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Epistasis-aware genome-wide association studies provide insights into the efficient breeding of high-yield and high-quality rice

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Journal of Integrative Agriculture 2024年第8期23卷 2541-2556页

作者： Xiaogang He Zirong Li Sicheng Guo xingfei zheng Chunhai Liu Zijie Liu Yongxin Li Zheming Yuan Lanzhi Li Hunan Engineering&Technology Research Center for Agricultural Big Data Analysis&Decision-making/College of Plant Protection Hunan Agricultural UniversityChangsha 410128China Hubei Key Laboratory of Food Crop Germplasm and Genetic Improvement/Food Crop Institute Hubei Academy of Agricultural SciencesWuhan 430064China

Marker-assisted selection(MAS)and genomic selection(GS)breeding have greatly improved the efficiency of rice *** to the influences of epistasis and gene pleiotropy,ensuring the actual breeding effect of MAS and GS is still a difficult challenge to *** this study,113 indica rice varieties(V)and their 565 testcross hybrids(TC)were used as the materials to investigate the genetic basis of 12 quality traits and nine agronomic *** original traits and general combining ability of the parents,as well as the original traits and midparent heterosis of TC,were subjected to genome-wide association *** total,381 primary significantly associated loci(SAL)and 1,759 secondary SALs that had epistatic interactions with these primary SALs were *** these loci,322 candidate genes located within or nearby the SALs were screened,204 of which were cloned genes.A total of 39 MAS molecular modules that are beneficial for trait improvement were identified by pyramiding the superior haplotypes of candidate genes and desirable epistatic alleles of the secondary *** the SALs were used to construct genetic networks,in which 91 pleiotropic loci were ***,we estimated the accuracy of genomic prediction in the parent V and TC by incorporating either no SALs,primary SALs,secondary SALs or epistatic effect SALs as *** the prediction accuracies of the four models were generally not significantly different in the TC dataset,the incorporation of primary SALs,secondary SALs,and epistatic effect SALs significantly improved the prediction accuracies of 5(26%),3(16%),and 11(58%)traits in the V dataset,*** results suggested that SALs and epistatic effect SALs identified based on an additive genotype can provide considerable predictive power for the parental *** also provide insights into the genetic basis of complex traits and valuable information for molecular breeding in rice.

关键词： rice genome-wide association study epistasis gene pleiotropy maker-associated selection genome selection

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外源硒强化对稻米挥发性化合物的影响

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食品科技 2024年第4期49卷 16-23页

作者：田旭宏邱天赐郑兴飞徐德泽丛欣吴慕慈程水源熊银国家富硒农产品加工技术研发专业中心武汉轻工大学硒科学与工程现代产业学院湖北武汉430023 农业农村部作物分子育种重点实验室粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室湖北省农业科学院粮食作物研究所湖北武汉430064 恩施德源健康科技发展有限公司湖北恩施445000

通过外源施加硒肥对水稻进行稻米硒强化已在富硒大米的生产中广泛应用,然而,外源硒强化对稻米品质的影响尤其是对稻米香味构成的影响研究较为匮乏。该研究采用固相微萃取(Solid phase microextraction,SPME)与气相色谱-质谱联用法(Gas c... 详细信息

通过外源施加硒肥对水稻进行稻米硒强化已在富硒大米的生产中广泛应用,然而,外源硒强化对稻米品质的影响尤其是对稻米香味构成的影响研究较为匮乏。该研究采用固相微萃取(Solid phase microextraction,SPME)与气相色谱-质谱联用法(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对不同浓度外源硒肥处理后加工得到的糙米和精米挥发性成分进行了检测,结果显示:糙米中共检出43种挥发性化合物,其中包含醇类5种、醛类8种、酮类4种、酯类4种、烃类5种、酸类9种以及杂环类化合物4种;精米中共检出35种挥发性化合物,其中醇类2种、醛类7种、酮类3种、酯类3种、烃类7种、酸类8种以及杂环类化合物2种;糙米挥发性化合物较精米挥发性化合物丰富。GC-MS数据表明挥发性化合物的含量与硒肥浓度不成正相关,适当浓度的硒肥可以促进稻米中挥发性化合物的合成,高浓度的硒肥会抑制稻米挥发性化合物的产生。

