基因定位及分子标记辅助育种

点击数:502015-11-03 10:22:44

在新基因资源发掘的基础上,选用已开发的水稻、小麦和玉米特定染色体SSR、AFLP、STS和SNP等稳定性好、多态性高的分子标记,并借助生物信息学手段,对水稻高产优质、抗纹枯病、抗旱耐高温,小麦高产优质、抗条锈病、赤霉病、白粉病、耐旱耐湿和玉米高产优质、抗纹枯病、穗粒腐病、耐旱耐瘠等性状进行基因定位,筛选紧密连锁的分子标记,将重要基因的分子标记转化成稳定的易于分子标记辅助选择和多基因聚合的PCR标记,再将优良品种与具有上述基因的供体材料杂交,应用分子标记追踪目的基因结合遗传背景筛选,建立分子辅助标记选择和聚合育种技术平台及育种体系,探讨主要作物超级新品种的分子设计,提高优质、高产、抗病虫和抗逆作物超级新品种的选育效率。到建设期末,在国内外重要学术刊物发表论文14~16篇,研究成果达到国际先进水平。

水稻:(1)基因定位:发掘和定位了一批在水稻生长发育有重要意义、具有重要育种应用价值的新基因。包括抗稻瘟病基因Pi-3和Pi-f以及抗纹枯病基因;生育期和千粒重相关基因osELF3和Mi3;育性相关基因:雄性不育基因vr1、ms-sc和ms-np雌性不育基因PTBFS(t),雌雄育性基因mdmfs1和水稻花器官发育基因srs2等以及D型杂交稻恢复基因;分蘖相关基因:寡分蘖基因ft1-g和极度分蘖基因ext-M1B对上述基因均完成了基因精细定位(15-50K的物理范围内),并筛选了一批可用于分子标记辅助育种的共分离标记。(2)QTL分析:以蜀恢527为亲本构建了多个F2和重组自交系群体,并通过建立分子遗传连锁图谱对重穗相关农艺性状,稻米品质、低温、干旱和再生力等性状进行了不同生态环境的QTL定位,筛选了一批在不同环境表达的主效QTL,为分子标记辅助育种奠定了基础。(3)优质相关分子标记开发:成功开发了9个淀粉合成途径关键酶分子标记,其中ADPG焦磷酸化酶基因(Agp)标记1个AP1280-EcoRV;淀粉分支酶I基因(Rbe1)标记4个,分别为RB2504B、RB3174、RB3828和RB10420-ACCⅡ;分支酶III基因(Rbe3)标记2个,分别为RB1062和RB10637;异淀粉酶基因 (Iso)标记1个Iso5980B及R酶基因(Pul)标记1个R114/113,为稻米品质改良提供了技术支撑。(4)分子标记辅助育种:以上述已定位的有重要育种价值的新基因和主效QTL及相关分子标记,结合其他单位定位或克隆基因和主效QTL的分子标记为基础,与回交育种、聚合杂交育种和群体改良有机结合,建立了快速、高效的分子育种体系,成功育成了系列重穗型杂交稻亲本,包括聚合多个抗性基因的高抗和广谱抗稻瘟病不育系川农2A、川农4A、金谷A、川谷1A、川谷2A;育成米质优良的不育系金香A、吉香A、川谷2A、川谷3A等,其中川谷2A米质达国颁一级米、川谷3A米质达国颁二级米标准,;;聚合多个抗性基因抗白叶枯病恢复系蜀恢527、蜀恢781、蜀恢205、206、207,抗纹枯病蜀恢132并组配系列重穗型杂交稻组合已经通过省级以上审定或正在参加区试,获得了同行的高度评价。

