• 2022年第23卷第4期文章目次
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    • >综述
    • 基因组时代-麦类基因组学研究现状及趋势

      2022, 23(4):929-942. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211227005

      摘要 (736) HTML (0) PDF 22.17 M (6128) 评论 (0) 收藏

      摘要:麦类作物主要包括普通小麦、大麦、黑麦、燕麦及小黑麦等物种。麦类作物具有复杂庞大的基因组,基因组学研究相对滞后。随着测序技术的发展,成本的大大降低,麦类作物的研究迈入了基因组学的全新时代,推动了群体遗传学、表观基因组学、泛基因组学等研究并取得了重大突破。人们对于麦类的基因组变异和遗传选择有了更深刻的认知,为研究麦类作物的起源与演变、品种改良等提供了科学的理论依据和指导。本文就近年来基因组学时代主要麦类作物的研究现状及趋势进行概述,结合国际前沿动态,对本领域后基因组时代的研究热点提出了展望。

    • 小麦异源易位系诱致方法及应用研究进展

      2022, 23(4):943-953. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220114001

      摘要 (495) HTML (0) PDF 20.09 M (3191) 评论 (0) 收藏

      摘要:小麦属内遗传基础狭窄和多样性种质资源匮乏是小麦遗传改良的瓶颈,利用近缘物种有益基因拓宽小麦遗传资源,是发掘小麦新种质的重要途径。染色体工程是将小麦外源靶向基因渗入小麦的有效方法,部分同源重组诱导体系和电离辐射是创制小麦异源易位系的两种高效技术,可以在短期内诱致大量染色体结构变异,得到了广泛研究和应用。文章重点综述了中国春ph1b突变体和60Co-γ射线辐射两种常用的诱变方法及特点,并简述了其在小麦种质创新上的应用进展。上述诱变技术与寡核苷酸探针FISH相结合将加快外源基因向小麦中的渐渗与精准鉴定,提高染色体工程效率。本文为进一步发掘和利用外源优异基因拓宽栽培小麦种质资源并开展相关遗传学和基因组学研究提供了重要参考。

    • GWAS在园艺作物非生物胁迫中的研究进展

      2022, 23(4):954-963. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220213001

      摘要 (492) HTML (0) PDF 14.67 M (1149) 评论 (0) 收藏

      摘要:园艺作物在栽培过程中广受高温、低温、淹涝、高盐等非生物胁迫,不仅严重影响其生长发育,还限制其适应性及栽培范围。全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是解析复杂性状遗传规律的有效策略。迄今,国内外学者运用GWAS鉴定到了多个与园艺作物非生物胁迫抗性显著关联的遗传点位,已成为挖掘重要农艺性状关键基因及研究基因功能的有效方法手段,也为推动园艺作物由传统育种向高效、定向分子设计育种转变奠定了重要线索。本文着重介绍GWAS的原理、特点及影响因素,并系统性梳理GWAS在园艺作物非生物胁迫研究中的研究进展,并对今后运用GWAS并结合其它方法精准挖掘关键基因进行了展望。

    • >论文
    • 中国野生金荞麦种质资源的调查与收集

      2022, 23(4):964-971. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220118002

      摘要 (568) HTML (0) PDF 33.48 M (2239) 评论 (0) 收藏

      摘要:金荞麦是蓼科荞麦属的多年生药用植物。为了研究我国野生金荞麦的分布特点,探明各地区的资源密度和遗传特性,我们依托第三次全国农作物种质资源普查与收集行动,考察了我国13个省(区),62个县(市、区),共计采集到金荞麦种质资源530份。调查结果表明:我国野生金荞麦资源分布广泛,在调查范围内分布于E 90°.44′28″~119°.36′37″、N 24°.59′66″~33°.53′16″的广大区域,一般分布于海拔3500 m以下的亚热带季风气候区。金荞麦的群体数量和遗传特征呈现明显的区域差异,形成了西藏东南部高海拔的特殊类型集中分布区,西南地区中低海拔的遗传多样性富集区和长江中下游低海拔的遗传类型单一区的分布特点。野生群体中存在诸多优异材料,可在医药、保健、畜牧、观光、育种多个领域中开发利用。该研究在珍稀植物保护、荞麦属的分类进化研究、种质资源的创新利用和作物遗传改良等方面具有重要参考价值。

    • 基于表型性状和SSR标记的板栗品种遗传多样性分析及分子身份证构建

      2022, 23(4):972-984. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220113001

      摘要 (438) HTML (0) PDF 19.33 M (1340) 评论 (0) 收藏

      摘要:本实验以55个板栗品种为材料,对这些板栗品种的单粒重量、横径长度和纵径长度等14个表型性状进行测定及分析,部分板栗品种形态性状指标差异不显著,仅利用表型性状很难进行准确的品种鉴定。因此本文基于板栗全基因组序列开发SSR标记,并对55个板栗种质资源进行PCR扩增,利用POPGENE32、PowerMarker V3.25和NTSYS Version 2.10软件对SSR标记数据进行分析,筛选出6对多态性较好的SSR引物。6对引物共检测到31个等位基因,多态位点百分率达100%,多态性信息含量指数、Nei’s基因多样性指数、Shannon’s多态性信息指数、观测杂合度和期望杂合度的平均值分别为0.651、0.696、1.358、0.524、0.703。利用筛选出的6对引物能够明确区分供试的55份板栗品种,并构建了55个板栗品种的字符串、条形码和二维码分子身份证。本研究利用表型性状和SSR标记研究板栗品种的遗传多样性,构建板栗品种的分子身份证,为板栗种质资源的品种鉴定、合理利用和有效保护提供理论参考。

    • 基于田间自然诱导法的甘薯基腐病种质资源抗性鉴定与评价研究

      2022, 23(4):985-995. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220223003

