QTL Mapping for Frond Length and Width in Laminaria japonica Aresch (Laminarales, Phaeophyta) Using AFLP and SSR Markers

In Laminaria japonica Aresch breeding practice, two quantitative traits, frond length (FL) and frond width (FW), are the most important phenotypic selection index. In order to increase the breeding efficiency by integrating phenotypic selection and marker-assisted selection, the first set of QTL controlling the two traits were determined in F-2 family using amplified fragment length polymorphism (AFLP) and simple sequence repeat (SSR) markers. Two prominent L. japonicas inbred lines, one with "broad and thin blade" characteristics and another with "long and narrow blade" characteristics, were applied in the hybridization to yield the F-2 mapping population with 92 individuals. A total of 287 AFLP markers and 11 SSR markers were used to construct a L. japonica genetic map. The yielded map was consisted of 28 linkage groups (LG) named LG1 to LG28, spanning 1,811.1 cM with an average interval of 6.7 cM and covering the 82.8% of the estimated genome 2,186.7 cM. While three genome-wide significant QTL were detected on LG1 (two QTL) and LG4 for "FL," explaining in total 42.36% of the phenotypic variance, two QTL were identified on LG3 and LG5 for the trait "FW," accounting for the total of 36.39% of the phenotypic variance. The gene action of these QTL was additive and partially dominant. The yielded linkage map and the detected QTL can provide a tool for further genetic analysis of two traits and be potential for maker-assisted selection in L. japonica breeding.

海湾扇贝遗传图谱构建及壳色基因、生长相关QTL的定位研究

本研究利用AFLP和微卫星标记，以海湾扇贝杂交F1为作图群体，构建了海湾扇贝的遗传连锁图谱，并对壳色决定基因和与生长性状相关的QTL进行了定位。 共用55对AFLP引物组合对亲本和88个子代个体进行扩增，共得到了2424个位点，多态性位点为392个，占所有标记的16.17％。其中，母本标记121个，父本标记196个，共有标记75个。经卡方检验，共有331个标记（84.4%）符合孟德尔分离比，61个标记（15.6％）出现偏分离现象。偏分离标记中，36个（59％）为纯合子缺失。从35对微卫星引物中筛选出了10对多态性引物，得到了5个母本标记和6个父本标记。另外，将表现为质量性状的壳色标记作为形态标记一同进行连锁图谱构建。 分别利用母本和父本标记构建了海湾扇贝雌性和雄性连锁图谱。其中，共有包括109个AFLP标记、5个微卫星标记和1个壳色标记组成了雌性图谱的框架图，分布于16个连锁群。图谱总长度为338.8cM，平均间隔为5.29cM，图谱覆盖率为65.82％。雄性连锁图谱框架图共定位了186个标记，包括181个AFLP标记、5个微卫星标记，壳色标记未实现定位。图谱包括17个连锁群，总长度为780.3cM，平均间隔为6.56cM，图谱覆盖率为78.11％。通过SSR12位点的定位结果，可以将雌性图谱第7连锁群与雄性图谱17连锁群对应起来。 壳色标记定位在了雌性图谱第九连锁群上，说明橙色基因位点为杂合。我们将壳色基因命名为Orange1，两个标记——F1f335和D8f420与这一基因之间图距为0。在家系和群体中初步验证，这两个标记与壳色基因紧密或完全连锁。 共定位了16个与生长相关的QTL，它们分布于雌性图谱的2、3、5连锁群和雄性图谱的4、5、6、7、8连锁群上。每个QTL均发现了与其图距非常接近的分子标记（0.01-2.51％）。其中壳长、壳高、壳宽三个长度指标QTL成簇分布或部分重叠，可一同作为选择性指标，壳重和全湿重QTL位点也比较相近。只有软体部重位点单独分布，可能具有相对独立的遗传基础。

