马铃薯红色薯肉调控基因的精细定位与候选基因分析

【目的】薯肉颜色是马铃薯重要的农艺性状,它直接影响马铃薯的营养和商品价值,一直是马铃薯遗传研究和育种改良的重要目标。本研究通过对二倍体红色薯肉分离群体的混池分析、基因精细定位和候选基因表达分析,确定调控红色薯肉的候选基因,为下一步基因功能、遗传调控研究及彩色马铃薯的分子育种奠定基础。【方法】本研究通过向二倍体红色薯肉亲本导入自交不亲和抑制基因Sli获得BC₁S₁群体,从300个单株中挑选18株红色薯肉和21株黄色薯肉个体提取基因组DNA,分别测序进行混池分析。通过集团分离分析法（bulked segregation analysis,BSA）对基因进行初步定位;在定位区间内开发分子标记,对796份BC₁S₁植株进行基因型分析,筛选交换单株,并结合表型对基因进行精细定位;借助参考基因组注释信息和qRT-PCR表达量分析确定候选基因。【结果】本研究通过构建薯肉颜色分离的二倍体BC₁S₁群体,利用BSA-seq分析把调控薯肉花青素合成的主效位点定位在第10号染色体48.70—52.20 Mb。最终,利用分子标记将该基因定位于51.47—51.85 Mb的377 kb区间内。基于参考基因组注释信息,此区间包括5个基因,其中2个基因注释为MYB类转录因子,结合表达量数据推测这2个基因为候选基因,编号分别为PGSC0003DMG400013966、PGSC0003DMG400013965。【结论】本研究将调控马铃薯薯肉花青素积累的一个主效位点定位于第10号染色体51.47—51.85 Mb之间,推测PGSC0003DMG400013966和PGSC0003DMG400013965为候选基因。     

近5年马铃薯基因组及重要性状基因研究进展

马铃薯是保障我国粮食安全的重要补充。高质量的参考基因组和重要性状形成基因是分子育种工作的两个核心要素。相对于水稻、小麦、玉米等作物分子育种的迅猛发展,马铃薯还处于常规育种向分子育种的转型阶段,尤其需要构建高质量参考基因组,挖掘并充分利用重要性状调控基因在辅助育种中的作用。简要总结了近5年上述两方面的国内外研究现状和重要成果,简要分析了我国马铃薯分子育种面临的瓶颈问题,以期为马铃薯遗传育种等研究提供参考。     

马铃薯卷叶病毒基因组的结构与功能综述

马铃薯卷叶病毒是影响马铃薯产量和品质的重要病害之一,对近年来国内外马铃薯卷叶病毒基因组、亚基因组及其功能基因研究的主要成果进行综述,为深入阐明该病毒的致病机理和抗病基因工程育种提供参考.     

马铃薯晚疫病抗性分子育种研究进展

马铃薯晚疫病是由疫霉引起的一种世界性的流行性和毁灭性病害,每年造成巨大的产量损失.抗性品种培育一直是育种学家追求的目标.常规育种方法具有耗时费力等特点,目前分子植物育种在马铃薯晚疫病抗性育种中被应用或作为辅助应用.综述了马铃薯晚疫病的发生及防治,分子标记技术在马铃薯晚疫病抗性和晚疫病抗性育种中的研究进展,以及马铃薯晚疫病抗性基因定位、基因工程、转录组分析和全基因组关联分析等方面的研究进展,并对未来马铃薯育种策略进行了展望,以期为马铃薯晚疫病抗性分子育种提供理论参考.     

科技要闻

<正>中国主导完成马铃薯基因"蓝图"育种时间将减半以中国为首、14国科学家组成的"国际马铃薯基因组测序协作组",宣布马铃薯基因组序列框架图完成。这标志着人类将能够以马铃薯基因组序列为工具,把马铃薯新品种育种的速度从10~12年缩短到5年,并迅速提高其产量、品质和抗病性。     

马铃薯栽培种色素遗传研究进展

分别对近一个世纪以来二倍体马铃薯栽培种(2n=2x=24)和四倍体马铃薯栽培种(2n=4x=48)的色素遗传研究进行了归纳和总结,比较分析了Salaman遗传模型和Dodds遗传模型的异同,认为色素在二倍体和四倍体栽培种中的遗传位点是相同的,以Dodds的二倍体遗传理论为基础发展和完善后的色素遗传模型可以解释色素在二倍体和四倍体栽培种中的遗传现象。     

