opaque-2玉米近等基因系的构建与赖氨酸含量快速检测

我国高赖氨酸玉米种质资源狭窄,opaque-2(o2)突变基因能大幅提高玉米赖氨酸含量,通过分子标记辅助选择构建o2玉米近等基因系并检测其赖氨酸含量具有重要意义。其中,要解决的两个关键问题是如何准确地将不同供体的o2突变基因导入受体系和如何快速地检测导入系的赖氨酸含量。本研究利用O2基因内紧密连锁的SSR共显性标记引物phi057检测玉米供体和受体自交系的多态性,利用其特异性和共显性构建o2近等基因系;参考已有研究,改进染料结合(DBL)法,测定18组构建成功的o2近等基因系的赖氨酸含量。结果表明,不仅在不同供体(CA339和山东2548)之间存在多态性,而且在不同受体系间也存在多态性,利用phi057能够成功地将不同供体的o2突变基因导入受体系,构建o2近等基因系;改进的DBL法分析表明,不同受体系赖氨酸含量变化较大,不同背景的受体系导入o2突变基因后赖氨酸含量增加的幅度差异也较大;普通玉米自交系间赖氨酸含量为0.223%~0.368%,构建成功的不同o2近等基因系间,赖氨酸含量为0.373%~0.527%,与受体亲本相比,赖氨酸增加幅度最低为13%,最高为74%。分析表明,phi057能准确筛选导入o2突变基因的受体系,结合改进的DBL法能快速地选择赖氨酸含量高的玉米。     

玉米Opaque-2基因内3个SSR位点的显性等位变异及其对赖氨酸含量的影响

以10个O2O2基因型的普通玉米自交系和3个o2o2基因型的高赖氨酸玉米自交系为材料,用3对O2基因内SSR引物phi112、umc1066和phi057进行PCR扩增产物电泳图谱分析和特异片段序列比较分析,以期了解O2位点显性等位变异对赖氨酸含量的影响。结果表明,玉米phi112、umc1066和phi057三个SSR位点均有丰富的显性等位变异,phi112位点的变异主要发生在其SSR序列的两侧,umc1066和phi057两位点的变异主要表现为SSR序列内部重复数目的变化和点突变。这些变异均对玉米籽粒的赖氨酸含量有影响。还讨论了这些显性等位变异影响O2基因的转录效率及其翻译产物对激活玉米醇溶蛋白合成能力改变的可能机制。     

糯玉米opaque2基因近等基因系的创制

opaque2基因能够提高糯玉米赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸的含量。用2种优质蛋白玉米(QPM)CA339和鲁2548自交系作为opaque2基因供体,25个品质较好的糯玉米自交系作为受体,利用回交技术和SSR分子标记辅助选择育种,创制糯玉米opaque2近等基因系。分子标记结果表明,不同受体以及两种供体间都存在多态性。5套创制成功的opaque2近等基因系的赖氨酸含量比其轮回亲本分别提高了59.0%、52.7%、48.5%、46.3%和61.9%,分别由0.308%、0.313%、0.309%、0.341%、0.323%提高到0.489%、0.478%、0.458%、0.498%、0.522%。本研究表明,可以利用此方法通过向不同遗传背景的多种受体导入opaque2,选取赖氨酸含量提高较大、透明表型的近等基因系,提高糯玉米的营养价值和经济价值。     

玉米o16基因回交渗入o2系的分子标记辅助选择

在高赖氨酸玉米育种中,主要是以玉米opaque-2(o2)突变体作供体回交转育培育亲本材料,再行培育高赖氨酸杂交种。但是,迄今培育的o2玉米系及其杂交种的籽粒赖氨酸含量约为0.4%,不能满足食用和饲用的需求。为了提高o2玉米的赖氨酸含量,本研究利用一个新的高赖氨酸突变基因opaque-16(o16)的载体QCL3021作供体,o2玉米系太系19为受体,将o16基因回交渗入o2玉米系。在回交的每一世代及随后的自交世代,用o2基因内的SSR标记umc1066和o16基因的连锁SSR标记umc1141进行前景选择,再对中选单株进行全基因组SSR标记的背景选择,最后用染料结合赖氨酸法测定籽粒赖氨酸含量,以便保证筛选出遗传背景恢复率和赖氨酸含量均高的目标单株。在BC₂F₄代,获得携带o2和o16基因的家系17个,其遗传背景与o2玉米系相当(恢复率为92%~95%),赖氨酸含量为0.469%~0.599%。其赖氨酸含量比普通玉米平均提高约122.63%;比高值亲本太系19(o2o2)平均提高约22.33%,增幅为6.11%~35.52%;比低值亲本QCL3021(o16o16)平均提高约65.86%,增幅为43.87%~83.74%。表明采用标记辅助选择技术将o16基因回交导入o2玉米,能有效提高玉米籽粒的赖氨酸含量,对高赖氨酸玉米的遗传改良和育种具有重要意义。     

