小麦矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的检测及其验证

为研究矮秆基因 Rht-B1b、 Rht-D1b在小麦品种中的分布及其对株高的影响,以3个小麦群体（中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料）共321份小麦品种为材料,检测矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的分布频率,并分析比较它们对春小麦育种材料株高的影响。结果表明,在检测的321份材料中,共有193份材料含有 Rht-B1b矮秆基因,分布频率为60.1%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-B1b矮秆基因的材料分别有29、77和87份,分布频率分别为 34.5%、72.6%和66.4%;共有135份材料含有 Rht-D1b矮秆基因,分布频率为42.1%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-D1b 矮秆基因的材料分别有41、21和73份,分布频率分别为48.8%、19.8%和55.7%;共有78份材料同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因,分布频率为 24.3%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料分别有15、17和46份,分布频率分别为17.6%、15.9%和35.1%。对已被鉴定株高表型的91份春小麦育种材料进一步分析发现,同时携带 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料株高较低。     

秋播冬麦区矮秆基因 RhtB1b、 RhtD1b和 Rht8的分布频率及其与产量性状的关系

为给小麦株高和产量的遗传改良提供参考依据,利用 Rht-B1b、 Rht-D1b基因的STS分子标记BF/MR1和BF/WR1、DF1/MR2和DF2/WR2,以及 Rht8基因的微卫星标记Xgwm261,对237份不同生态区秋播小麦材料进行分子标记检测,并分析 Rht-B1b、 Rht-D1b和 Rht8对株高及产量相关性状的影响。结果表明：（1）在分布频率方面, Rht-B1b、 Rht-D1b和 Rht8在秋播冬小麦中的频率较高,其中携带 Rht-B1b、 Rht-D1b和 Rht8的小麦材料分别占比16.5%、47.9%和44.1%;聚合两个矮秆基因（ Rht-D1b+Rht8、 Rht-B1b+Rht8和 Rht-B1b+ Rht-D1b）的小麦材料占比25.4%;聚合三个矮秆基因（Rht-B1b+Rht-D1b+Rht8）的小麦材料占比2.1%;（2）在分布特点方面,不同冬麦区存在一定偏好性：北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区均以 Rht-D1b、 Rht8和 Rht-D1b+Rht8为主;西南冬麦区以 Rht-B1b、 Rht-D1b和 Rht8为主,西南冬麦区以 Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8为主;（3）在降秆效应方面,降秆效果从强到弱依次为（ Rht-B1b+Rht-D1b+Rht8）>（ Rht-D1b+Rht8）> （ Rht-B1b+Rht8）> Rht-D1b> Rht-B1b> Rht8;(4)在产量结构特点方面, 携带 Rht-D1b和 Rht8的材料总体上具有较高的千粒重和单位面积穗数,携带 Rht-B1b的材料具有较高的穗粒数,但矮秆基因本身与产量因子间无显著的遗传相关性。     

45份青海春小麦品种矮秆基因检测及效应分析

为明确矮秆基因Rht-B1和Rht-D1在青海春麦区小麦品种中的分布，以青海春麦区历年种植的45份春小麦品种（25份育成品种，14份引进品种，6份地方品种）为材料，利用KASP标记技术检测其两个矮秆基因的分布，并分析这两个矮秆基因对株高、穗长、小穗数和穗粒数的影响。结果表明，Rht-B1位点上存在Rht-B1a和Rht-B1b两种等位变异，分布频率分别为91.11%和8.89%；Rht-D1位点上存在Rht-D1a和Rht-D1b两种等位变异，分布频率分别为86.67%和13.33%。25份育成品种中，Rht-B1b和Rht-D1b的分布频率分别为16.00%和12.00%，未发现Rht-B1a和Rht-D1a；引进品种中仅含有Rht-D1b，分布频率为21.43%；地方品种中未发现Rht-B1b和Rht-D1b。Rht-B1b和Rht-D1b均具有一定的降秆效应，Rht-D1b的降秆效应大于Rht-B1b。携带Rht-B1a/Rht-D1b品种的株高显著低于携带Rht-B1a/Rht-D1a和Rht-B1b/Rht-D1a的品种，该组合类型不仅可使株高降低，也可增加小穗数和穗粒数；未发现携带Rht-B1b/Rht-D1b组合类型的品种。     

