甘蓝型油菜特异矮秆直立株型新品系DW871株高的遗传分析

紧凑株型是油菜抗倒性和稳产性的重要因素。新型矮秆甘蓝型油菜材料DW871具有花序花蕾呈散生状的类甘蓝花序特征,花序或果枝从初花直至收获均表现挺直不弯曲,不串枝,果枝中偏短,着果密,茎秆坚硬,株型紧凑,抗倒性特强等辅助标记性状。本研究分别以DW871为父母本,通过构建不同世代的群体对该品系的株高性状进行遗传分析,辅以其它标记性状进行验证。结果表明源自DW871株高性状为1对显性主基因控制,不存在细胞质效应,但是存在修饰基因的影响,表现出数量性状的遗传特征。DW871为适宜机械化或轻简化种植的中矮秆甘蓝型油菜新品种的选育提供了新的种质资源。     

甘蓝型油菜特异矮秆直立株型DW871株高的遗传分析

      矮秆、紧凑株型是油菜抗倒性和稳产性的重要因素。新型矮秆甘蓝型油菜材料DW871具有花序花蕾呈散生状的类甘蓝花序特征，花序或果枝从初花直至收获均表现挺直不弯曲，不串枝，果枝中偏短，着果密，茎秆坚硬，株型紧凑，抗倒性特强等辅助标记性状。本研究分别以DW871为父母本，通过构建不同世代的群体对该品系的株高性状进行遗传分析，辅以其它标记性状进行验证。结果表明源自DW871株高性状为1对显性主基因控制，不存在细胞质效应，但是存在修饰基因的影响，表现数量性状的遗传特征。DW871为适宜机械化或轻简化种植的中矮秆甘蓝型油菜新品种的选育提供了新的种质资源。     

特色专题介绍:适宜机械化作业的油菜种质创制及相关性状基因挖掘

株高是经济作物重要的农艺性状之一,直接影响植物的抗倒性、丰产性及机械收获适宜性。近年来,培育株型紧凑、抗倒伏、结角密度集中,适宜机械化作业的优质油菜新品种已成为油菜重要的育种目标。贵州省农业科学院以张瑞茂、李超等为核心的矮杆油菜研究团队,经多年努力,成功选育出高度抗倒伏、适宜机械化作业的矮杆油菜新种质DW871和LSW2018,并在其遗传规律、基因定位等研究方面取得新进展。为加速DW871新种质的应用。     

甘蓝型油菜NBS-LRR基家族的鉴定及密码子偏好性分析

NBS-LRR（nucleotide binding site and leucine rich repeat）是庞大且复杂的基因家族,对植物的抗病性具有非常重要的作用。为深入了解甘蓝型油菜NBS-LRR基因家族,合理开发利用基因资源,对甘蓝型油菜（Brassica na?pus L.）及相关物种的NBS-LRR基因进行了生物信息学分析,包括基因家族鉴定、系统进化分析、保守基序、基因结构、染色体定位以及密码子偏好性分析等。以拟南芥为参考,在甘蓝型油菜中鉴定到463个NBS-LRR基因家族成员,根据结构域将其分成TIR-NBS-LRR 和CC-NBS-LRR 两类,再分别细分为4 和8 个亚组。19 条染色体均有NBS-LRR基因,其中ChrC09上分布最多,达到53个;NBS-LRR基因以基因簇形式存在居多,可推测抗病基因NBSLRR发生了大规模片段复制。分析5个物种（甘蓝、白菜、甘蓝型油菜、水稻和拟南芥）的NBS-LRR家族基因密码子 偏好性,结果发现,甘蓝型油菜抗病基因有效密码子数范围与甘蓝（B. oleracea L.）更加相近。然后进一步对甘蓝型油菜和白菜（B. rapa L.）与甘蓝的共线直系同源关系进行偏好性分析,并获得相同发现,推测甘蓝型油菜可能和甘蓝在抗病基因密码子的使用偏好上更为相似。     

