 Mb区间和第3号染色体32.2～32.7 Mb区间,其LOD值分别为4.91和2.86,分别解释表型变异的16.27%和9.06%,其中qCSRN1.1增效等位基因来自亲本日本晴,qCSRN3增效等位基因来自亲本9311。候选基因分析显示qCSRN1.1区间有138个候选基因,其中68个与蛋白合成相关,42个与酶合成相关,3个为转录因子;qCSRN3区间有88个候选基因,其中62个与蛋白合成相关,9个与酶合成相关,3个为转录因子。此外,还检测到2个上位性QTLs,分布在第1号和第9号染色体上,其上位性效应为-0.34和-0.43,LOD值为5.60和5.75。结果表明,低温胁迫下,水稻根数的发育属于数量性状,同时受基因互作影响。这些根数QTL的定位为后期克隆受低温胁迫影响的根数基因,解析根数遗传机理奠定了基础。

从毛竹Phyllostachys pubescens幼嫩叶片中提取纯化得到高质量的基因组DNA,经限制性内切酶BamH I对它们进行梯度酶切,脉冲场电泳选择合适酶切DNA片段,与脱磷酸化处理过的质粒载体pCLD04541按质量比3∶1相互连接,转化大肠杆菌Escherichia coli DH10B感受态细胞进行蓝白斑筛选,挑取白色克隆,获得重组率较高的阳性克隆,构建了含有104个克隆的双元细菌人工染色体(BIBAC)基因组文库,并通过脉冲场电泳检测分析后确定,所构建的毛竹BIBAC文库平均插入片段为105 kb,约覆盖5倍毛竹基因组。该文库的构建为毛竹基因组研究做好了前期的基础工作。

以地高辛标记的栽培稻基因组(基因组为AA)DNA为探针,对非洲野生稻(基因组为BBCC)的体细胞染色体进行荧光原位杂交分析,研究AA染色体组和BBCC染色体组之间的关系,同时对杂交后的染色体进行同源染色体配对。结果表明:栽培稻A基因组和非洲野生稻基因组有较高的同源性,其中高度重复DNA序列在栽培稻和非洲野生稻间具有保守性。

为了鉴定和定位水稻垩白相关QTL,分析其遗传效应,利用籼稻品种广陆矮4号为受体,粳稻品种日本晴为供体构建的84个染色体单片段代换系群体为试验材料,通过单因素方差分析和Dunnett's多重比较,对代换片段上垩白相关QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值,共检测到36个垩白相关QTL。其中,垩白度QTL共19个,其加性效应值为-6.44~12.86,加性效应百分率为-34.04%~68.02%。垩白粒率相关QTL共17个,其加性效应值为-7.32~3.63,加性效应百分率为-8.07%~4.00%。这些QTL的鉴定为进一步精细定位并克隆相应QTL,提高稻米外观品质奠定了基础。

水稻的芒性是一个与驯化相关的重要性状,是由多基因控制的数量性状,遗传基础复杂,且易受环境因素影响。染色体单片段代换系由于减少了个体间遗传背景的干扰,已经成为鉴定复杂性状QTL的新型遗传材料。以籼稻品种广陆矮4号为受体和粳稻品种日本晴为供体构建而成的119个染色体单片段代换系为材料,对芒长性状进行了调查分析。结合2011,2012年的调查结果,通过代换作图共鉴定出15个与芒性相关的QTL,这些QTL分布在除1,10,12外的9条染色体上,第3染色体上检测到的QTL最多为3个。15个QTL中效应最大的QTL是qAN4-1,2年平均芒长为4.7 cm;效应最小的QTL是qAN11-2,2年平均芒长为...