黄淮麦区小麦品种和CIMMYT材料的矮秆基因型及其对株高和胚芽鞘的影响

为促进矮秆基因在小麦品种遗传改良中的应用,以131份黄淮麦区小麦品种和31份CIMMYT（国际玉米小麦改良中心）小麦材料为研究对象,用分子标记检测 Rht-B1a、 Rht-B1b、 Rht-D1a、 Rht-D1b和 Rht8等小麦矮秆基因,并结合赤霉素处理,分析了供试材料所含矮秆基因类型及其对株高和胚芽鞘长度的影响。结果表明,供试材料中,63份含有矮秆基因 Rht-B1b,66份含有矮秆基因 Rht-D1b,105份含有矮秆基因 Rht8,分别占供试材料的38.88%、40.74%和64.81%。黄淮麦区小麦品种大多数含有矮秆基因 Rht-D1b,CIMMYT小麦中大多数含有矮秆基因 Rht-B1b。赤霉素处理结果显示,供试小麦材料中,有52份对赤霉素敏感,占被检测材料的32.09%。该批材料中,矮秆基因 Rht-D1b和 Rht8的降秆效应最大, Rht-B1b和 Rht-D1b的降秆效应分别是14.69%和17.74%,各基因组合的降秆效应表现为 Rht-D1b+ Rht8＞ Rht-D1b＞ Rht-B1b+ Rht8＞ Rht-B1b＞ Rht8。同时含有矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的材料缩短胚芽鞘长度的效应最强,缩短效应为26.20%,缩短胚芽鞘长度的效应表现为 Rht-B1b+ Rht-D1b＞ Rht-B1b+ Rht-D1b + Rht8＞ Rht-D1b＞ Rht-D1b+ Rht8＞ Rht-B1b＞ Rht-B1b+ Rht8＞ Rht8。基于以上结果,矮秆基因 Rht8能够在降低小麦材料株高的同时不影响胚芽鞘长度,因此应重视其在矮化育种中的应用。     

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点（quantitative trait loci,QTL）,本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合 3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B（1）、4B（1）、4D（1）、5A（1）、5B（1）和7D（2）上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。     

普通小麦（浙农林12×CASL7AS）DH系株高的分析

小麦株高与植株倒伏密切相关,影响小麦产量。为挖掘小麦株高QTL位点和候选基因,从遗传和分子水平上解释株高分子机理,本研究将野生二粒小麦染色体臂置换系CASL7AS为母本,课题组自选株系浙农林12（简称ZNL12）为父本,杂交F₁经过花培得到178个DH群体。通过4年2个种植点株高数据,利用55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,对小麦株高性状进行QTL分析。该遗传连锁图谱包含3 655个SNP标记,长度为4 738.45 cM,标记间平均遗传距离为1.30 cM,覆盖了小麦21条染色体。其中,A、B、D染色体组分别含有标记1 466、1 492和697个。QTL分析共检测出53个QTL位点,分布于1A、3A、5A、7A、1B、3B、4B、5B、7B、2D、4D、6D和7D染色体上,可解释2.80%~38.50%表型变异。其中,稳定主效 QTL有2个,分别为QPh.zafu.4B-1和QPh.zafu.4D-1,其贡献率分别为25.18%~38.50%和20.67%。经细胞生物学分析,基因型为（0,2）矮秆植株胚芽鞘的表皮细胞长度显著短于基因型为（2,0）的高秆植株,基因型为（0,0）、（2,2）中间型的植株胚芽鞘表皮细胞长度无显著差异,由此推测小麦株高的变异由细胞长度因素决定。QPh.zafu.4B-1候选基因Rht-B1b基因编码区矮秆株系,第904核苷酸处发生碱基“C-T”的突变,形成终止密码子(CAG-TAG);而QPh.zafu.4D-1候选基因Rht-D1b基因编码区矮秆株系,第781核苷酸处碱基突变“G-T”,编码氨基酸中缬氨酸变为天冬氨酸。结果为小麦株高候选基因的筛选和QTL定位提供了优异的遗传位点和候选基因,未来可用于小麦抗倒伏相关的分子标记辅助育种。     