甘蓝型油菜ＨＭＧ基因家族的生物信息学分析

为研究甘蓝型油菜HMG（high mobility group）基因家族的起源、进化和功能,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜和其近缘物种HMG基因家族进行鉴定,并对其进化、基因结构、组织表达、直系旁系同源基因进行系统分析。在甘蓝型油菜中鉴定到45个HMG家族成员,并根据进化树和基因结构将其分成5组。染色体定位发现,19条染色体中有18条染色体有HMG基因,说明该家族基因分布较广泛。在甘蓝型油菜与甘蓝、白菜和拟南芥分别鉴定到47、45和26个直系同源基因对。在甘蓝型油菜中鉴定到28个旁系同源基因对,而在其它3个物种中则比较少,这可能与甘蓝型油菜的多次基因组加倍有关。对45个甘蓝型油菜BnHMG基因在根和叶中的表达模式进行分析,结果显示,大多数基因在根和叶中均有表达,且呈现出不同的表达模式。     

花瓣色素定量法对甘蓝型油菜白花性状的质量-数量遗传模型分析

采用无水乙醇提取油菜花瓣色素,在439nm波长下测定提取液的吸光度,实现对甘蓝型油菜白花性状的量化观察,并应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析法,对甘蓝型油菜杂交组合(HW 243×HZ 21-1)和(HW 243×中油821)的P1、P2、F1、F2、B1和B2世代群体进行分析,研究花瓣颜色的遗传特性。结果显示:甘蓝型油菜白花性状表现为数量性状,其遗传符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因遗传模型(E-O),以主基因作用为主,多基因的作用相对较小;2对主基因的加性、显性和上位性效应均具有较大的作用;主基因的遗传力较高;受环境影响较小。在F2群体中主基因的遗传率为95.51%和96.35%,多基因遗传率为3.65%和2.43%;在B1群体中主基因的遗传率为53.00%和49.59%,多基因遗传率分别为39.93%和39.84%;在B2群体中主基因的遗传率为97.38%和95.51%,多基因遗传率分别为2.17%和1.57%。     

甘蓝型油菜BnaA06.mTERF1基因的功能及进化分析

在高等植物中,线粒体转录终止因子(mTERF)影响线粒体或叶绿体的基因表达及植物对逆境的反应等生物学过程。为了研究甘蓝型油菜中线粒体转录终止因子1(mTERF1)的功能,本研究以甘蓝型油菜品种中双11号为材料,在A06连锁群上克隆了mTERF1,该基因编码285个氨基酸,含有5个mTERF功能结构域。利用生物信息学分析筛选到37个甘蓝型油菜mTERF家族蛋白,并进行了系统进化树、基因结构及染色体定位分析。此外,构建甘蓝型油菜BnaA06.mTERF1基因的功能互补表达载体,转化拟南芥mTERF1(soldat10)突变体后,拟南芥的表型恢复到野生型(Ler),说明该基因在油菜和拟南芥中具有保守的功能。本研究填补了油菜中线粒体转录终止因子研究的空白,为进一步探究油菜中线粒体转录终止因子的分子功能奠定了基础。     

甘蓝型油菜ZIP基因家族全基因组鉴定与表达分析

ZIP基因家族是重要的转运蛋白类基因家族,主要参与金属阳离子的吸收和转运,在植物生长发育和重金属胁迫响应中发挥重要作用。为解析甘蓝型油菜中ZIP基因家族,采用生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到51个ZIP基因家族成员,对比芸薹属三个基本种发现ZIP基因家族在A、C亚基因组上有串联重复现象。以甘蓝型油菜品种中双11(ZS11)全基因组为参考基因组,将ZIP基因家族定位到17条染色体上,预测到10种Motif基序,均包含ZIP结构域,并对ZIP基因家族上游3 kb的启动子区域进行了顺式作用元件测序。通过系统进化树分析,将甘蓝型油菜ZIP基因家族分成3大类,在芸薹属三个基本种的进化具有保守性。此外,ZIP基因家族在甘蓝型油菜中表现出组织特异性表达特点,并且在油菜不同组织和不同发育时期中BnaZIP1、BnaZIP4、BnaZIP5、BnaZIP6、BnaZIP10、BnaZIP11和BnaIRT3基因。用不同浓度镉处理油菜,发现在叶和根中都被诱导表达的基因是BnaIRT1.A01a,该基因在油菜重金属镉胁迫响应中可能发挥重要作用。本研究结果为后续ZIP基因家族生物学功能研究提供了一定的参考。     