关键词：气相色谱-质谱法硒强化稻米挥发性化合物

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优质中籼光温敏核不育系EK8S的选育及应用

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杂交水稻 2024年第3期39卷 66-69页

作者：董华林胡建林王红波殷得所郑兴飞薛莲万厚文吴波费震江金卫兵游艾青彭宣国徐得泽湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室/农业农村部作物分子育种重点实验室/洪山实验室湖北武汉430064 麻城市城区农业技术推广站湖北麻城438300 湖北汇楚智生物科技有限公司湖北武汉430064 湖北省小龙虾产业技术研究院有限公司湖北潜江433100

EK8S是用来源于C815S的两系不育系中间材料作母本、粤丰B变异株系选稳定材料作父本杂交,经湖北武汉和海南陵水两地穿梭育种,利用人工低温池加压筛选育性,田间和室内鉴定米质和农艺性状,培育的具有不育起点温度较低、株型好、米质优、易... 详细信息

EK8S是用来源于C815S的两系不育系中间材料作母本、粤丰B变异株系选稳定材料作父本杂交,经湖北武汉和海南陵水两地穿梭育种,利用人工低温池加压筛选育性,田间和室内鉴定米质和农艺性状,培育的具有不育起点温度较低、株型好、米质优、易繁好制、配合力强的细长粒中籼型水稻光温敏核不育系。利用该不育系配组的杂交稻新组合E两优888、E两优金丝和汇两优莹丝表现产量较高、米质优、食味好、生育期适中,通过了湖北省或国家品种审定。

关键词：杂交水稻光温敏核不育系 EK8S 选育

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Joint analysis of phenotype-effect-generation identifies loci associated with grain quality traits in rice hybrids

Joint analysis of phenotype-effect-generation identifies loc...

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第二十届中国作物学会学术年会

作者： Lanzhi Li xingfei zheng Jiabo Wang Xueli Zhang Xiaogang He Liwen Xiong Shufeng Song Jing Su Ying Diao Zheming Yuan Zhiwu Zhang Zhongli Hu

水稻(Oryza sativa L.)是人类重要的粮食作物之一,由于杂交稻存在显性等非加性效应,稻米品质的遗传改良比常规稻更具挑战性。本研究基于113个自交系(父本)与5个测交系(母本),通过全基因组重测序,获得1619588个单核苷酸多态性位点(SNP)...

水稻(Oryza sativa L.)是人类重要的粮食作物之一,由于杂交稻存在显性等非加性效应,稻米品质的遗传改良比常规稻更具挑战性。本研究基于113个自交系(父本)与5个测交系(母本),通过全基因组重测序,获得1619588个单核苷酸多态性位点(SNP)的基因型,并推断了565个杂交后代(113×5)的SNP基因型;对亲本自交系(V)和测交子代(T)的12个稻米品质性状进行表型测定,计算获得亲本的一般配合力(G)和测交子代的杂种优势(H),对V、T、G和H分别进行标准化,形成联合表型(Y),获得自交系(V)和测交子代(T)的加性基因型(A)和显性基因型(D),构建联合表型、加-显效应、多世代的表型代际效应分析流程(JPEG),共鉴定出128个位点与这些性状存在显著关联,其中加性效应、显性效应、同时含加性和显性效应的关联位点分别为44个、97个和13个。相比于传统的加性模型,JPEG实现了加-显效应同时分析的模型,不仅挖掘到更多稻米品质性状关联的加性和显性位点,且能分析加性、显性位点间的关系。研究结果表明测交子代稻米品质性状加-显性模型的遗传力远高于加性或显性模型的遗传力,说明非加性遗传效应是杂交稻稻米品质性状的重要遗传基础。进一步,基于加-显性位点的g BLUP全基因组预测方法对测交子代群体进行交叉独立预测,其预测精度远高于基于加性效应模型g BLUP法。且这些位点能解释测交子代每个性状表型中30%以上的总遗传变异(包括加性效应和显性效应)。JEPGpipeline(https://***/jiabowang/JPEG)可同时解析杂交稻的加性和显性遗传基础,进一步可发展为解析包含上位性等非加性效应等复杂遗传机理的分析流程,为优质杂交种选育提供帮助。

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杂交水稻品质性状的配合力及遗传力研究

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分子植物育种 2017年第10期15卷 4133-4142页

作者：张雪丽张征胡中立郑兴飞李兰芝湖南农业大学湖南省重要有害生物防控协同创新中心长沙410128 武汉大学杂交水稻国家重点实验室武汉430072

为了给杂交水稻主要品质性状的选育提供依据,本研究以三系野败型杂交水稻的恢复系和微核心种质构成的112份优异品种为父本,以四个两系不育系和一个三系不育系为母本,按照不完全双列杂交设计配制了560个组合,分析各组合及其亲本的12个品... 详细信息