凡纳滨对虾分子标记筛选、连锁图谱构建和QTL定位

利用AFLP和微卫星标记，以凡纳滨对虾F1全同胞家系为作图群体，构建了凡纳滨对虾的雌性和雄性遗传连锁图谱并对生长相关性状体长和体重进行了QTL分析。利用经过筛选的108对AFLP引物组合，对亲本和94个子代个体进行了分离分析。共得到2041个多态AFLP标记（1:1分离）。平均每个引物组合产生20个多态片段。有826个AFLP标记偏离孟德尔遗传（40.5%, P<0.05）。所筛选的100个微卫星标记中有30个在家系中有作图信息，分别有24个和20个位点可以用于母本和父本的作图。对父母本β-1，3-葡聚糖结合蛋白(BGBP)，脂多糖和葡聚糖结合蛋白(LGBP)和蜕皮抑制激素（MIH）等基因片段进行序列分析得到一些可用于构建连锁图谱的SNP标记。 对所有的分离标记进行了连锁分析，分别绘制了凡纳滨对虾的雌性和雄性连锁图谱。雌性连锁图谱的框架图有319个遗传标记组成，分布于45个连锁群，其中AFLP标记300个，微卫星位点18个，性别标记一个，连锁群长度从29.5cM到260.0cM, 每个连锁群含4－16个标记。图谱长度为4134.4 cM, 各连锁群平均图距在7.6到25.9 cM之间，总平均图距为15.1 cM。有267个标记（含14个微卫星）整合到雄性框架图上。 雄性框架图也含45个连锁群，长度从14.2cM到161.1cM, 图谱长度为3220.9 cM, 各连锁群平均图距在4.1到25.5 cM之间，总平均图距为14.5 cM。 作图群体所有个体的性别均作为标记整合到雌雄分离信息中，在94个F1个体中，54个为雌虾，40个是雄虾。在雌性图谱第29连连锁群上，性别与三个微卫星标记紧密连锁（v1f148, v145f120, v95f166）, 图距分别为6.6, 8.6 和8.6cM, 相应LOD值分别为17.8 14.3 和 16.4。 与雌性图相对应的是，雄性图谱未发现任何与性别连锁的标记。推测凡纳滨对虾的性别决定机制可能是ZW型，其中雌性为异配性别。 体长和体重均显示出连续变异的特点，显示这些与生长相关的性状都是典型的数量性状或多基因遗传。体重和体长符合正态分布且两性状之间存在着显著的相关性（P<0.001），Pearson 相关系数为0.95。在凡纳滨对虾雌性图谱和雄性图谱上，共定位了6个与体长和体重等生长性状相关的QTL，可解释的表型变异从15.1％到21.3％。共检测到3个与体长相关的QTL，包括两个正向效应的QTL和一个负向的QTL，分别定位到雌性的第6连锁群和雄性的第4和11 连锁群上。体重也检测到3个QTL，其中一个QTL加性效应是正向的，分别位于雌性的第6和7连锁群及雄性的第11连锁群上。QTL主要集中在雌性图谱的Fc6和Fc7及雄性图的Mc4和Mc11上。体长和体重的QTL定位结果中各有两个是十分相似的，其相邻的标记位点完全一样，只是相应的LOD值略有差异，还各存在两性状特异的一个QTL。大多QTL与相邻标记之间的距离只有0.1cM(仅Wfc7的距离较大)，为进一步的精细定位奠定了基础。 分子标记筛选、遗传图谱的构建及生长相关性状的QTL定位为我们下一步从事分子标记辅助选择育种,QTL精细定位和比较基因作图打下基础，并最终推动凡纳滨对虾的遗传改良。

Genetic mapping of size-related quantitative trait loci (QTL) in the bay scallop (Argopecten irradians) using AFLP and microsatellite markers

We constructed genetic linkage maps for the bay scallop Argopecten irradians using AFLP and microsatellite markers and conducted composite interval mapping (CIM) of body-size-related traits. Three hundred seventeen AFLP and 10 microsatellite markers were used for map construction. The female parent map contained 120 markers in 15 linkage groups, spanning 479.6 cM with an average interval of 7.0 cM. The male parent map had 190 markers in 17 linkage groups, covering 883.8 cM at 7.2 cM per marker. The observed coverage was 70.4% for the female and 81.1% for the male map. Markers that were distorted toward the same direction were closely linked to each other on the genetic maps, suggesting the presence of genes important for survival. Six size-related traits, shell length, shell height, shell width, total weight, soft tissue weight, and shell weight, were measured for QTL mapping. The size data were significantly correlated with each other. We subjected the data, log transformed firstly, to a principle component analysis and use the first principle component for QTL mapping. CIM analysis revealed one significant QTL (LOD=2.69, 1000 permutation, P<0.05) in linkage group 3 on the female parent map. The mapping of size-related QTL in this study raises the possibility of improving the growth of bay scallops through marker-assisted selection. (c) 2007 Published by Elsevier B.V.