甘蓝型油菜Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)基因的克隆与表达分析

为改良甘蓝型油菜菜籽油脂肪酸的组分,根据拟南芥Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)核酸序列特征,检索白菜全基因组SAD基因和cDNA的可能序列,通过同源序列法克隆获得6个甘蓝型油菜SAD基因。比对结果显示,这6个基因编码的氨基酸序列同源性达53.2%~96.3%。系统进化分析显示,甘蓝型油菜SAD基因与蓖麻、大豆、芝麻、葵花等6个油料作物SAD基因的序列相似性很高,甘蓝型油菜与这些高等植物的SAD基因在进化上具有较高的保守性。本文还对4个甘蓝型油菜SAD基因BnSAD1:1、BnSAD2:1、BnSAD2:2和BnSAD2:3进行了表达模式分析,发现它们在种子发育过程中表达,并且都在40d的种子中表达量达到最高值,推测这4个基因均参与了硬脂酰ACP (C18:0-ACP)脱氢生成油酰基ACP(Δ9C18:1-ACP)的过程,尤其是BnSAD2:3可能为种子特异表达基因。     

甘蓝型油菜C染色体组中芥酸含量和花色的独立遗传

油菜芥酸含量的遗传已有了细致的研究(见Robbelen和Thies,1980综述)。甘蓝型油菜(染色体组成为AACC)的芥酸含量受两个基因控制,白菜型油菜(AA)的芥酸含量受一个基因控制。Harvey和Downey(1964)从逻辑上推断,双二倍体甘蓝型油菜中的两个     

甘蓝型油菜矮秆新品系DW871在两环境下收获指数及相关性状分析

为打破瓶颈,提高收获指数从而提高油菜籽粒产量,利用甘蓝型油菜矮秆新品系DW871为材料,解析它在2个不同环境下(思南和花溪)收获指数的构成因素,分析在思南和花溪环境下各相关性状的变异,利用相关分析和通径分析研究产量收获指数与农艺性状的关系。结果表明,思南环境下DW871株高、主花序长度、主花序角果数、分枝角果数、单株角果数和收获指数均值显著高于花溪环境,但二次有效分枝数、角果长度和单株生物产量则显著低。思南环境下,油菜收获指数较高的主要原因是相对湿度和温度较高,导致生物产量较低、角果多、单株产量较高,对产量贡献较大,单株角果数和单株生物产量与收获指数呈极显著负相关;而在花溪环境,单株角果数与收获指数呈极显著正相关,单株生物产量无显著相关性。两种环境下,千粒重和单株产量都与收获指数呈极显著正相关。综合分析表明,高温高湿环境下,将角果长度、主序角果数和二次分枝数与单株产量有效结合,且适当控制生物产量才能实现较高的收获指数;多日照、降雨量充足环境下,则可通过提高单株角果数、角果长度和单株产量来提高,同时也需对生物产量进行适当控制。     