玉米Opaque-2基因内3个SSR位点的显性等位变异及其对赖氨酸含量的影响

以10个O2O2基因型的普通玉米自交系和3个o2o2基因型的高赖氨酸玉米自交系为材料，用3对O2基因内SSR引物phi112、umc1066和phi057进行PCR扩增产物电泳图谱分析和特异片段序列比较分析，以期了解O2位点显性等位变异对赖氨酸含量的影响。结果表明，玉米phi112、umc1066和phi057三个SSR位点均有丰富的显性等位变异，phi112位点的变异主要发生在其SSR序列的两侧，umc1066和phi057两位点的变异主要表现为SSR序列内部重复数目的变化和点突变。这些变异均对玉米籽粒的赖氨酸含量有影响。还讨论了这些显性等位变异影响O2基因的转录效率及其翻译产物对激活玉米醇溶蛋白合成能力改变的可能机制。     

opaque 2基因微卫星标记与玉米籽粒赖氨酸含量的关系

利用opaque2（o2）基因序列内的微卫星标记phi057、phi112和umc1066检测优质蛋白和普通玉米自交系CA335及黄早四,发现phi057是共显性标记,且具有明显的多态性。利用标记phi057对BC1F1回交群体[(CA335×黄早四)×CA335]的224个单株进行检测,两种基因型o2o2和o2O2的分离比为1︰1.24,符合孟德尔遗传分离比例。进一步将群体内     

玉米o2,o16和wx基因不同聚合类型近等基因系的选育

为研究玉米高赖氨酸奥帕克-2(opaque-2,o2),奥帕克-16(opaque-16,o16)和糯性(waxy1,wx1)突变基因聚合提高营养品质的分子机理,以玉米o2,o16和wx三隐性基因聚合系QCL 8002-11(o2o2o16o16wxwx)为供体亲本,以普通玉米自交系CML 539为受体亲本,构建玉米o2、o16和wx基因不同聚合类型的近等基因系,经过多代回交和自交,利用分子标记辅助选择技术,选育出一批含有o2o16wx三隐性基因,o2o16、o2wx和o16wx双隐性基因,o2、o16和wx单隐性基因的近等基因系材料,为玉米品质的快速改良和阐明优异基因聚合提高玉米营养品质的机理提供材料基础。     

优质蛋白早熟玉米单交种陕单17的选育研究

优质蛋白早熟玉米单交种陕单17是西北农林科技大学农学院专用玉米研究室,1996年用高赖氨酸自交系Y77QPM为母本,用高赖氨酸自选自交系Y76QPM为父本杂交育成。经过2000—2001年国家玉米区试黄淮海A组试验,2002年国家玉米区试黄淮海夏玉米组生产示范试验,表现出赖氨酸含量0.46%,蛋白质含量11.53%,较普通玉米对照农大108早熟6天,综合抗性好,产量与普通玉米对照接近,可籽粒饲用和粮饲兼用等特点。推荐国家审定,适宜在陕西乃至黄淮海区夏播或春播地区推广种植。陕单17QPM早熟、抗倒、抗病,采用普通玉米骨干杂优模式“黄改系×兰卡斯特群”,采取回交、自交交替转育,其亲本导入亚热带种质,组材新,方法优,它的籽粒品质是本届区试中唯一达到国家普通玉米一等,食用玉米一等,饲用玉米一等,优质蛋白玉米二等的品种,黄淮海夏播区新一代优质蛋白玉米接班品种,该品种已申报国家植物新品种保护。     

玉米第10染色体大刍草单片段代换系的构建及穗长QTL分析

为了构建玉米第10染色体大刍草单片段代换系群体并进行穗长QTL的筛选。以玉米野生近缘种墨西哥类玉米为供体亲本,以玉米自交系郑58为受体亲本和轮回亲本连续进行多代回交。利用BC_7F_1至BC_9F_1连续回交群体,选用45对在供体和受体亲本间有明显多态性差异的引物进行SSR分子标记辅助选择,构建以墨西哥类玉米为供体亲本的玉米第10染色体单片段导入系群体。对穗长性状QTL在第10染色体上位置进行初步定位。经过连续多代回交和SSR标记跟踪检测,获得了以郑58为遗传背景的墨西哥类玉米导入系群体,共检测到单片段代换系材料107份,代换片段平均长度为25.52~45.97 c M,总长度为944.15~1 884.74 c M,对第10染色体覆盖率为70.38%~89.65%。在BC_9F_1回交群体中鉴定了4个来自墨西哥类玉米并位于第10染色体的穗长QTL,初步定位于umc2528、phi054、bnlg1360和umc1877标记附近。结果表明,利用大刍草作为供体亲本可以获得大量玉米第10染色体单片段代换系材料,为优良QTL性状的发掘和筛选奠定了材料基础,拓宽了玉米新品种选育的种质资源范围。     