GENETIC MAPPING OF THE LAMINARIA JAPONICA (LAMINARALES, PHAEOPHYTA) USING AMPLIFIED FRAGMENT LENGTH POLYMORPHISM MARKERS

To establish a molecular-marker-assisted system of breeding and genetic study for Laminaria japonica Aresch., amplified fragment length polymorphism (AFLP) was used to construct a genetic linkage map of L. japonica featuring 230 progeny of F-2 cross population. Eighteen primer combinations produced 370 polymorphic loci and 215 polymorphic loci segregated in a 3:1 Mendelian segregation ratio (P <= 0.05). Of the 215 segregated loci, 142 were ordered into 27 linkage groups. The length of the linkage groups ranged from 6.7 to 90.3 centimorgans (cM) with an average length of 49.6 cM, and the total length was 1,085.8 cM, which covered 68.4% of the estimated 1,586.9 cM genome. The number of mapped markers on each linkage group ranged from 2 to 12, averaging 5.3 markers per group. The average density of the markers was 1 per 9.4 cM. Based on the marker density and the resolution of the map, the constructed linkage map can satisfy the need for quantitative trait locus (QTL) location and molecular-marker-assisted breeding for Laminaria.

海湾扇贝微卫星标记的开发及遗传连锁图谱的构建

海湾扇贝（Argopecten irradians）不连续分布于美国大西洋沿岸和墨西哥湾沿岸，自1982年以来北部亚种（A. i. irradians）和南部亚种（A. i. concentricus）被先后引进到中国，由于其生长速度快、繁殖周期短和适宜温度范围广的特点，迅速成为我国海水养殖的重要品种。近年来飞速发展的分子标记技术为优良品种的选育注入了新的活力，相对于传统的表型选择来说，标记辅助选择不易受环境的影响，尤其是对于低遗传力性状和后期表达的性状，能增强选择效率，提高选择的准确度，缩短育种周期。本文通过构建海湾扇贝微卫星富集文库获得大量的微卫星DNA序列，筛选多态的微卫星标记构建了海湾扇贝的遗传连锁图谱，并应用复合区间作图法对生长相关性状进行了QTL定位。 本研究利用富集文库-菌落原位杂交法筛选海湾扇贝微卫星DNA，吸附(AC)15和(AG)15探针的尼龙膜捕捉并富集含有微卫星序列的片段，菌落原位杂交结果显示阳性克隆率达到40%，测序比对后获得521个独立的阳性克隆，其中微卫星506个，小卫星15个。微卫星中，完美型248个，占49.0%，非完美型216个，占42.7%；复合型42个，占8.3%；AG/TC重复占大多数（356个，70.4%），AC/TG重复有150个（29.6%）。设计合成了382对引物，利用38个海湾扇贝个体对其中15个微卫星位点进行了遗传多样性评价，不同位点扩增得到的等位基因数从3到7个不等，期望杂合度和观测杂合度的范围分别为0.198~0.813和0.083~0.833，实验结果表明富集文库-菌落原位杂交法适合大规模筛选微卫星标记。 利用8个微卫星标记对海湾扇贝1个野生种群和3个养殖群体的遗传多样性与分化进行了比较和分析。8个位点共扩增得到35个等位基因，平均每个位点4.38个等位基因，平均有效等位基因数为2.30，平均观测杂合度和期望杂合度分别为0.41和0.46。相比于野生群体（美国），养殖群体（北卡罗来那、浙江和胶南）的等位基因数和杂合度都有所降低，在封闭环境下养殖19代的浙江群体等位基因数丢失最严重，共有9个等位基因丢失（25.7%）。经过多代人工养殖后，海湾扇贝养殖与野生群体之间和养殖群体之间出现了明显的遗传分化，胶南群体与野生群体的遗传距离最大，而胶南群体与浙江群体的遗传距离已经超过了胶南群体（北部亚种）和北卡罗来那（南部亚种）群体的遗传距离，这种分化将有利于海湾扇贝的杂交选育。 利用167个微卫星标记和1个壳色标记，以海湾扇贝2个全同胞F1代为作图群体，构建了海湾扇贝的性别遗传连锁图谱。整合的雌性连锁图谱含有118个标记，覆盖了16个连锁群，每个连锁群含有的标记数目从4到16个不等，平均每个连锁群上有7.4个标记，图谱总长度为761.0 cM，标记间的平均间隔为8.55 cM，图谱的覆盖率为73.5%；整合雄性连锁图谱含有126个标记，覆盖了17个连锁群，每个连锁群含有的标记数目从2到11个不等，平均每个连锁群上有7.4个标记，图谱总长度为729.1 cM，标记间的平均间隔为6.75 cM，图谱的覆盖率为74.7%。雌性亲本的重组率高于雄性，雌雄亲本共享标记间的重组率比值为1.18：1。偏分离标记在性别间呈现不对称分布，雄性亲本的偏分离高于雌性亲本，可能与雄性亲本来源于亚种间杂交的遗传背景相关。 利用海湾扇贝微卫星遗传连锁图谱在两个作图家系中对5个生长性状的QTL进行了定位，5个生长性状的表型相关均达到极显著水平（P < 0.01），Pearson相关系数均超过0.781，总重、壳长、壳宽、壳高和壳重的QTL（LOD > 2.0）的数目分别为8、6、6、7和6个。这些QTL成簇分布于CC5家系的LG1、LG3、LG4、LG8和CC10家系的LG1、LG3、LG6、LG8、LG9连锁群，单个QTL可解释的表型方差为5.5%到29.2%，QTL成簇分布现象说明这些生长相关的性状可能具有共同的遗传基础，家系特异性QTL暗示在不同的遗传背景和环境下存在不同的主效QTL。本研究定位的QTL，尤其在两个家系中共享的QTL为下一步分子标记辅助选择提供了参考区间。