水稻萌发期激素信号转导和谷胱甘肽代谢转录分析

【目的】利用转录组测序技术,探究水稻萌发过程中激素信号转导和细胞内部氧化还原平衡的调控机理,以期增加对萌发过程中复杂调控机制的理解,促进萌发期基因组转录调控网络的构建,并挖掘调控种子萌发的相关基因,为水稻直播稻新品种选育提供理论参考。【方法】利用萌发0、24和48 h的种子进行动态转录组测序分析,以差异倍数≥2、错误发现率≤0.05为阈值筛选差异基因,并利用Gene Ontology(GO)和KEGG Pathway数据库对萌发不同阶段的差异基因进行分析注释;同时利用实时荧光定量PCR对测序结果进行验证;最后运用String蛋白互作数据库以combined_score≥0.9为阈值分析差异基因的蛋白互作网络。【结果】在种子萌发前期鉴定到8719个差异基因,而在萌发后期仅鉴定到3480个。GO和KEGG富集结果均显示与激素信号转导相关的基因主要在萌发前期被诱导,特别是生长素信号转导途径中的GH3家族基因在萌发前期均受到显著诱导;而谷胱甘肽代谢途径中的基因在萌发后期转录更为活跃,其中谷胱甘肽-S-转移酶基因富集最多。此外,两个异柠檬酸脱氢酶基因在萌发过程中被显著诱导,经蛋白互作预测发现两个异柠檬酸脱氢酶基因与GH3家族基因可能存在相互作用。【结论】在种子萌发前期,生长素信号转导途径中的GH3家族基因可能在减弱生长素信号以及降低生长素活性方面发挥着重要作用,其高表达能降低生长素对种子的休眠作用,促进萌发启动;在种子萌发后期,谷胱甘肽代谢途径中的谷胱甘肽-S-转移酶基因可能在细胞抵抗氧化胁迫中发挥主要作用;此外,在整个萌发过程中,GH3和异柠檬酸脱氢酶家族基因的相互作用可能在实现激素转导途径和谷胱甘肽代谢途径的交互串联作用、共同调控种子萌发方面具有重要意义。     

小麦近等基因系幼穗二棱期转录组分析

抽穗期是与小麦适应性直接相关的一个很重要的性状,直接或间接影响小麦的产量和抗性。为明确控制抽穗期的关键表达基因,以抽穗期分别为196d和184d的小麦近等基因系Y57和96-2为材料,对其二棱期幼穗分别构建转录组测序文库,利用Illumina HiSeq 2500平台进行RNA-seq测序;将获得的clean read与中国春参考序列比对,得到unique read,采用FPKM法计算基因表达量,对差异表达基因进行功能注释、GO和COG功能分类以及KEGG通路分析。结果表明,供试材料经过测序获得质量不低于30的碱基比例(Q30)均高于85.5%;Y57和96-2分别有60 246 194和60 963 580条clean read,其中63.11%和69.51%能与参考基因组序列匹配。共筛选到395个差异表达基因,有382个基因得到功能注释;有298个基因获得GO功能注释,主要涉及细胞组分、结合、细胞反应和代谢过程;COG注释的基因主要涉及一般功能、信号转导机制和转录;KEGG功能注释分析发现,显著富集在光合作用-天线蛋白通路上的基因均上调表达。编码丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A的基因在Y57中几乎不表达,而在96-2中表达量较高。进一步分析发现,多个与生长发育、抽穗开花相关的转录因子在两个材料中的表达差异显著。此结果可为深入研究抽穗期相关基因和穗发育调控机制奠定基础。     

甘蓝型油菜木质素合成关键基因F5H、4CL和COMT的定量表达

以甘蓝型油菜(Brassica napus L )抗倒伏品种浙平1号和易倒伏品种高芥1号为材料,采用荧光定量PCR方法对木质素合成关键基因F5H（阿魏酸-5-羟基化酶）、4CL（4-香豆酸CoA连接酶）和COMT（咖啡酸/5-羟基阿魏酸-O-甲基转移酶）在薹期和角果期根颈部、茎部的相对表达量进行了分析。结果显示,F5H在薹期和角果期根颈部的相对表达量,易倒伏材料高于抗倒伏材料;茎部的相对表达量,抗倒伏材料高于易倒伏材料。4CL和COMT基因在薹期根颈部、茎部和角果期根颈部的相对表达量,易倒伏材料高于抗倒伏材料;角果期茎部的相对表达量,抗倒伏材料显著（P＜0.05）高于易倒伏材料。结果表明,油菜角果期茎部木质素合成关键基因F5H、4CL和COMT的相对高量表达可能有助于增强植株的抗倒伏能力。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