      摘要 (438) HTML (0) PDF 13.09 M (1134) 评论 (0) 收藏

      摘要:甘薯基腐病是在浙江省东南沿海地区新发生的、由间座壳属病原菌侵染引起的真菌病害。为了筛选抗病种质资源和探索病害田间自然诱导抗性鉴定方法,对126份甘薯供试种质资源进行了田间抗性鉴定,并分析了甘薯生长后期的病情变化以及种质抗性对鲜薯产量损失率的影响。结果表明,对照品种浙薯255属于高抗,浙薯38属于抗,浙薯13属于高感。在89份新收集资源及当地主推品种中不存在高抗种质,仅3份种质属于抗,65%以上品种属于高感。在抗病品种浙薯255的34份杂交后代中筛选出13份抗病种质,其中高抗6份,抗2份。甘薯生长后期病情发生显著变化,尤其是中抗、感种质从120 d至135 d时病情指数跃升幅度大。135 d时整体发病植株的4级病级比例达93.8%,绝大多数发病植株最终基部完全腐烂或枯死。甘薯鲜薯产量与抗性水平呈线性相关,抗性好(高抗或抗)的品种鲜薯产量损失率可以控制在15%以下,而感病品种的鲜薯产量损失率会超过65%,甚至绝收。总之,甘薯基腐病抗病品种资源稀少,通过抗病亲本的常规杂交可以获得抗性好的育种材料,发病率和病情指数均可以作为甘薯基腐病田间自然诱导抗性鉴定指标。

    • 芝麻种质对蒴腐病和黑斑病抗性鉴定与评价

      2022, 23(4):996-1003. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220129001

      摘要 (358) HTML (0) PDF 25.10 M (2396) 评论 (0) 收藏

      摘要:芝麻黑斑病和蒴腐病是生产上最重要的病害之一,严重影响芝麻产量和品质。在田间通过人工接种,开展芝麻种质资源抗芝麻黑斑病和蒴腐病特性鉴定与评价,筛选抗病品种,为芝麻抗病育种提供亲本资源,为田间病害防治提供技术指导。2020-2021年,采用人工接菌方法,开展了84份芝麻种质资源对黑斑病(Alternaria sesami)和芝麻蒴腐病(Alternaria alternata)田间抗病性鉴定与评价。鉴定结果表明:在84份芝麻种质资源中,对黑斑病表现抗(R)的资源15份,占鉴定资源总数的17.86%;表现中抗(MR)的资源29份,占总数的34.52%;表现感(S)的资源30份,占总数的35.71%;表现高感(HS)的资源10份,占总数11.90%;未发现对芝麻黑斑病高抗(HR)的资源。对蒴腐病表现高抗(HR)的资源7份,占总数的8.33%;表现抗(R)的资源25份,占总数的29.76%;表现中抗(MR)的资源26份,占鉴定资源总数的30.95%;表现感(S)的资源22份,占鉴定资源总数的26.19%;表现高感(HS)的资源4份,占鉴定资源总数4.76%。在供试的芝麻种质资源中,鉴定出兼抗黑斑病和蒴腐病的资源6份,分别为湖南芝麻、97-6、辽芝9号、辽品芝2号、赣芝11、冀芝1号,抗病级别均为R级。研究发现,参试材料中对黑斑病和蒴腐病的抗感数量存在明显的差异,抗蒴腐病的资源数量明显多于抗黑斑病资源。

    • 大豆耐密植品种评价方法的建立及耐密种质的筛选

      2022, 23(4):1004-1015. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220108001

      摘要 (525) HTML (0) PDF 13.59 M (5138) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过增加种植密度提高产量已成为大豆增产的有效途径之一。然而,关于大豆种质资源耐密特性的综合评价体系尚未系统化。本研究旨在运用多年数据构建一套大豆耐密植评价方法,并利用该方法对不同品种耐密特性进行评价,进而筛选耐密型资源。选择77份适宜于黄淮海生态区的大豆种质资源,分为高密度(株距8.0 cm,约31.5万株/公顷)与常规密度(株距13.0cm,约19.5万株/公顷)播种。通过获取2019和2020两年9个相关性状指标进行耐密特性综合评价。与常规种植密度相比,高密度条件下大豆植株重心高度和底荚高度分别呈极显著(P<0.01)和显著性增加(P<0.05),有效分枝数和单株粒重呈极显著性下降(P<0.01)。根据显著相关系数,进行主成分和隶属函数标准化分析,估算大豆耐密性综合评价值(M),并根据M值对供试品种进行聚类分析。再综合以上试验结果,将参试品种耐密性划分为5个等级,即:I级(不耐密植型),II级(较不耐密植型),III级(中间型),IV级(较耐密植型)和V级(耐密植型)。根据该方法初步筛选出3个耐密植大豆品种(五星1号、Motte*和高作选1号),为进一步开展大豆耐密植生理机制研究及耐密植新品种选育奠定了方法和材料基础。

    • 极早熟超强适应性大豆黑科56号选育及遗传组成

      2022, 23(4):1016-1025. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211231003