67份美国小麦品种矮秆基因的分子标记检测

为了明确矮秆基因在美国小麦品种中的分布特点并发掘较少利用的矮秆基因,本研究利用8个小麦矮秆基因的特异分子标记对67份美国小麦品种中的矮秆基因进行了检测。结果表明,67份美国小麦品种中,超过80%的品种（56个）含有矮秆基因,其中 Rht-B1b和 Rht8基因频率较高,分别占62.7%和43.3%。仅有5个品种含有 Rht-D1b基因,同时发现3个品种含有 Rht5基因,2个品种含有 Rht12基因,未发现含有 Rht4、 Rht9和 Rht13基因的品种。在含有矮秆基因的品种中,35.8%的品种含有2个或2个以上的矮秆基因。其中有1个品种同时含有3个矮秆基因,有20个品种同时含有 Rht-B1b和 Rht8基因,有3个品种同时含有 Rht-D1b和 Rht8基因,有1个品种同时含有 Rht-D1b和 Rht12基因,其余32个品种各含有1个矮秆基因。本研究未发现同时含有 Rht-B1b、 Rht-D1b、 Rht8以及同时含有 Rht-B1b、 Rht-D1b的品种。     

大麦穗长和株高QTL的鉴定

为挖掘大麦穗长和株高的QTL位点,以1个大麦重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体（以J36528和BMJ89为亲本,包含125个F₁₀代）为材料,基于本课题组前期利用DArT标记构建的连锁图谱,结合4年2点共6个不同生态环境测得的穗长和株高表型数据,鉴定大麦穗长和株高QTL。结果表明,共鉴定到3个穗长QTL和2个株高QTL,分别分布在2H、3H、6H和7H染色体上,其中,穗长位点 Qsl.sicau-JB-2H在2个环境中被检测到,能够解释11.38%~14.66%的表型变异; Qsl.sicau-JB-7H在6个环境中均被检测到,能够解释35.10%~46.34%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-6H仅在1个环境中被检测到,可解释17.99%的表型变异。株高位点 Qph.sicau-JB-6H在5个环境中均被检测到,能够解释16.36%~21.18%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-3H仅在1个环境中被检测到,可解释15.40%的表型变异。本研究为解析大麦植株形态和产量性状遗传机制以及分子辅助育种奠定了基础。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

64份小麦种质的赤霉素响应评价及矮秆基因分子鉴定

为深入了解小麦矮秆种质资源的性状表现和遗传组成，研究了64份小麦品种（系）的株高和节间长度对外施赤霉素的响应，并利用分子标记对矮秆基因组成等进行了鉴定。结果表明，不同材料的株高、节间数量和节间长度对赤霉素响应存在差异。节间长对赤霉素的响应集中在倒二节、倒三节和倒四节。供试材料可以通过增加穗长和穗颈长弥补节间数量减少对株高的影响。赤霉素浓度对供试材料株高构成指数影响较小。通过对不同材料株高构成指数分析发现，SH-04和川麦86两份材料具有良好的株高构成比例。分子标记鉴定表明，供试材料中Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8的分布频率为31.25%、10.94%和65.63%。矮秆基因的降秆效应表现为Rht-B1b>Rht8、Rht9和Rht13。本研究得出Rht9+Rht13的株高构成指数为0.613，最接近于0.618，含有该基因组合的材料可以在株型育种中加以利用。     