普通小麦品种陕农33矮秆突变体的矮化效应分析

为了解普通小麦品种陕农33矮秆突变体的矮化原因,通过农艺性状调查、茎秆细胞学观察、苗期赤霉素（GA）反应试验、内源激素含量测定和矮秆基因检测,分析了陕农33的13个矮秆突变体植株生长发育、茎秆解剖特征及对GA的敏感性。结果表明,与野生型陕农33相比,矮秆突变体的株高都显著下降,株高的下降与节间数无关,主要是由于节间长度的缩短,其中穗下节和第四节间的降秆效应较大。经进一步细胞学观察,突变体变矮是由茎秆细胞长度减少和细胞变小共同引起的,其中细胞长度减少是主因。从苗期植株对GA₃的反应看,13个矮秆突变体属于赤霉素不敏感型或弱敏感型,说明赤霉素转导途径存在问题,即矮秆突变位点可能在赤霉素转导途径上。从内源激素测定结果看,13个矮秆材料中只有1个材料的茎秆GA₃含量较陕农33略降,其余均增加,而CTK含量均减少,10个材料的IAA含量增加,说明这些材料的株高下降与赤霉素等内源激素代谢变化密切相关。通过矮秆基因检测,13个矮秆突变体和陕农33均含有目前应用范围较广的 Rht-D1b基因,只有两个矮化材料含有 Rht-B1b,因而推测矮秆突变体可能还含有其他致矮相关的基因。     

油菜杂交种宁杂21号及其双亲苗期在盐胁迫条件下差异表达基因分析

为了解甘蓝型油菜杂种优势在盐胁迫中的表现，遏制减产，以油菜强优势杂交种宁杂21号及其亲本为材 料，通过转录组测序，筛选鉴定得到1078个芽苗期差异表达基因（DEG）与耐盐杂种优势密切相关，并能被已有盐胁 迫相关QTL注释，部分基因的表达能被荧光定量PCR验证，说明所得DEG具有可靠性，有潜在的油菜耐盐育种价 值。杂交组合中耐盐杂种优势相关DEG表达模式与母本更为类似，大部分表现为正调控，功能倾向于生物合成的 同化作用，而表达模式类似父本的DEG其功能倾向于氧化还原等调节作用。本研究还对耐盐性杂种优势特异的 SNP位点进行了预测和注释，以期为杂交油菜耐盐分子标记的开发以及耐盐育种提供理论依据。     

甘蓝型油菜BnDMC1.A01基因的分离及序列分析

人工合成甘蓝型油菜是进行基因组学研究和种质资源创新的重要材料，但其减数分裂过程中经常出现异常，导致基因组遗传的不稳定和花粉育性的下降。DNA meiotic recombinase 1 （DMC1）是植物中控制减数分裂的重要基因，为了解油菜DMC1同源基因的序列及表达变异，本研究利用拟南芥和芸薹属作物DMC1同源基因的外显子保守序列设计引物，分离了常规和合成甘蓝型油菜（Brassica napus L.）A01染色体上的DMC1全长序列。氨基酸序列比对发现，BnDMC1.A01编码的蛋白具有植物中已报道的DMC1典型的保守结构域。分离了19个不同品系中BnDMC1.A01的基因序列，共划分为六种单倍型，发现第二外显子内存在两个导致氨基酸残基变异的SNP位点，该SNP位点在3种类型的油菜中均有分布。基因表达量分析发现，BnDMC1.A01在合成甘蓝型油菜中的表达量较常规油菜高，这些变异是否同人工合成甘蓝型油菜减数分裂异常有关还需进一步的研究验证。