      摘要 (463) HTML (0) PDF 12.10 M (5855) 评论 (0) 收藏

      摘要:黑科56号系黑龙江省农业科学院黑河分院以黑河33号为母本、黑河34号为父本,经有性杂交,系谱法选育而成。在适应区出苗至成熟105~110 d,需≥10 ℃活动有效积温2030~2100 ℃。亚有限结荚习性,株高69.6~75.0 cm,有分枝,白花,尖叶,灰色茸毛,荚镰刀形,成熟时呈褐色。籽粒圆形,种皮黄色,种脐浅黄色,有光泽,百粒重16.5~19.0 g。5年品质平均:蛋白质含量38.80~43.05 %,脂肪含量18.18~19.69 %。经过两级审定机构抗病鉴定,灰斑病为2级,抗(R),病毒病为3级,中抗(MR)。适合黑龙江省第五积温带下限及六积温带上限种植。通过遗传系谱分析,黑科56号细胞质基因来源于克山白眉,通过育种第3轮到育种12轮共经历了9个传递过程,细胞质遗传物质通过克山白眉→紫花四号→丰收1号→黑河54→黑河4号→黑交7710→黑河9号→黑河18→黑河33→黑科56号完成100 %遗传传递。黑科56号细胞核遗传追溯到14份祖先亲本,具有丰富的遗传基础,其核基因来自2份国外优异种质,7份东北地区的骨干地方品种,4份地方育成品系,1份野生大豆。祖先亲本贡献率从高到低依次:北92-28(25.00 %)、十胜长叶(15.36 %)、黑交83-1345(7.81 %)、尤比列(7.81 %)、黑河51(L)(6.25 %)、蓑衣岭(4.69 %)、克山白眉(4.30 %)、克山四粒荚(3.91 %)、四粒黄(3.71 %)、金元(3.71 %)、黑河野生豆3-A(3.13 %)、黑交75-861(3.13 %)、黑龙江41(3.13 %)、长叶1号(3.13 %),广泛的遗传基础为黑科56号的高产稳产、优质、抗逆、超强广适奠定遗传基础。

    • 种间杂交创制高淀粉含量马铃薯新种质

      2022, 23(4):1026-1036. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220118001

      摘要 (280) HTML (0) PDF 42.20 M (965) 评论 (0) 收藏

      摘要:以高产四倍体栽培种‘冀张薯12号(G12)’为母本,3 个高淀粉含量二倍体原始栽培种为父本,创制高产高淀粉含量的马铃薯新种质。共配制 3 个杂交组合,每个组合分为嫁接组和对照组,共6个处理。嫁接组采取母本预先嫁接于父本的方法,与砧木(父本)品种进行有性杂交,以常规杂交为对照。嫁接组平均授粉 254 朵花,坐果 112 个,平均坐果率 44.1%;对照组平均授粉 296 朵花,坐果 65 个,平均坐果率 22.0%。6个处理共收获杂交浆果 177 个,获得杂交种子 30 粒,将种子播种在培养基上获得F1植株 15 株。用流式细胞仪、保卫细胞叶绿体计数法和花粉母细胞染色体计数法对F1植株的无性系后代进行倍性鉴定,共获得四倍体 9 个,三倍体 4个,二倍体 2个。对F1植株进行 SSR 分子鉴定表明,所有四倍体和三倍体后代均为双亲的有性杂种。杂种植株长势良好,除 1 份材料具有自交后代,其他F1代植株均不能天然结实,马铃薯种间后代块茎大小明显大于二倍体亲本,芽眼深度浅~中等,较父本二倍体种有较大改良,薯肉颜色多为黄色,薯皮颜色有不同于父母本的类型出现。田间试验结果表明所有四倍体F1代植株淀粉含量均显著高于‘G12’,且除‘SY18-6’产量显著低于‘G12’外,其他 8 份F1代植株产量与‘G12’差异不显著,结合块茎产量、淀粉含量、淀粉产量等数据特征,决选出高产、高淀粉含量材料 6 个‘SY24-1’(淀粉含量21.39%)、‘SY18-1’(21.37%)、‘SY24-5’(18.35%)、‘SY18-4’(20.28%)、‘SY24-3’(18.29%)、‘SY69-3’(18.84%)。

    • 标记辅助创制富集花青素高油酸的花生种质

      2022, 23(4):1037-1045. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211209001

      摘要 (275) HTML (0) PDF 14.31 M (5744) 评论 (0) 收藏

      摘要:花生(Arachis hypogaea L.)油酸和花青素含量是花生品质育种的重要目标。本研究以高油酸粉色种皮“G110”(G,♀)和普通油酸紫色种皮“紫珍珠”(Z,♂)组配杂交组合。亲本子仁在开花后30天(30 DAF,G1/Z1)和45 DAF(45 DAF,G2/Z2)的转录组分析结果表明,氧化-还原过程(GO:0055114)和脂肪酸合成过程(GO:0006633)为主要的GO富集代谢通路。差异基因表达结果表明,ahFAD2B(arahy. 5913QL)在G110中显著上调表达,ahFAD2A(arahy. 42CZAS)差异水平不显著。AlleleXa/b和AlleleYa/b分型结果表明,G110基因型为aabb、紫珍珠基因型为AABB。利用Kompetitive Allele-Specific PCR(KASP)荧光标记A004807和A004808,在F2筛选出aabb高油酸单株66株。经继代繁育后,在F7得到紫色种皮高油酸种质材料3个,分别为18-B-40、18-B-49和18-B-54,其油酸含量为分别为79.46%、78.77%和78.09%,分别是紫珍珠的1.77倍(p=3.61×10-9)、0.99倍(p=1.21×10-9)和0.99倍(p=1.45×10-9);油亚比(O/L)分别为14.69、11.89和10.88,分别是紫珍珠的11.58倍(p=4.01×10-15)、9.37倍(p=7.92×10-15)和8.58倍(p=4.51×10-15);花青素含量分别为30.20 OD/g、28.77 OD/g和29.13 OD/g,分别是G110的23.91倍(p=1.17×10-7)、22.77倍(p=4.00×10-10)和23.06倍(p=1.63×10-10)。本研究获得的富集花青素高油酸花生种质材料对丰富我国高油酸花生种质资源具有重要的现实意义,同时对花生油酸代谢机制的深入研究提供参考。

    • 多环境评估谷子资源主要农艺性状遗传参数

      2022, 23(4):1046-1054. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220103001