为了给杂交水稻主要品质性状的选育提供依据,本研究以三系野败型杂交水稻的恢复系和微核心种质构成的112份优异品种为父本,以四个两系不育系和一个三系不育系为母本,按照不完全双列杂交设计配制了560个组合,分析各组合及其亲本的12个品质性状的配合力与遗传力。结果显示考查的12个品质性状的一般配合力(general combining ability,GCA)和特殊配合力(specific combining ability,SCA)均存在极显著差异,说明各性状受基因加性效应和非加性效应的共同作用,其中在直链淀粉含量、粒长宽比、粒长、粒宽、垩白粒率及垩白度等性状上基因的加性效应占主导地位;在蛋白质含量、糙米率、精米率、整精米率、透明度及碱消值级等性状上则以基因的非加性效应为主。同一组合在不同性状间及同一亲本所配的不同组合的SCA差异较大,最高或最低SCA的组合可来自不同GCA的亲本组合类型,表明亲本GCA与SCA没有固定联系。母本的GCA方差贡献率为0.76%~26.21%,父本的GCA方差贡献率为17.47%~81.94%,在各性状上母本GCA方差贡献率均比父本GCA方差贡献率小,说明各性状受母本(不育系)的影响均较小。直链淀粉含量、粒长宽比、粒长、粒宽、垩白粒率及垩白度的狭义遗传力较高,均在50%以上,可在低世代进行选择。

关键词：杂交水稻品质性状配合力遗传力

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利用SRAP和ISSR标记分析五节芒(Miscanthus floridulus)的遗传多样性

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武汉大学学报（理学版） 2010年第5期56卷 578-583页

作者：刁英胡小虎郑兴飞胡晖瞿桢胡中立武汉大学生命科学学院/植物发育生物学教育部重点实验室湖北武汉430072 重庆文理学院生命科学与技术学院重庆402168 湖北光芒能源植物有限公司湖北武汉430071

对41个来自于梁子岛上4个居群的五节芒(Miscanthus floridulus)进行相关序列扩增多态性(se-quence-related amplified polymorphism,SRAP)和简单重复序列区间标记(inter simple sequence repeat,ISSR)分析.利用POPGENE32version1.32软件计算多样性指数,采用NTSYS.2.10e计算软件,得到相似性系数,并用UPG-MA法进行聚类分析.结果显示6条ISSR多态性引物,共扩增出103条DNA条带,其中98条为多态性条带,占95.15%,样品之间的相似系数为0.67～0.95.6对SRAP引物,共扩增出173条DNA条带,其中147条为多态性条带,占84.97%,样品之间的相似系数为0.75～1.00.两种标记均表明五节芒具有较高的遗传多样性.分别以个体为单位及以群体为单位进行聚类分析,2种标记分别得到了相似但并不完全相同的个体聚类图及群体聚类图.研究结果表明五节芒的遗传多样性水平较高.SRAP与ISSR标记均适用于五节芒的遗传多样性分析.

关键词：五节芒相关序列扩增多态性简单重复序列区间标记遗传多样性

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基于全基因组SNP高效鉴定水稻种质资源并构建指纹图谱

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分子植物育种 2020年第18期18卷 6050-6057页

作者：李梓榕袁雄陈叶郑兴飞胡中立李兰芝湖南农业大学农业大数据分析与决策工程技术研究中心长沙410128 武汉大学杂交水稻国家重点实验室武汉430072 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻国家重点实验室长沙410125

为加强水稻种质资源的管理及保护,针对SNP鉴定费用昂贵的缺陷,本研究发展了一种快速筛选单核苷酸多态性(SNP)标记构建DNA指纹图谱的方法。本研究首先采用"分而治之"和"贪婪"的组合策略从全基因组SNP标记中筛选出可鉴定全部参试材料的SN... 详细信息

为加强水稻种质资源的管理及保护,针对SNP鉴定费用昂贵的缺陷,本研究发展了一种快速筛选单核苷酸多态性(SNP)标记构建DNA指纹图谱的方法。本研究首先采用"分而治之"和"贪婪"的组合策略从全基因组SNP标记中筛选出可鉴定全部参试材料的SNP组合,再通过程序循环精简其中的SNP标记,用少量的SNP标记构建指纹图谱。利用该方法对117个水稻种质SNP标记进行筛选,最少用12个SNP标记可完全鉴定该套种质。为提高种质鉴定的容错能力,进一步采用由39个核心SNP标记组成的SNP并集组合构建指纹图谱。本研究为精简SNP构建指纹图谱提供了新的有效途径,构建的种质指纹图谱结果亦可为水稻种质资源鉴定提供一定参考。