Glu-D1d与Wx-B1b基因聚合在强筋小麦育种中的利用

Glu-D1d与Wx-B1b基因遗传效应是面包面条兼用型强筋小麦的主要遗传基础,二者聚合可实现蛋白质(面筋)质量和淀粉特性的同步改良,并拓宽和提升强筋小麦的加工用途和商品价值。本文总结了Glu-D1d与Wx-B1b基因及其聚合对强筋小麦品质的影响,并对两个基因聚合育种策略和注意事项进行探讨,以期为面包面条兼用型强筋小麦育种提供理论依据和实践经验。     

水稻隐花色素基因Cry1a/Cry2/Cry1bRNAi表达载体构建及遗传转化研究

构建一个包含3个水稻隐花色素基因片段的RNAi表达载体pSC 1301-347-Cry1aCry2Cry1b并转化水稻,以期导致Cry1a、Cry1b与Cry2集体沉默,观察它们对水稻重要农艺性状的影响.结果表明,转基因水稻开花期显著延迟,结实率骤降,株高增加,剑叶变短,谷粒变长、变宽；而剑叶宽、穗长与对照无显著差异.     

龙眼MEE70/MSI1基因DlMEE70-1a及其可变剪接体DlMEE70-1b的分离及其在体胚发生过程中的表达分析

MEE70/MSI1是拟南芥母性效应胚胎滞育基因,在植物胚胎发生过程中具有重要作用。采用RACE技术获得龙眼MEE70-1a(登录号KC492117)及其可变剪接体MEE70-1b(登录号KC492118)c DNA序列,克隆MSI1g DNA(登录号KC492126)序列。生物信息学分析预测Dl MEE70-1a和Dl MEE70-1b均为亲水不稳定的酸性蛋白,主要定位于过氧化物酶体和细胞核,各含有4和1个WD-repeat结构域。MEE70-1a和MEE70-1b在体细胞胚胎发生过程实时荧光定量PCR分析结果表明,Dl MEE70-1a和Dl MEE70-1b表达趋势以心形胚为界,除了Dl MEE70-1b的不完全胚型紧实结构(ICp EC)到球形胚(GE)阶段之间,都表现出先降后升的趋势;胚性愈伤组织(EC)时期两者表达量一致且最高;心形胚(HE)时期,两者表达量一致且最低,另Dl MEE70-1b在不完全胚性紧实结构(ICp EC)表达量与心形胚基本一致。这2个表达剂量是胚胎发生的重要保障,心形胚(HE)后,Dl MEE70-1a被再次激活转录促进胚胎正常发育。从Dl MEE70-1a和Dl MEE70-1b的理化性质、WD重复结构域数量、亚细胞定位以及表达量和趋势,可以推测Dl MEE70-1a需要Dl MEE70-1b的协同来调控龙眼胚胎发育。     

The Effects of Hardness Allele Pinb-D1b on the Flour Quality of Wheat for Japanese White Salty Noodles

We studied the effects of hardness allele Pinb-D1b on the flour quality characters for Japanese white salty noodles. With 110 doubled haploid lines derived from ‘Chugoku 140’ (hard,Pinb-D1b )בChikugoizumi’ (soft, Pinb-D1a), Pinb-D1b hard lines were found to have larger L* and a* of 60% flour colour, and smaller RVA breakdown than those of Pinb-D1a soft lines in addition to the higher flour yield, and larger average flour particle size. The Pinb-D1b allele is thus regarded to effectively improve milling efficiency and flour brightness. The inferior flour viscosity of Pinb-D1b lines is compensated for by introducing waxy allele(s) to increase viscosity by lowering amylose content.     