      摘要 (274) HTML (0) PDF 11.33 M (1042) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究于2015—2016年在海南梅东、河南洛阳、吉林公主岭3个不同纬度环境调查了160份谷子资源的株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗粒重、穗码数、码粒数8个农艺性状,系统估算这些性状在年份、纬度环境、品种基因型3因素组合条件下的广义遗传力,并进行性状间的遗传相关分析。单因素分析表明8个农艺性状的平均遗传力均超过0.9000,普遍高于单株遗传力,且平均遗传力不受调查年份和纬度环境的影响;单株遗传力在梅东低纬度环境不受调查年份影响,而在洛阳中纬度环境、公主岭高纬度环境穗长、码粒数和穗重、穗粒重、穗码数分别受调查年份影响;株高、叶片数、穗长、穗粗、穗码数为高遗传力性状,而穗重、穗粒重、码粒数为中遗传力性状。3因素组合条件8个性状的平均遗传力由0.9以上下降为0.7266~0.8483,单株遗传力由0.5209~0.9931下降为0.2292~0.4263,株高、叶片数、穗粗等3个指标适合作为谷子广生态适应性育种的选择指标。株高、叶片数、穗粗与穗重、穗粒重均存在极显著遗传正相关(P<0.001),通过有针对性地选择株高、叶片数、穗粗以及抽穗期可以实现对穗重、穗粒重进行选择,选育出广适应性、稳产或高产的品种。

    • 玉米株高主效位点qPEH6.02育种应用价值评估

      2022, 23(4):1055-1063. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220207001

      摘要 (296) HTML (0) PDF 13.95 M (6599) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展玉米重要性状主效位点的育种应用价值评估,对促进分子设计育种有效开展,提高种质资源遗传改良效率具有重要意义。针对前期工作中利用导入系1133B(热带玉米自交系Tzi8为供体亲本,温带骨干自交系B73为轮回亲本)定位的玉米株高主效位点qPEH6.02,本研究借助分子标记追踪,创制了主效位点的近等基因导入系1133BB73和1133BTzi8。以此为试验材料,在52500株/hm2、67500株/hm2和82500株/hm2三种不同密度下,开展了主效位点qPEH6.02近等基因导入系(1133BB73和1133BTzi8),及其弱优势杂交组合(同类群自交系杂交F1)和强优势杂交组合(强优势类群自交系杂交F1)的株高和产量鉴定分析。结果发现,不同种植密度下1133BTzi8较其近等基因导入系1133BB73的株高增加15.17~20.40 cm,但在其弱优势和强优势杂交组合中株高仅分别增加3.87~5.03 cm和3.23~5.97 cm。同时发现,在不同种植密度下1133BTzi8较其近等基因导入系1133BB73的小区产量增加10%以上,最高可增产15.00%;在其杂交组合中小区产量提高3%以上,最高可增产8.85%,表明主效位点qPEH6.02来自热带玉米自交系Tzi8的单倍型在提高产量方面具有潜在育种应用价值。

    • 玉米CIPK基因家族的鉴定及ZmCIPK3的抗旱性功能研究

      2022, 23(4):1064-1075. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220107006

      摘要 (605) HTML (0) PDF 25.74 M (5524) 评论 (0) 收藏

      摘要:钙调磷酸酶B类互作蛋白激酶CIPK(CBL interacting protein kinases)是植物钙离子信号通路中响应非生物逆境胁迫的重要蛋白激酶之一。本研究以拟南芥和水稻中CIPK家族基因序列信息为基础,利用玉米参考基因组B73和生物信息学分析方法,全基因组范围内鉴定玉米CIPK基因家族成员,分析CIPK家族基因的进化关系、基因结构、基因表达模式和对干旱胁迫的响应。本研究共鉴定出44个玉米CIPK家族基因,并将其分为5个亚家族,每个亚家族有不同的外显子-内含子和UTR的结构特征;基于基因差异表达分析,筛选出5个与抗旱性相关的候选基因ZmCIPK3、ZmCIPK7、ZmCIPK44、ZmCIPK25和ZmCIPK28;进一步的遗传数据表明,干旱胁迫下ZmCIPK3拟南芥转基因株系的存活率明显高于野生型,提高了拟南芥的抗旱性;同时,干旱胁迫下ZmCIPK3拟南芥转基因株系中抗旱性相关生化指标过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于野生型,而丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)的含量显著低于野生型。本研究在玉米全基因组水平上鉴定了CIPK基因家族成员,分析了其在不同抗旱性材料、不同水分处理下的基因表达模式,明确了ZmCIPK3是一个抗旱性候选基因。

    • 谷子条纹叶突变体t122表型分析及基因初定位

      2022, 23(4):1076-1084. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220211001

      摘要 (327) HTML (0) PDF 36.21 M (14941) 评论 (0) 收藏

      摘要:叶片颜色通常与叶绿体数量、结构、光合能力等相关,以C4模式植物谷子的叶色突变体为材料,克隆突变基因并研究其功能,对于解析C4植物叶绿体发生发育及光合作用调控机制具有重要作用。本研究从谷子品种豫谷1号EMS突变体库中分离鉴定到一个条纹叶突变体t122。该突变体生长发育迟缓,且叶片呈现不规则白色条纹。农艺性状测定结果显示,t122的株高、叶长、叶宽、主穗粗、主穗重、结实率等性状均显著降低,而单株穗数相比野生型显著增加,同时光合性能受到影响。叶片解剖结构观察发现t122维管束间距离、维管束间细胞层数、叶片横截细胞面积均无明显改变,而叶片细胞长度显著增加。叶绿体超微结构观察表明t122一部分叶片细胞叶绿体缺失,而另一部分叶片细胞含有发育正常的叶绿体。遗传分析结果显示,t122突变表型由一对隐性核基因控制。利用MutMap法,将候选基因初步定位于3号染色体24.0 Mb~30.0 Mb区间内,研究的结果为谷子条纹叶基因的克隆及功能研究奠定了基础。

    • 谷子热激蛋白HSP90基因家族鉴定及分析

      2022, 23(4):1085-1097. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220110001