刺参遗传连锁图谱构建及卵母细胞成熟过程研究

第一部分 刺参遗传连锁图谱的构建 利用AFLP和微卫星标记以一个远缘地理杂交家系为作图群体，以拟测交理论为作图策略，构建了刺参Apostichopus japonicus的雌性和雄性遗传连锁图谱。利用62对AFLP引物组合，对亲本和93个个体进行了分离分析，共得到3572个标记，其中具有多态性的标记为点数为1133个，多态性比例为31.5%。平均每个引物对产生18.3个多态片段。1133个多态性位点中，294个标记在父母本中都出现并在后代中分离，839个标记在父本或母本中出现并在子代分离，其中母本443(52.8%)个分离标记，父本396(47.2%)个分离标记。卡方检验显示，556个标记符合孟德尔1:1分离。筛选微卫星标记中30个在家系中具有作图信息，其中19个可用于母本作图，19个可用于父本作图。 利用Mapmaker 3.0/EXP软件对分离标记进行连锁分析。358个分子标记用于雌性遗传连锁分析，其中包括19个微卫星标记，199个AFLP标记和11个微卫星标记定位在雌性框架图谱中。雌性框架图谱共有25个连锁群，总长度为3148.3 cM。标记之间最大间隔为37.5 cM，平均间隔为17.0 cM，连锁群的分子标记数最大为21个最小为4个。用于雄性连锁分析的分子标记共有332个，其中包含19个微卫星标记。207个标记定位于23个连锁群上，其中AFLP标记数为196个，微卫星标记数为11个。23个连锁群总长度为3059.8 cM，标记间最大间隔38.6 cM，平均间隔16.6 cM。每个连锁群的长度范围在40 cM到271.4 cM之间，标记数在18到4个之间，包括二、三连体在内的雄性连锁图谱共覆盖3227 cM。雌雄基因组的预测长度分别为4053.7 cM和3816.3 cM，因此，所构建的雌雄连锁图谱覆盖率分别为84.0%和84.5%。通过共有微卫星标记，有3个连锁群在两个图谱中对应。分子标记在两个图谱中呈均匀分布，没有成簇现象。 分子标记筛选、遗传图谱的构建为刺参分子标记辅助选择育种，经济性状QTL定位和比较基因作图打下基础，并且最终将促进中国刺参遗传改良和新品种的培育工作。 第二部分 卵母细胞成熟过程研究 对刺参卵母细胞的体外诱导成熟方法进行探索，并且通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜结合超薄切片技术及间接免疫荧光染色技术研究卵母细胞成熟的生物学过程。 分别利用在海参中有诱导作用的海星神经提取液和二硫苏糖醇(DTT)对从成熟卵巢解剖出的刺参卵母细胞进行诱导成熟试验，结果显示，刺参的卵母细胞在海水中不会发生自发成熟，海星神经提取液以及神经提取液加滤泡悬浮液对卵母细胞没有诱导成熟的作用，而二硫苏糖醇处理可以诱导卵母细胞生发泡破裂，当DTT溶液的浓度处于10-1 mol/L到10-3 mol/L之间时，对刺参卵母细胞的促熟作用较为明显，在10-2 mol/L左右时，卵母细胞的诱导成熟率可以达到90%以上。未成熟的卵母细胞处于第一次减数分裂前期，不具备受精能力。经DTT诱导后，生发泡发生移动并破裂，染色体排列到赤道板上，然后第一、二极体先后排出，诱导成熟的卵母细胞排出极体的时间与自然受精的卵子一致。在卵母细胞成熟过程中有受精膜举起的现象，说明精子入卵不是受精膜举起的必要条件。卵母细胞只有在生发泡破裂之后才具有受精能力，从生发泡破裂到第二极体排出前的整个减数分裂过程中，卵母细胞都可以受精，但是只有在第一极体排出前受精的卵母细胞才能发生卵裂。人工促熟的卵母细胞受精后，形成的胚胎似乎并不能正常发育，试验过程中最多只得到了8细胞期的胚胎，之后细胞便产生畸形并停止分裂，最终裂解消失。 利用DTT诱导刺参卵母细胞成熟，综合运用光镜、电子显微镜及激光共聚焦技术观察卵母细胞成熟过程，分析了卵母细胞表面动物极突起在卵母细胞脱滤泡中的作用，以及卵母细胞动物极突起和微管组织在生发泡移动过程中所起的作用。