马铃薯遗传育种研究:现状与展望

马铃薯是世界第三大粮食作物,马铃薯产业的可持续发展对保障世界和中国的粮食安全具有重要意义。优良品种是支撑马铃薯产业发展的基础。马铃薯经常遭受病虫害的侵袭和非生物胁迫,加工业的迅速发展和人们对食物营养的重视,迫切需要选育出更抗病、更耐逆、更高产、更优质和专用的马铃薯新品种。培育一个优良马铃薯品种,种质资源是基础,重要性状的遗传学是理论指导,先进的育种技术是保障,完善的推广和栽培模式是支撑。世界范围内,保存了大约65 000份马铃薯种质资源,通过对种质资源抗病、抗逆和品质方面的系统评价,并应用多种资源利用技术,将三大类约17个野生种的种质导入到普通栽培种中,应用于育种和遗传学研究。利用纯合双单倍体材料作为测序对象,马铃薯基因组序列已经被揭示,预测出了39 031个蛋白编码基因,目前更多的种质资源正在被重测序以揭示更多的等位变异。马铃薯普通栽培品种是无性繁殖四倍体作物,具有四体遗传特性,尽管如此,许多植株发育和形态、块茎品质和抗病抗逆等重要性状的遗传特性基本明确,并定位和克隆了大量重要性状相关基因。目前,马铃薯育种技术主要涵盖传统育种技术、倍性育种技术、标记辅助选择育种技术、基因工程育种技术和新兴的基因组选择育种技术。中国马铃薯遗传育种研究队伍不断壮大,品种选育取得了重大进展。荷兰马铃薯遗传育种水平居于世界前列,合作育种模式推动了商业化育种。不断完善马铃薯综合育种技术,创新育种模式和机制,充分利用现有种质资源培育突破性、专用型品种将是未来马铃薯遗传育种发展的主要方向。     

马铃薯CBL9基因的基因组解析

利用比较基因组学的方法从马铃薯基因组中鉴定出一个与AtCBL9直系同源的基因StCBL9,并对该基因的结构、遗传进化、顺式元件进行了分析,为下一步研究该基因的功能和利用其进行马铃薯抗逆分子育种提供了有益借鉴。     

马铃薯抗卷叶病毒基因工程研究现状

综述了马铃薯抗卷叶病毒基因工程的研究进展。在抗马铃薯卷叶病毒基因工程研究中,主要采用RNA干涉、转抗马铃薯卷叶病毒基因、核酶剪切基因组、基因定点突变等方法获得抗马铃薯卷叶病毒植株,已经取得突破性进展。通过对抗病基因工程策略及取得的成效进行概括总结,旨在为抗马铃薯卷叶病毒育种工作提供借鉴。     

马铃薯类胡萝卜素研究进展

马铃薯是我国第四大粮食作物,也是重要的粮菜兼用经济作物,对保障国家粮食安全、丰富菜篮子和增加农民收入意义重大.自然界中马铃薯的薯肉颜色呈现出从白色到奶油色、黄色到橙色以及红色到紫色等颜色的变化,而类胡萝卜素物质作为天然着色剂,是形成黄色、橙色、红色的主要色素物质,具有重要的生物学功能,不仅对马铃薯生长发育过程中块茎的颜色变化具有重要作用,而且还会影响其营养品质及商品价值.近几年,马铃薯遗传育种的目标正向着改善块茎的营养品质方向发展,高类胡萝卜素含量马铃薯品种的培育逐渐成为育种的重要方向.概述了马铃薯种质(包括栽培种四倍体和野生种二倍体)中所含类胡萝卜素的种类和含量、类胡萝卜素合成代谢途径中关键基因〔包括β-羟化酶(Chy)、玉米黄质环氧化酶(zep)、番茄红素ε-环化酶基因(LCYe)〕的克隆及其等位基因和单倍型的功能分析、利用常规育种和基因强化等手段提高马铃薯类胡萝卜素含量等方面的研究进展,并从马铃薯类胡萝卜素合成代谢途径调控基因的鉴定和富含高类胡萝卜素含量的野生型二倍体资源的利用方面展望马铃薯类胡萝卜素的研究方向,对今后马铃薯类胡萝卜素合成代谢相关基因调控表达调控、马铃薯高类胡萝卜素品种选育以及马铃薯营养品质改良改善方面的研究具有重要意义.     