      摘要 (398) HTML (0) PDF 34.07 M (6423) 评论 (0) 收藏

      摘要:热激蛋白90(heat shock protein 90,HSP90)广泛参与生物体的生长发育,对研究信号转导、细胞周期调控、蛋白降解及转运等生理生化代谢具有重要研究价值。为全面解析谷子HSP90基因家族信息,找到重要耐旱SiHSP90的优异单倍型,基于谷子基因组数据,利用生物信息学的方法对谷子HSP90基因家族成员进行了鉴定分析。结果表明,从谷子基因组水平共鉴定到9个SiHSP90家族基因,分布于5条染色体上,内含子数1~19不等,编码蛋白质氨基酸个数为404~818;系统进化树分析结果显示,谷子HSP90家族基因分为4组;亚细胞定位预测结果显示该家族基因主要位于细胞质和内质网;基于已发表的谷子转录组数据进行组织表达分析,不同HSP90基因在不同组织中的表达模式不同;顺式作用元件分析得到9个响应胁迫与激素调控元件,表明谷子HSP90家族基因可在不同非生物胁迫下进行转录调控,响应不同的环境胁迫。耐旱与旱敏感的表达谱分析表明,HSP90家族基因Seita.7G009200在两类材料的多个组织表现极显著差异表达,对532份谷子品种Seita.7G009200基因进行单倍型分析发现,基因区变异极少,启动子区变异丰富,共分为4个单倍型,结合表型分析发现H004是最优异耐旱单倍型,且核心变异位点位于结合茉莉酸甲酯的顺式作用元件核心序列。

    • 普通小麦小穗粒数性状全基因组关联分析

      2022, 23(4):1098-1110. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211222001

      摘要 (329) HTML (0) PDF 15.65 M (7218) 评论 (0) 收藏

      摘要:为发掘小麦小穗粒数相关基因位点,以384个重要小麦品种(系)组成的自然群体为材料,利用3个环境获得的表型和55K SNP芯片分型数据进行全基因组关联分析。结果发现,142个SNP和小穗粒数显著关联,解释的表型变异范围3.27%~6.09%。有8个SNP在2或3个环境下与小穗粒数显著关联,其中AX-109986855、AX-109875224和AX-109843323位于2D染色体523.12~526.25Mb区段,AX-111054388和AX-110671159在2B染色体上物理距离仅0.62Mb。这8个SNP位点中,每个SNP的2个等位变异在3个环境的小穗粒数均达到显著水平(P < 0.01),例如,2D染色体上AX-109843323位点G/G等位变异在3个环境的平均小穗粒数分别比C/C等位变异增加0.32、0.37和0.39粒。8个SNP位点的优异等位变异在供试材料的分布比例为5.20%~76.80%,其中7个优异等位变异的分布频率低于45.00%。进一步分析小穗粒数优异等位变异对穗粒数的影响,发现8个SNP位点具有优异等位变异的材料穗粒数(48.45~53.61粒)明显高于具有非优异等位变异材料的穗粒数(45.04~47.37粒),而且材料聚合的优异等位变异数与其小穗粒数和穗粒数呈极显著正相关(相关系数分别为0.97和0.94,P< 2.0E-4),表明这些小穗粒数相关位点可用于小麦穗粒数的遗传改良。

    • 干旱胁迫下小麦苗期根系性状的全基因组关联分析

      2022, 23(4):1111-1123. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220113003

      摘要 (421) HTML (0) PDF 31.92 M (5450) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究小麦根系在干旱逆境下的形态特征和遗传机制是提升小麦抗旱能力并获得稳产的基础。本研究以300份国内外小麦品种(系)为材料,苗期采用PEG-6000模拟干旱胁迫对小麦根系的最长根长、根总长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数、根鲜重和根干重等8个性状进行表型鉴定,结合90K SNP芯片对8个性状的抗旱系数进行混合线性模型MLM(Q+K)的全基因组关联分析,并对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘。研究结果表明,干旱胁迫下小麦品种(系)的根系性状表现出丰富的表型变异,变异系数为0.17~0.58,全基因组多态信息量(PIC, polymorphic information content)为0.01~0.38,LD衰减距离为7Mb。群体结构分析表明,供试材料分为3个亚群。GWAS分析显示,共检测到与8个根系性状显著关联的41个SNP位点,主要集中于1B、2B、3A、3B、5A、6B和7B染色体上,可解释表型变异范围为3.91%~8.04%。同时在两个及两个以上的性状中均发现的显著关联位点13个,分布在1B、1D、2A、2B、3B(2)、4A、4D、5A、5B、6B(2)和7B染色体上,解释3.99%~7.05%的表型变异。其中Tdurum_contig71499_211(5A)、GENE-1743_858(3B)、Tdurum_contig28552_211(5B)3个位点同时与根鲜重、根表面积、根干重、根体积或总根长、根尖数等4~5个性状显著关联,分别能解释遗传变异的4.12%~5.37%、5.77%~6.70%、4.10%~5.22%。同时对41个稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘,共筛选到11个与小麦抗旱性相关的候选基因。其中TraesCS3B01G392300(钙依赖而钙调素不依赖的蛋白激酶)参与Ca2+水平的刺激应答;TraesCS1D01G036900(半胱氨酸受体激酶)和TraesCS5A01G370400(丝氨酸蛋白激酶)在干旱、高盐等逆境环境以及各种生长发育的信号传导过程中起重要作用;TraesCS7B01G440700(细胞色素P450蛋白)对细胞防御有毒物质方面有重要作用,这些候选基因可作为抗旱性重要基因。

    • 利用一个F2:3单基因分离群体精细定位水稻穗顶部退化基因ATS1

      2022, 23(4):1124-1131. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220112002