卵母细胞通过动物极突起连接到滤泡上，在脱滤泡作用开始时，卵母细胞动物极突起刺入并穿过滤泡膜，使得滤泡膜表面形成一个缺口，然后整个卵母细胞开始从缺口处挤出。脱滤泡的作用力来源有两种：胶膜层的水合作用以及滤泡的收缩。通过激光共聚焦显微镜观察，未成熟的卵母细胞中存在5种类型的微管，并且有两个微管组织中心锚定在卵母细胞突起下方。减数分裂重新启动时，生发泡沿微管向动物极移动，至细胞膜下时破裂。微管解聚对照实验证明驱动生发泡移动的细胞结构为微管束。生发泡破裂后，两个微管组织中心组织形成减数分裂纺锤体，然后第一极体以“收缩-排出”的独特方式排出。 本研究填补了刺参繁殖生物学研究中的缺失环节，为刺参人工繁育技术提供理论基础和指导。

Identification of quantitative trait loci for growth-related traits in the Pacific abalone Haliotis discus hannai Ino

The locations and effects of quantitative trait loci (QTL) were estimated for nine characters for growth-related traits in the Pacific abalone (Haliotis discus hannai Ino) using a randomly amplified polymorphic DNA (RAPD), amplification fragment length polymorphism (AFLP) and SSR genetic linkage map. Twenty-eight putatively significant QTLs (LOD > 2.4) were detected for nine traits (shell length, shell width, total weight, shell weight, weight of soft part, muscle weight, gonad and digestive gland weight, mantle weight and gill weight). The percentage of phenotypic variation explained by a single QTL ranged from 8.0% to 35.9%. The significant correlations (P < 0.001) were found among all the growth-related traits, and Pearson's correlation coefficients were more than 0.81. For the female map, the QTL for growth were concentrated on groups 1 and 4 linkage maps. On the male map, the QTL that influenced growth-related traits gathered on the groups 1 and 9 linkage maps. Genetic linkage map construction and QTL analysis for growth-related traits are the basis for the marker-assisted selection and will eventually improve production and quality of the Pacific abalone.

小麦抗条锈病分子标记辅助育种研究进展

小麦条锈病是小麦生产的主要病害之一。在中国，尤其是西北麦区，小麦条锈病是小麦生产面临的最严重问题。筛选和培育抗锈基因是防治小麦条锈病最为经济、安全、有效的方法。综述了分子标记辅助育种技术在小麦抗条锈病育种上的研究概况和发展运用。