Inheritance of steroidal glycoalkaloids in potato tuber flesh

Potato(Solanum tuberosum L.) is the third most important food crop worldwide after wheat and rice in terms of human consumption. A critical domestication trait for potato was the decrease of toxic steroidal glycoalkaloids(SGAs) in tuber flesh. Here, we used a diploid F_2 segregating population derived from a cross between S. tuberosum and the wild potato species Solanum chacoense to map the quantitative trait loci(QTLs) associated with the regulation of SGAs content in tuber flesh. In a three-year study, we identified two QTLs on chromosomes 2 and 8 affecting SGAs content in tuber flesh. The QTL on chromosome 8 harbors 38 genes that are co-expressed with the GLYCOALKALOID METABOLISM genes. These findings lay the foundation for exploiting the genes controlling SGAs content in tuber flesh and they provide a theoretical basis for the use of wild germplasm in potato breeding.     

Evaluation of some Newly Developed Diploid Hybrids and their Breeding Value in 4x-2x Crosses

1　Introduction　　The common potato,Solanum tuberosum L.( tbr,2 n=4 x=4 8) ,is a tetrasomic tetroploidwith a very narrow genetic base( Howard,1 970 ) h,to a large extent,limits the progress innew cultivar development.Fortunately,there are still rich germplasm in South America,theorigin center of potato.Potato has approximately 2 2 6 related tuber- bearing species( Harwkes,1 990 ) ,which constitute important reservoirs of genes for resistance to adversebiotic and abiotic stresses.Most of th…     

二倍体栽培马铃薯高效遗传转化体系的建立

【背景】马铃薯是最重要的块茎类粮食作物。栽培马铃薯以四倍体为主,但四倍体遗传和薯块繁殖增加了马铃薯改良的难度。因此越来越多的科学家呼吁在二倍体水平进行马铃薯的再驯化,将马铃薯驯化成种子繁殖作物。自然界中存在4个二倍体马铃薯原始栽培种,这些二倍体栽培种中蕴含着丰富的遗传变异,但是它们的遗传转化体系尚未成熟。【目的】建立高效的二倍体栽培马铃薯遗传转化体系,为二倍体马铃薯优良等位基因和分子育种提供工具。【方法】以二倍体栽培种马铃薯(Solanum phureja)CIP 703541为试验材料,利用绿色荧光蛋白基因(green fluorescent protein,GFP)作为报告基因,对遗传转化体系进行摸索,主要包括:预处理培养时间、诱导再生的激素比例、抗生素浓度以及转化效率。另外,利用同样的激素组合对17份不同基因型的二倍体马铃薯原始栽培种进行了测试,比较各个材料在不同激素浓度条件下的再生效率,筛选出再生效率较高的激素组合进行大量遗传转化;对再生苗进行生根筛选、荧光观察和PCR鉴定,统计阳性植株的概率。用流式细胞仪检测阳性植株的倍性,以分析再生植株发生染色体加倍的频率。【结果】预处理培养时间为2 d的外植体浸染效率最高。二倍体材料CIP 703541最适合再生出芽的激素配方为2.0 mg·L~(-1)玉米素(zeatin,ZT)﹕0.01 mg·L~(-1)奈乙酸(naphthaleneacetic acid,NAA)。再生阶段抗生素卡那霉素(kanamycin,Kan)的最适筛选浓度为100 mg·L~(-1),生根阶段的最适筛选浓度为50 mg·L~(-1)。通过对不同基因型进行筛选,获得3份再生能力较强的二倍体马铃薯材料(CIP 703308、CIP 703312和CIP 703541)。它们响应的激素配方各不相同,在添加了100 mg·L~(-1)卡那霉素的再生培养基中,3份材料的再生效率分别为45%、40%和52%。通过大规模遗传转化证明,3份材料的转化率分别为2.8%、4.2%和5.3%。经流式细胞仪检测,所获得的马铃薯阳性植株中四倍体的比例较高,CIP 703308、CIP 703312和CIP 703541的阳性转化植株中二倍体的比例分别为5.26%、10.53%和38.46%。【结论】建立了高效的二倍体马铃薯遗传转化体系,获得了3份再生能力较强的二倍体材料。另外,发现二倍体马铃薯在经过遗传转化之后再生植株中染色体加倍的比例较高。     

甘薯抗逆分子研究进展(英文)