      摘要 (281) HTML (0) PDF 38.19 M (1654) 评论 (0) 收藏

      摘要:水稻穗顶部退化是一种典型的数量性状,极容易受环境条件的影响。Ats1是一个来自于秋光和七山占的染色体片段置换系,先前的连锁分析发现,它在第8染色体上带有一个穗顶部退化基因ATS1,与先前定位的qPAA8位置近似。通过比较北京地区2018年与其它年份的气候差异,以及在不同生长环境条件下Ats1的穗顶部退化表型时发现,穗顶部退化表型与生长环境条件高度关联。在2018年的高温生长条件下,Ats1穗顶部退化程度相对减轻,说明高温降低了Ats1穗顶部退化表型的发生率。此外,通过IRAT129和Ats1杂交配置的F2群体的遗传分析,发现穗顶部退化的遗传分离明显偏离单基因显性遗传的3退化:1正常的分离比例,说明Ats1置换系中可能还存在其它穗顶部退化基因。基于F2:3家系群的表型分析,筛选出了单基因分离家系18C4013,进一步将ATS1基因定位于包含4个候选基因的57Kb区域内,为最终克隆该基因奠定了基础,该方法可以被进一步用于其它受环境条件影响的复杂性状的基因精细定位。

    • 苦荞转录因子FtDREB6基因克隆及其抗旱功能鉴定

      2022, 23(4):1132-1142. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211221001

      摘要 (282) HTML (0) PDF 30.79 M (7208) 评论 (0) 收藏

      摘要:AP2/ERF转录因子家族在植物逆境胁迫中发挥重要作用,本文以‘品苦1号’为材料,从中克隆得到FtDREB6基因,该基因CDS全长615 bp,编码204个氨基酸,编码蛋白分子量22.7 KDa,等点位点为4.96。在Tair网站上将其与拟南芥进行同源比对,发现其与拟南芥AtERF043同源性较高。转录激活活性分析表明FtDREB6全长没有自激活活性。利用农杆菌介导法将FtDREB6基因转入拟南芥,过表达FtDREB6基因显著提高转基因拟南芥的抗旱性。将FtDREB6基因转入发根农杆菌A4,侵染苦荞外植体诱导毛状根,在甘露醇处理下,过表达毛状根的SOD和CAT活性显著高于对照组A4且MDA含量显著低于对照组。以上结果表明,FtDREB6参与苦荞干旱胁迫反应,为进一步研究苦荞抗旱分子机制提供了参考。

    • 花生子仁糖代谢转录组-代谢组学联合分析

      2022, 23(4):1143-1154. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211121001

      摘要 (450) HTML (0) PDF 27.45 M (2430) 评论 (0) 收藏

      摘要:花生的营养保健价值不断受到重视,鲜食花生尤其是高糖甜花生逐渐被消费者喜爱。在花生品质育种中,子仁糖分已成为当今重要的育种目标之一,糖代谢分子调控机理的研究凸显重要。花生糖含量是花生品质性状的决定因子之一。本研究中的高糖花生品系DJ的含糖量和普通花生品系DG存在品种间显著差异。糖分含量测定结果表明,DJ子仁总糖、可溶性糖及蔗糖含量分别是DG的2.4倍(p-value = 8.38×10-12 < 0.001)、2.3倍(p-value = 3.64×10-10< 0.001)和4.0倍(p-value = 1.71×10-9 < 0.001)。RNA-seq及KEGG分析结果表明,3371个差异表达基因富集到117条通路,其中4条与糖代谢密切相关。筛选出与糖代谢相关的通路主干结构基因7个,包括SS、FBP、HK、MAN、PFK、GPI和TPSA;与衍生物相关的基因8个,包括USP、RHM 、GMLS、2个UGDH、UGE、GLCAK和GALE;新基因1个GAE。在差异代谢物中定位到蔗糖、果糖、海藻糖、1-磷酸甘露糖、腺苷二磷酸葡萄糖、二磷酸尿苷乙酰氨基葡萄糖、尿苷二磷酸葡萄糖等,其中蔗糖、果糖、海藻糖显著上调,差异倍数分别为1.18、1.33和8.37。转录组与代谢组联合分析结果表明,淀粉和蔗糖代谢与果糖和甘露糖代谢是糖代谢的关键通路,蔗糖、果糖和海藻糖为主要差异代谢物质。16个关键差异表达基因qRT-PCR验证结果表明,SS、HK和GPI上调,FBP、MAN、PFK、USP、RHM、TPSA、GMLS、2个UGDH、UGE、GLCAK、GALE和GAE下调,调控趋势与转录组学趋势一致。本研究结果将为深入探究花生子仁糖代谢的分子调控机理提供参考。

    • 薏米萌芽过程的代谢组学变化及特征分子筛选

      2022, 23(4):1155-1165. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220107003

      摘要 (263) HTML (0) PDF 23.57 M (5618) 评论 (0) 收藏

      摘要:药食同源是薏苡作物的天然禀赋,但是加工利用过程中往往存在适口性差、不易蒸煮等特点。种子萌芽是植物新一轮生命周期的开端,也是改善谷物口感与品质的重要手段。本研究旨在研究薏米萌芽前后特征代谢物的变化,为薏米功能食品的开发和利用提供理论依据。以‘兴仁白壳’、‘黔薏2号’、‘安国薏苡’和‘日本薏米’4份薏米材料进行萌芽,采用广泛靶向代谢组学分析方法对其萌芽后和萌芽前的代谢物进行比较分析,并对其差异代谢物进行鉴定和筛选。结果显示,4份薏米材料在萌芽前后共检测到590个代谢物,其中190个共有差异代谢物,2黄皮品种聚在一起,2个红皮品种聚为一类。薏米萌芽后脂质、有机酸、生物碱、木质素和香豆素、酚酸类、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物整体上呈上调模式,而黄酮类则整体表现为下调模式。上调倍数最大的10个差异代谢物分子为N-苯乙酰甘氨酸、S-腺苷蛋氨酸、N-α-乙酰-L-精氨酸、甲基马来酸、丙氨酰亮氨酸、天冬氨酰苯丙氨酸、茶氨酸、L-苯丙氨酸-L-苯丙氨酸、对香豆酰基O-水杨酰奎尼酸、核酮糖-5-磷酸,下调倍数最大的代谢分子为脯氨酸甜菜碱、甘草素-7,4-二葡萄糖苷、顺式玉米素、扁蓄苷、七叶苷、槲皮素-3-O-α-L-吡喃阿拉伯糖苷、山奈素、芍药花素、金圣草黄素7-O-葡萄糖苷、苜蓿素-O-芸香糖苷。KEGG通路富集分析表明,萌芽过程中氨基酸生物合成、氨酰tRNA生物合成、ABC转运蛋白、嘧啶代谢及玉米素生物合成、黄酮代谢、生物碱合成、芥子油苷生物合成、甘油脂类生物代谢过程均发生了显著变化。萌芽后,如溶血磷脂酰胆碱、薏苡素、10-甲酰四氢叶酸、齐墩果酸、没食子儿茶素、绿原酸、丁香酸等具有重要生物活性的功能分子在萌芽过程中得到了显著富集。薏米萌芽过程中涉及脂质、有机酸、生物碱、木质素和香豆素、酚酸类、氨基酸和核苷酸及其衍生物的生物代谢过程活跃,并找到了一些重要特征分子和生物活性分子。