卡特兰ChCHS1和ChDFR1基因的克隆及表达分析

以卡特兰紫色花品种‘粉女郎’（Cattleya hybrid‘Pink Lady’）为材料,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中分离得到了一个查尔酮合酶（chalcone synthase, CHS）和一个二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase, DFR）同源基因的cDNA全长,分别命名为ChCHS1和ChDFR1,GenBank登录号分别为KP171693和KP171694。序列分析结果发现：ChCHS1的cDNA全长1 508 bp ,编码394个氨基酸;ChDFR1基因的cDNA全长1 250 bp,编码350个氨基酸。同源性检索和生物信息学分析表明,这2个基因编码的蛋白都具有各自的功能位点和保守性特征多肽序列。氨基酸序列比对与系统进化树分析显示,ChCHS1、ChDFR1基因在兰科中与蕙兰、石斛兰关系最近,与百合科关系较近。相对实时荧光定量PCR结果表明,ChCHS1 和ChDFR1都在蕾期表达量最低,伴随花朵的开放,表达量逐渐上升,最终分别在花朵盛开期和接近开放时达到最高。     

玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应

利用玉米ae1和du1隐性纯和突变自交系与普通玉米自交系48-2的杂交F₁、F₂代子粒为研究材料,通过单粒法测定子粒的直链淀粉含量和重量,用于分析玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应。结果表明：F₂代中具有ae1或者du1纯和突变的子粒表皮皱缩,重量明显下降,直链淀粉含量显著提高。在ae1与du1的杂交后代中,子粒的单粒重和直链淀粉含量没有显著变化,表明ae1与du1双突变并不能导致直链淀粉含量增加。单突变的ae1和du1群体内各子粒间的直链淀粉含量和重量差异较大,说明遗传背景中存在影响直链淀粉含量的修饰基因,表明在选育高直链淀粉玉米品系时,应当重视遗传背景的选择和修饰基因的累加。采用单粒法技术对分离后代进行直链淀粉含量和重量选择,有利于积累高直链淀粉修饰基因,是选育子粒饱满、高粒重的高直链淀粉玉米自交系的有效方法。     

玉米株高qPH10的QTL定位及候选基因预测

利用掖478为轮回亲本、齐319为供体亲本构建的染色体片段代换系CL137为父本,与掖478杂交构建近等基因系F2分离群体,根据齐319、掖478重测序数据开发在双亲中具有多态性的Indel分子标记,在两个环境中对控制玉米株高的10号染色体QTL进行定位。结果表明,2017年的株高表型将QTL定位到标记mk8-bnlg1655之间,位于83.86~85.34 Mb(B73 RefGen_v3)的1.5 Mb区间,表型贡献率为7.57%;2018年株高表型将株高QTL定位到标记mk5-bnlg1655之间,位于82.76~85.34 Mb的2.5 Mb区间,表型贡献率为5.75%。同时检测发现,该QTL主要以加性效应为主,显性效应较小。通过对所定位的QTL重合区间内的基因进行功能注释,预测可能控制株高的候选基因,为后续精细定位第10号染色体株高QTL以及探索候选基因功能机制提供研究基础。     

荆州黑麦 NPR1同源基因 ScNPR1的克隆与特性分析

为了明确荆州黑麦ScNPR1基因的功能,对荆州黑麦 NPR1同源基因ScNPR1进行克隆并分析了其表达特性。利用同源序列法和RACE技术从荆州黑麦中克隆得到 NPR1同源基因的3 185 bp全长cDNA序列,该基因包含了一个编码507个氨基酸(1 524 bp)的开放阅读框、终止密码子TGA、5′端1 517 bp的非编码区和3′端144 bp的非编码区,命名为ScNPR1。利用生物信息学软件对其结构进行分析,ScNPR1编码的氨基酸序列与已知的小麦、水稻 NPR1基因编码的氨基酸序列具较高的同源性,分别达到92.4%和90.3%。荧光定量PCR发现,ScNPR1基因在小麦不同器官中均有表达,在叶、茎、根中表达较高;ScNPR1基因在植物抗病相关信号分子水杨酸、茉莉酸和乙烯处理后上调表达,在白粉病菌、纹枯病菌和赤霉病菌的诱导下,ScNPR1基因也上调表达。研究结果表明,ScNPR1基因与水杨酸和乙烯信号转导途径有关,参与寄主对病原菌侵染的防御反应。