甘薯(Ipomoea batatas)不仅是重要的粮食作物,也是重要的经济作物和能源作物。近年来,随着分子生物学技术的发展,甘薯中越来越多的抗逆相关基因被挖掘。根据基因作用方式的不同,主要分为两大类:调节基因和功能基因。综述了逆境胁迫下甘薯抗逆相关基因的克隆、功能验证以及外源基因转入甘薯应用等方面的一些最新进展,并对今后的甘薯的抗逆研究提出了展望。     

马铃薯育种方法及研究进展

简要归纳了国内外马铃薯育种的研究方法及研究进展,介绍了引种鉴定、实生种育种、芽变育种、杂交育种、诱变育种、分子标记辅助育种、细胞工程技术育种及转基因技术育种的研究方法,以期获得马铃薯育种的研究现状和存在的问题,展望了今后马铃薯育种需要借鉴的方向和思路,充分挖掘马铃薯种质资源,加强生物技术在马铃薯育种中的应用,将传统育种和分子育种相结合,为马铃薯育种提供理论依据和技术支持,并为继续培育马铃薯新品种提供参考。     

马铃薯基因组计划研究进展

马铃薯是重要的茄科作物,在自然界中存在二倍体、三倍体、四倍体、五倍体和六倍体,同时是块茎形成、淀粉合成、对病原物应答研究的模式植物。由于茄科植物基因组存在高度的共线性,为此,开展番茄基因组计划及功能基因组学研究可以为其他蔬菜、水果等重要经济作物的研究提供理论和方法上的直接借鉴。从马铃薯的遗传图谱、物理图谱、序列图谱和转录图谱,以及已从马铃薯中克隆的重要基因等方面详细阐述了马铃薯基因组研究的最新进展。     

花生抗病基因的研究进展

花生病害严重影响其产量和品质,抗病品种的应用是病害防治最有效的方法。为了准确有效地鉴定和利用花生抗性资源,需要运用基因技术手段来加快花生抗病品种的育成,本文介绍了花生叶斑病、黄曲霉病以及青枯病等主要病害的基因研究概况,其次归纳和总结了花生病害抗性相关分子标记的研究进展,并提出了今后基因技术和分子标记辅助育种的研究方向,最后对多种抗病基因聚合育种进行了展望。     

二倍体及其同源四倍体酸枣的生理特征和转录组分析

目的研究酸枣基因组复制后分子水平的变异机制,为深入探讨枣树多倍体性状、关键调控基因的克隆及基因工程育种提供参考。方法本实验以二倍体及其同源四倍体酸枣为研究材料,比较了二者的叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量以及可溶性蛋白质含量,对两种材料进行了转录组测序,并参考GO Ontology、KEGG等数据库对差异基因和转录因子进行功能分类与富集分析。结果四倍体的叶绿素含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量均显著高于二倍体植株,叶片相对含水量在两种材料中没有显著差异。二倍体与四倍体酸枣共1 329个基因具有显著差异,GO功能分析表明这些差异基因主要参与生长发育和胁迫耐受相关功能。KEGG通路分析显示,大部分差异基因富集在碳水化合物代谢、氨基酸代谢和信号传递过程,其中16个关键基因参与糖和氨基酸的代谢与转运过程,如SPS2、GAE6和PGDH3,这些基因在四倍体中具有较高的表达量;23个基因参与激素信号传导通路,其中与生长素传导、应答相关的基因如ARG7,GH3.6和IAA26在四倍体植株中表达量较高,而与油菜素内酯合成酶（CYP）、乙烯不敏感蛋白（EIN）相关的基因在四倍体植株中表达量较低。在对二倍体与四倍体差异转录因子的分析中发现,四倍体MYB转录因子家族基因表达量高于二倍体。结论四倍体叶片叶绿素含量高是植株叶色加深的原因之一,可溶性糖、可溶性蛋白质含量高为四倍体叶片变大、茎加粗提供了更多能源物质。参与糖、氨基酸代谢和激素合成、信号传导的关键基因在二倍体与四倍体中差异表达,可能与四倍体植株体内能源物质含量高、生长势强的性状相关;具有渗透调节功能的基因在四倍体中表达量较高暗示着四倍体可能具有较强的抗性。进一步对差异转录因子的分析表明,MYB转录因子在二倍体与四倍体植株中的差异表达可能会导致植物在生长发育、形态建成和抗逆过程中的差异,但二者的具体差异性状还需进一步的实验研究。      

基因工程技术在马铃薯育种中的应用研究

综述了国内外近20年来基因工程技术在马铃薯抗病毒病、抗菌、抗虫、抗除草剂及品质改良育种中的应用研究进展。