    • 老鹰茶主要基源植物的基因组大小及特征分析

      2022, 23(4):1166-1174. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211222004

      摘要 (301) HTML (0) PDF 21.04 M (1679) 评论 (0) 收藏

      摘要:老鹰茶是一种重要的民族特色类茶饮品和保健茶,在我国民间有着较长的饮用历史。用于制作老鹰茶的基源植物主要为五种樟科植物(毛豹皮樟、狭叶润楠、川黔润楠、红果黄肉楠和香叶子),其遗传学与分子生物学等方面的基础研究十分缺乏,导致老鹰茶树种质资源发掘与利用等工作支撑理论薄弱,制约了产业发展。本研究首次利用流式细胞术和K-mer频数分析两种方法对五种老鹰茶树的基因组大小及基本进行了分析。流式细胞术以番茄(929 Mb)和水稻(430 Mb)为内标;K-mer频数分析基于五个物种基因组DNA的Illumina测序数据(深度50X以上)进行。主要研究结果如下:(1)通过流式细胞术测定的毛豹皮樟基因组大小约为1,150.56 ± 20.47 Mb,狭叶润楠约为999.83 ± 25.02 Mb,川黔润楠约为1,471.99 ± 16.31 Mb,红果黄肉楠约为1,123.42 ± 10.24 Mb,以及香叶子约为1,350.06 ± 37.28 Mb;(2)K-mer频数分析估测川黔毛豹皮樟基因组大小为1025.91 Mb,杂合率1.29%,重复率49.98%;狭叶润楠基因组大小为1024.79 Mb,杂合率1.41%,重复率42.51%;润楠基因组大小为1234.90 Mb,杂合率1.23%,重复率50.86%;红果黄肉楠基因组大小为1014.27 Mb,杂合率1.32%,重复率41.82%;香叶子基因组大小为1258.00 Mb,杂合率0.74%,重复率54.89%;(3)毛豹皮樟、狭叶润楠、川黔润楠和红果黄肉楠四种老鹰茶树属于高杂合基因组,香叶子属于微杂合基因组,而这五个物种的基因组重复度都属于中等。本研究的结果为后续的老鹰茶树单个物种基因组测序策略或泛基因组研究计划等工作提供了可参考的基础数据。

    • 大麦HvMBF1c克隆及其响应盐胁迫的表达模式研究

      2022, 23(4):1175-1186. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211122002

      摘要 (286) HTML (0) PDF 34.23 M (2237) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究大麦耐盐相关基因HvMBF1c的潜在功能及响应盐胁迫的表达规律,本研究以大麦种质ZY26(耐盐型)和ZY218(盐敏感型)为试验材料,采用同源克隆法克隆HvMBF1c基因,运用生物信息学软件预测分析该基因及其编码蛋白的结构、理化性质、同源蛋白差异及系统进化。结果表明,HvMBF1c包含471bp的开放阅读框,编码156个氨基酸,位于大麦染色体7HL上,无内含子结构;其编码蛋白主要由N端MBF1结构域和C端HTH结构域组成,具有不稳定、碱性、亲水性、非跨膜、无信号肽结构等特性,二级结构以α螺旋为主;进化分析表明HvMBF1c与多种植物MBF1的氨基酸序列高度同源,与小麦TaMBF1c的亲缘关系最近;亚细胞定位表明该基因主要定位于细胞核和细胞质中。qRT-PCR结果表明NaCl胁迫不仅能够诱导大麦萌发期种子中HvMBF1c基因的表达,而且也能使苗期叶片及根系中该基因显著上调表达且叶片中的表达量明显高于根系,整体表达程度随种质耐盐能力及胁迫时间的增强而上升;表明HvMBF1c参与调控大麦不同生育期盐胁迫响应过程。

    • 甘蓝型油菜HIPPs基因家族的鉴定与表达分析

      2022, 23(4):1187-1201. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211130001