粒重是决定水稻产量的三要素之一,是由多基因控制的数量性状。以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系群体为试验材料,利用SPSS软件分析了粒重与粒形性状之间的相关性,通过单因素方差分析和Dunnett's多重比较,测验单片段代换系与受体亲本广陆矮4号之间粒重的差异,以2年都能检测到的显著差异位点作为稳定表达的QTL。结果表明:千粒质量与粒长、长宽比呈极显著正相关,与粒宽、粒厚相关性不显著;以P≤0.001为阈值,2年都能检测到的千粒质量相关QTL 19个,分布在除第10,12染色体以外的10条染色体上。其中,10个QTL的加性效应表现为增效作用,其加性效应值的变化为0.49～...

从日本晴/明恢63染色体片段代换系中筛选到1个抽穗期分离家系BC3F2,调查该家系327个单株,发现单株抽穗期呈明显双峰分布,晚抽穗和早抽穗单株比例符合3∶1的分离比,表明抽穗期受1个主效QTLqHd-3控制.利用极端集团混合法筛选到标记RM416在2个DNA混合池中有多态性,单因子方差分析证明了标记RM416和qHd-3连锁.在引物RM416附近20cM继续筛选多态性标记,对BC3F2群体进行基因型分析,构建局部连锁图.通过QTL分析,qHd-3被定位在IDL01—RM5995,与2个标记的遗传距离分别为5.3cM和1.5cM,它可以解释表型变异的62.9%.在同一区间内还检测到控制每穗颖花...

以广陆矮4号为受体,日本晴为供体的119个染色体单片段代换系为材料,通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较,分析染色体单片段代换系与受体亲本之间糙米率的差异,对代换片段上的糙米率相关QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值共检测到2个糙米率QTL,利用代换作图法将其分别定位在第6染色体和第9染色体上,2个QTL均表现为增效作用,增效位点来自于粳稻亲本日本晴,其加性效应值分别为1.49%和1.32%,加性效应百分率分别为1.89%和1.68%。该研究对进一步发掘和利用新的水稻糙米率QTL具有重要意义,同时对提高水稻糙米率、增加稻米的实际产量具有十分重要的经济价值。

以85个单片段代换系为材料,其受体亲本为广陆矮4号,供体亲本为日本晴。通过单因素方差分析和Dunnett's多重比较,分析单片段代换系与受体亲本之间穗粒数的差异,对代换片段上的穗粒数QTL进行鉴定。以P≤0.001为阈值共检测到27个穗粒数QTLs,分布于除第10染色体外的其他11条染色体上。其中,2个QTLs的加性效应表现为减效作用,另外25个穗粒数QTLs的加性效应表现为增效作用。其加性效应值的变化范围为-37.5～96.9,加性效应百分率的变化范围为-29.07%～88.57%。为进一步发掘和利用新的水稻穗粒数QTL奠定基础。

【目的】改进染色体片段代换系群体,挖掘野生大豆(Glycine soja Sieb.et Zucc.)中蕴藏的农艺性状优异等位变异,为拓宽栽培大豆(Glycine max(L.)Merr.)的遗传基础提供材料和依据。【方法】通过标记加密和剔除部分单标记型片段的方法,改进以野生大豆N24852为供体,栽培大豆NN1138-2为受体的染色体片段代换系(CSSL)群体Soja CSSLP1;对改进后的群体(Soja CSSLP2)进行3年2点田间试验,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等4种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与...

细菌人工染色体(BAC)文库是克隆甘蓝抗病优质重要基因的基础,以抗枯萎病、富含硫代葡萄糖苷的结球甘蓝自交系R4P1为材料,美国Epicentre公司的CopyControlTMpCC1BACTM为载体,构建了甘蓝细菌人工染色体文库。该文库有73 344个克隆,插入片段平均大小约97 kb,空载率<3%,覆盖甘蓝基因组约10.9倍,筛选到甘蓝任一基因的概率为99.99%,这些结果表明,构建的文库质量较好,可用于后续分析。构建的甘蓝BAC文库不仅可用于枯萎病基因的克隆,而且为克隆其他重要的功能基因及基因组学等的研究奠定了基础。