玉米双交F1群体中SSR遗传标记位点的遗传分离分析

用高赖氨酸玉米白交系太系19和QCL 3021及糯玉米自交系QCL 5019构建了双交F1代群体[(太系19×QCL3021)×(太系19×QCL 5019)],利用SSR分子标记技术,选出o2o2 o16o16 Wxwx基因型的植株23株.然后.用3个亲本从分布于全基因组的180个SSR标记中筛选出在3个亲本问均具有多态性的SSR标记14个.最后.进行14个SSR位点在23株后代中的位点及基因型分离分析,结果为SSR位点与基因型的分离主要偏向于两个高赖氨酸玉米亲本基因型分离产生了4种正常基因型和3种异常基因型;4种正常基因型在13个SSR位点存在极显著的偏分离.这一结果对SsR标记的遗传分离及应用研究有一定的参考价值.     

Simple sequence repeat polymorphism in Quality Protein Maize (QPM) lines

A set of 23 Quality Protein Maize (QPM) lines, including 13 lines developed in India and 10 lines at CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Center), Mexico, was analyzed using microsatellite or simple sequence repeat (SSR) markers. Polymorphic profiles for 36 SSR loci have aided in differentiating the QPM inbred lines. The study resulted in identification of SSR markers, such as bnlg439, phi037, bnlg125, dupssr34 andbnlg105, with high polymorphism information content in the selected QPM genotypes. Detection of 30 unique/rare SSR alleles could contribute to effective differentiation of 14 of the 23 QPM inbreds. An opaque2-specific microsatellite marker, phi057, also facilitated differentiation of opaque2-carrying QPM inbreds from the non-opaque genotypes. Analysis using SSR markers indicated high levels of heterozygosity in majority of the Indian QPM lines and in one CIMMYT QPM inbred, CML188. Cluster analysis using SSR data, followed by canonical discriminant analysis, clearly distinguished the Indian QPM inbreds from those developed at CIMMYT. The cluster patterns were largely in congruence with the available pedigree information of the QPM inbreds studied. The study demonstrates the effectiveness of SSR markers in QPM genotype discrimination and analysis of genetic relationships, and could potentially contribute towards effective utilization of the elite QPM germplasm in Indian maize breeding programmes. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Particle-Bombardment-Mediated Co-Transformation of Maize with a Lysine Rich Protein Gene (sb401) from potato

Summary Little work has been reported on genetic transformation with maize inbred lines, especially elite inbred lines used in breeding. In this work, 7 self-pollinated inbred lines and 4 hybrid lines have been screened. The results revealed that calli derived from immature embryos from two inbred lines X333 and X301 were compact, hyperhydric and unsuitable for transformation, but the calli induced from other inbred lines and all the hybrid lines were friable and yellow and could be used for genetic transformation. The sb401 gene isolated from potato (Solanum berthaultii) encodes a protein with a high lysine content. Maize calli from 5 self-pollinated inbred lines and 4 hybrid lines were transformed using particle-bombardment with different plasmids to simultaneously introduce the sb401 lysine rich gene and the selectable gene hpt respectively. Two hundred and sixty-eight regenerated plants were obtained from these genotypes. Co-insertion was confirmed in 29 regenerated plants by PCR and Southern blot analysis. Transgene segregation of the R1 plants was observed and one marker-free transgenic maize line was recovered. Analysis of the crude protein content in mature seeds of R1 transgenic plants also showed an increase from 36.8% to 48.2%. This study thus provides a workable system for generating transgenic maize free from selectable marker genes and generates valuable resources for obtaining marker free transgenic maize with a high-lysine protein content.     