      摘要 (262) HTML (0) PDF 48.74 M (1457) 评论 (0) 收藏

      摘要:The heavy metal-associated isoprenylated plant proteins (HIPPs), which play an important role in the maintenance of metal ion homeostasis and detoxification mechanism, have been accepted as key proteins in the safety transportation of metallic ions in plants. While the HIPPs gene family has been investigated in these model plants, such as Oryza sativa L. and Arabidopsis thaliana L., to our knowledge the HIPPs gene family in Brassica napus L remains analyzed. In this study, 104 HIPPs genes were identified in the genome of Brassica napus L. (Darmor-bzh v10) using Bioinformatics methods. The HIPPs members were not evenly distributed on 19 chromosomes. The amino acid number, protein molecular weight, isoelectric point, and protein hydrophobicity index of BnaHIPPs were ranged from 120 to 630 aa, 13 827.56 to 64 467.05 Da, 8.07, and -1.146 to -0.17, respectively. The HIPPs genes showed tissue specific expression and temporal specificity, as well as the highest transcripts in roots. Moreover, the expression of BnaHIPPs was significantly altered in response to Cd2+ stress treatment. For example, BnaA08p24150 and BnaA09p41730 were up-regulated in both roots and leaves. The phylogenetic analysis showed that BnaHIPPs were divided into five distinct clades. The collinearity analysis elucidated that the expansion of the BnaHIPPs gene family members was largely contributed by fragment replication, and only for four members BnaC05p3800, BnaC05p3810, BnaC05p3820, and BnaC05p3830 were found with tandem repetition. Our results will provided insights for future deciphering the BnaHIPPs gene family members in B. napus L..

    • 甘薯响应冷胁迫的转录组分析

      2022, 23(4):1202-1212. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20211122001

      摘要 (356) HTML (0) PDF 20.80 M (1012) 评论 (0) 收藏

      摘要:甘薯是世界第七大粮食作物,虽然甘薯对盐、旱等胁迫的抗逆性较强,但因其起源热带而对低温耐受性差,目前低温已经成为影响甘薯产量及限制甘薯种植面积的重要非生物胁迫。本研究以耐冷品种辽薯36为试验材料,在低温处理0 h、6 h、24 h和48 h后,利用转录组测序技术筛选与冷胁迫紧密相关的代谢通路和差异表达基因。结果共获得甘薯转录组数据75.01 Gb,与参考基因组比对效率达76.33%。差异表达基因分析结果表明,甘薯响应冷胁迫的过程中有6282 个基因上调表达,3881 个基因下调表达,其中283 个基因在低温处理6 h、24 h和48 h共有上调表达,26 个基因在三个处理中均下调表达。GO功能富集分析发现,差异表达基因被大量富集到蛋白激酶活性、过氧化物酶活性、氧化还原酶活性、蛋白质磷酸化、氨基酸跨膜转运、蛋白质生色团连锁及果胶分解代谢分子功能和生物学过程等分类条目中。KEGG代谢通路富集分析表明,苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、植物-病原相互作用、谷胱甘肽代谢这5个代谢通路富集了大量的差异表达基因。本研究进一步筛选到ABA信号转导途径4 个关键基因(PYL、PP2C、SnRK2、ABF)与冷胁迫响应密切相关,为甘薯耐冷基因克隆及耐冷机制解析提供了理论依据。

    • 大豆脂肪氧化酶突变体功能标记开发与育种应用

      2022, 23(4):1213-1223. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220127001

      摘要 (389) HTML (0) PDF 23.46 M (936) 评论 (0) 收藏

      摘要:大豆脂肪氧化酶(LOX)能催化不饱和脂肪酸的酶促反应,使豆制品产生令人不愉快的豆腥味,被称为抗营养因子,从而影响豆制品的营养品质。本研究采用脂肪氧化酶缺失近等基因系(Suzuyutaka 和 Century)和育成品种为材料,克隆了三种脂肪氧化酶突变体基因lox1、lox2和lox3,比较不同 lox 基因序列的差异;根据差异序列设计特异性引物,采用琼脂糖凝胶电泳、毛细管电泳法和 KASP 标记法,开发不同LOX突变基因(lox1-303 bp、lox3-266 bp、lox2-KASP、lox3-KASP)的功能标记,并利用开发的标记鉴定低豆腥味大豆育成品种和育种后代材料的基因型,结合比色法生化验证,筛选出25份缺失脂肪氧化酶-2基因(lox2)的低豆腥味大豆新品系。比较杂交育种后代材料的产量和主要品质性状,发现群体中大豆脂肪氧化酶突变体与野生型株高、单株产量、蛋白质和脂肪含量没有显著性差异。结合农艺和品质性状,筛选出6份高产低豆腥味新品系,为低豆腥味大豆分子育种提供可靠的功能标记和优异育种材料。

    • 高通量半自动基因组DNA提取仪的开发与应用

      2022, 23(4):1224-1232. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20220123001

      摘要 (328) HTML (0) PDF 18.22 M (908) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模高质量基因组DNA的提取是植物分子生物学研究的基础,是作物种质资源鉴定、重要农艺性状调控基因的正向定位克隆、作物基因组标记分子辅助育种的重要技术环节。然而,目前常规的单管离心法效率不能满足大规模提取需要,整板离心法及全自动高通量核酸提取仪对设备和耗材要求较高,实验室常用的传统离心方法步骤较为繁琐,涉及较多有机溶剂,耗时较长,成本较高,不太适用于大批量植物材料。为了满足一般实验室大规模、低成本、高质量DNA提取的需求,我们开发了一套半自动DNA提取仪、配套耗材和钢珠分样器,并开发相应DNA提取流程和试剂。应用高通量、高效率的磁珠法吸附DNA,目的是建立简化、快速、高效且安全的植物组织基因组DNA提取方法。通过对小麦、水稻、玉米等主粮作物,以及部分种类的杂粮、油料、蔬菜等植物组织进行DNA提取,并用琼脂糖凝胶电泳、Qubit等方法对DNA完整性和纯度检测,结果表明(1)磁珠法提取的植物基因组DNA质量与纯度高、完整性好、无降解且无盐离子、有机物等污染;(2)提取过程无需反复对每个样品进行标注,试剂少、步骤少、操作简单快速且成本低,平均每人每天可提取2000个样品;(3)所得DNA样本可应用于基因克隆,转基因检测、CRISPR编辑检测等多种分子实验,也可用于多种NGS(Next Generation Sequencing)建库的高通量深度测序检测。因此,基于磁珠法的DNA纯化方案为植物研究提取DNA提供了一种简单、高效且经济的方法。

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