小麦:新基因定位(1)建立了一种利用序列中SNP位点开发出特异标记引物将功能基因定位于普通六倍体小麦具体基因组的方法,将来自普通小麦的WDAI基因定位在3BS和3DS上。(2)构建了新抗条锈病基因YrP81、YrICA56的分子标记连锁图谱;(3)从人工合成六倍体小麦“RSP”中发现并定位到2DS上一个控制着RSP的穗发芽抗性主效的QTL Qphs.sau-2D.1。(4)从我国特有小麦族基因资源西藏半野生小麦中发现了SD-1和SD-2两个控制种子休眠的基因,并将这2个休眠基因分别定位到3AL和1B上,同时利用SSR分子标记对SD-1进行分子标记和遗传图谱构建。(5)用新合成的SHW-L1与小麦“中国春”D染色体组的单端体杂交,获得了F1和F2世代种子,提取了其中一个杂交组合SW8188×SHW-L1的 F2群体240个单株的DNA,考察了这些单株的农艺性状,对来自节节麦D染色体组、控制重要农艺师性状的基因进行分子标记分析。(6)采用SSR标记将矮秆波兰小麦的矮秆基因定位到4BS上,并构建了其矮秆基因的SSR分子图谱,Rht-dp位于WMC511和Xgwm495、Xgwm113、Xgwm251之间,它们的排列顺序可能是WMC511— Rht-dpXgwm495—Xgwm113—Xgwm251,它们之间的遗传距离分别为0.4 cM、4.1 cM、2.5 cM、10.3 cM。

分子标记辅助育种 (1)开发了19个小麦α-醇溶蛋白基因特异性标记,并利用这些标记对节节麦、六倍体小麦亚种(印度圆粒小麦、马卡小麦、密穗小麦和斯卑尔脱小麦)和四川小麦地方进行多样性分析。(2)对90份A基因组二倍体小麦进行LMW-i型亚基编码基因特异分子标记开发。(3)通过RGAP分子标记技术,构建了一套完整的二倍体长穗偃麦草1E-7E染色体特异RGA-SCAR分子标记。(4)根据黑麦75K γ-secalin亚基C-末端序列的保守特点,设计了一对针对该家族编码序列的特异引物的分子标记。(5)建立了一套长穗偃麦草Ee染色体组特异的AFLP分子标记,并成功地将AFLP标记转化为实验结果稳定、操作更简单的STS标记,利用获得的STS标记对其它长穗偃麦草居群和小麦品种进行了鉴定。(6)开发了16个二聚α-淀粉酶抑制因子基因特异SNP标记,并被用于检测来自以色列的16个野生二粒小麦居群α-淀粉酶抑制因子基因的变异。(7)利用2DS上抗穗发芽的主效QTL标记,对48个来源于RSP×MY11的F6代强抗穗发芽植株进行了基因型的频率分布分析。结果表明,Qphs.sau-2D.1中RSP的等位基因可以在不同的遗传背景下提高小麦穗发芽的抗性。(8)通过SDS-PAGE技术鉴定高分子量谷蛋白亚基的组成。在48个强抗穗发芽的F6代植株中有8株具有1Dx5+1Dy10的优质亚基组成,其中有4株具有源于RSP的抗穗发芽等位基因。这为以后育出面团加工品质更好的品种提供了宝贵的遗传材料。

玉米:(1)采用SSR等方法,通过定位群体,定位了玉米纹枯病、穗粒腐病、穗萌、耐旱等抗病和抗逆性状的QTL位点。(2)从卫星搭载的玉米杂交中,获得了1个雄性不育隐性基因,SSR定位在玉米第3染色体上,与bnlg197标记相距7.0cM。(3)构建了包含320个家系的玉米重组自交系(RIL)群体,利用该群体对玉米磷吸收利用相关性状进行QTL定位,目前已经完成包含134SSR引物,能够覆盖玉米整个基因组的遗传连锁图谱的构建;分别在四川雅安、上里和重庆涪陵3点完成了相关性状的考察,获得多个性状的表型数据,目前正利用相关软件对这些性状进行QTL分析。(4)以R15(抗)和478(感)为亲本配制F2分离群体为作图群体,构建了含146个SSR标记位点的遗传连锁图谱,将玉米纹枯病的5个抗性QTL定位于第2、6、10染色体上。(5)采用复合区间作图法(LOD≥ 2.5)对种子休眠性QTL 进行了检测,共检测到10 个QTL 位点,分布于第1、3、5、8 和10 染色体上,分别命名为qSD-1-1、qSD-1-2、qSD-1-3、qSD-1-4、qSD-3-1、qSD-3-2、qSD-5-1、qSD-8-1、qSD-10-1和qSD-10-2;(6)发展了玉米waxy基因内的PCR标记,建立了基于单粒种子的DNA标记辅助选择系统。