优质蛋白玉米产量和品质性状配合力、杂种优势及相关分析

以3个优质蛋白玉米自交系（♀）和5个优质蛋白玉米自交系（♂）为试验材料,按照NCⅡ遗传交配设计组配成15个杂交组合,对其主要性状的配合力、杂种优势及其间相关进行分析。结果表明：①同一性状不同材料间,同一材料不同性状间其配合力效应表现复杂,存在不同效应大小和正负作用方向的差异,父本A粒深、容重的一般配合力均较高;母本2赖氨酸含量的一般配合力较高;组合3×C容重的特殊配合力较高。②小区产量与粒深、穗粗呈极显著正相关;赖氨酸含量与粗脂肪含量呈极显著正相关,与粗蛋白含量呈显著正相关。③赖氨酸含量、粗蛋白含量以超低亲杂种优势为主;粗淀粉含量以超中亲优势为主;粗脂肪含量以超高亲优势为主。     

油菜MICMS恢复基因近等基因系的构建与近等性分析

以宁R7为恢复基因源,利用连续回交法构建以T78、T84和ZS9三个优异种质为遗传背景供体的近等基因系候选株系。于成熟期考察并比较候选株系农艺性状,同时采用SSR标记对候选株系进行PCR扩增估算遗传相似系数并进行聚类分析。农艺性状分析(t测验)表明,不同候选株系与其供体的农艺性状具有不同程度的相似性,株高和分支点高度的差异程度较其他性状高。采用75对SSR引物对21个候选株系PCR扩增共得到157个目的片段,发现三个遗传背景候选株系的平均遗传相似系数分别为0.86、0.92和0.98。农艺性状与SSR标记综合分析后,认为wh13、wh59和wh118分别为三个种质的最优近等基因系。综上表明,采用农艺性状比较与分子标记相结合分析近等性是一种有效的近等基因系的检测方法。中选近等基因系可用于恢复基因的定位及克隆。     

The ND EarlyQPM program: developing the next generation of healthier maize (<Emphasis Type="Italic">Zea mays</Emphasis> L.) products

There is a need to develop the next generation of healthier crop products for an improved human and animal nutrition. Maize (Zea mays L.) cultivars with improved amino acid profiles are essential to diets focused on this crop. Breeders have added crop value with the development of quality protein maize (QPM). However, QPM cultivars have never been an option to farmer and ranchers in short-season environments. The objectives of this research were: (1) to adapt QPM genotypes to the northern U.S. through the North Dakota (ND) EarlyQPM Program, and (2) to develop new early generation SS and non-SS short-season QPM lines and populations for breeding purposes. Fifty-three inbred lines, including 47 QPM donor lines, five experimental North Dakota State University (NDSU) lines, and one ex-PVP line from industry, were selected to produce 94 early-QPM backcross populations. Considering earliness, protein content, and amino acid levels, 218 early generation lines were selected for producing testcrosses with industry testers. Experiments evaluating testcrosses were arranged in 10 × 10 and 12 × 12 partially balanced lattice designs across three ND locations in 2013 and 2014. A total of 48 lines were selected for further development, 17 representing the Stiff Stalk (SS) heterotic group and 31 representing the non-SS group. Selected lines showed, in hybrid combinations, not only above average grain yield, rate of dry down, and total protein content but also high levels of lysine, tryptophan, and methionine essential amino acids for feedstock nutrition. The results of this research show, for the first time, the successful adaptation of QPM genotypes to short-season environments. As a result, new ND EarlyQPM germplasms and lines have been developed for potential release.     

几个高油与普通玉米自交系子粒品质性状的配合力分析

高油玉米杂交种由高油玉米自交系和普通玉米自交系杂交组配而成,高油玉米育种的核心仍然是杂种优势的利用。为了高油玉米育种的亲本选择和组合配制提供理论依据,以3份高油玉米新种质为父本,自选的4份普通自交系为母本,采用不完全双列杂交设计组配12个F1组合为供试材料,对其子粒油分、蛋白质和淀粉含量进行配合力分析。结果表明:不同的自交系,不同品质性状的配合力表现不同。XGY003、YZ141B、H195-2具有油分含量一般配合力较高的自交系。C279、YZ141B、H195-2自交系的蛋白质一般配合力较高。XGY003、XGY020、C279、H78-3自交系的淀粉一般配合力较高。一般配合力高的亲本,容易产生特殊配合力高的组合,但双亲的一般配合力较高的也不一定组合的特殊配合力就高。本试验没有发现3个品质性状一般配合力效应值都高的自交系。综合看来,3份高油玉米种质中XGY003油分含量一般配合力效应值较高,4份普通自交系中YZ141B、H195-2油分含量一般配合力效应值较高,这3个自交系在长治地区玉米育种中可作为高油玉米自交系加大利用,以选出油分含量较高的优势组合。C279、YZ141B、H195-2自交系的蛋白质一般配合力较高,XGY003、XGY020、C279、H78-3自交系的淀粉一般配合力较高,在以后玉米育种中可作为特用玉米自交系作进一步的改良和应用。