关键词：水稻单核苷酸多态性 DNA指纹图谱品种身份证

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能源植物芒的SRAP分子标记体系建立与优化

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中国农学通报 2010年第22期26卷 58-61页

作者：胡小虎刁英郑兴飞胡晖余作平胡中立武汉大学生命科学学院武汉430072 重庆文理学院生命科学与技术学院重庆402168 湖北光芒能源植物有限公司武汉430071

以芒总DNA为材料,利用单因素分析法对影响SRAP反应体系的Mg2+、dNTPs、TaqDNA聚合酶等3个因素进行了优化。研究结果表明:最佳的10μL反应体系为1μL10×TaqBuffer、DNA20ng、Mg2+2mmol/L、dNTPs0.5mmol/L、TaqDNA聚合酶0.6U、正反向Primer浓度均为0.8μmol/L。SRAP-PCR反应体系的建立和优化,为今后利用SRAP标记技术开展芒的遗传多样性研究和分子标记辅助选择育种研究提供了一个技术支持。

关键词：芒 SRAP标记反应体系

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Temporal and Spatial Characteristics of Wave Energy Resources in Sri Lankan Waters over the Past 30 Years

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Journal of Ocean University of China 2021年第3期20卷 489-500页

作者： YANG Shaobo XI Lintong LI xingfei zheng Chongwei State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments Tianjin UniversityTianjin 300072China Marine Resources and Environment Research Group on the Maritime Silk Road Dalian 116018China Dalian Naval Academy Dalian 116018China State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics(LASG) Institute of Atmospheric Physicsthe Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China

For the survival and development of‘One Belt,One Road’,the present work aimed to evaluate the current situation of wave energy resources around Sri Lankan(SL)***-year ERA-Interim wind data were used to drive the third-generation wave model WAVEWATCH-III,and the seasonal and regional distribution characteristics of wave energy resources in SL waters were ***,the optimal season and region that contribute most to wave power in the study area were *** the basis of 30-year hindcast wave data,the significant wave height and wave power density,the occurrence of available SWH and rich WPD,the effective storage of wave energy,and the contribution and stability of wave energy were also *** show that extremely optimistic wave energy resources are found at the western,southern,and southeastern waters of SL;moreover,the period of June,July,August(JJA)has great advantages in terms of the overall level of WPD,wave energy effective storage,and the contribution rate of wave *** addition,the wave energy during JJA is more stable than that of other periods and thus is benefi-cial to the transformation and development of wave *** study also provides important guiding value for disaster prevention and reduction,coastal zone management,and coastal development in the crucial region of the 21st Century Maritime Silk Road.

关键词： Sri Lanka wave energy ERA-Interim WAVEWATCH-III seasonal and regional distribution

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面向星上目标提取的卷积神经网络优化技术

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上海航天（中英文） 2021年第1期38卷 105-112页

作者：卢丹孙永岩郑幸飞齐保贵师皓上海卫星工程研究所上海201109 北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 嵌入式实时信息处理技术北京市重点实验室北京100081

针对卷积神经网络规模庞大、参数数量众多、在资源受限的在轨场景中难以应用的问题,提出了一种基于知识蒸馏的剪枝压缩改进方法。该方法对训练好的网络进行基于权重和基于通道的混合参数剪枝,在保留网络重要连接的同时剔除冗余信息;采... 详细信息

针对卷积神经网络规模庞大、参数数量众多、在资源受限的在轨场景中难以应用的问题,提出了一种基于知识蒸馏的剪枝压缩改进方法。该方法对训练好的网络进行基于权重和基于通道的混合参数剪枝,在保留网络重要连接的同时剔除冗余信息;采用知识蒸馏法,用原始网络学到的知识指导剪枝后网络的再训练过程,以恢复损失的精度;在遥感数据集上对VGG-16分类网络进行实验。结果表明:所提方法可以实现16~18倍的压缩效果,并且网络精度下降不到1%。这使得卷积神经网络的在轨应用成为可能,具有理论及现实意义。

关键词：在轨应用卷积神经网络网络压缩参数剪枝知识蒸馏

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