甜瓜SSR标记在葫芦科不同作物间的通用性分析

微卫星标记(SSR)在近缘物种间具有通用性,因其高效率、低成本可广泛用于跨物种间的遗传多样性分析、基因定位和图谱构建等。本试验基于甜瓜基因组测序结果开发了120对SSR标记,研究其在8种葫芦科作物间的通用性及作物内的多态性,并利用NTSYS软件分析37份不同瓜类作物材料间的遗传多样性。结果显示,114对标记均在甜瓜基因组中得到有效扩增,黄瓜中有108对标记有效扩增,通用性比率为94.7%,南瓜中能有效扩增标记最少,其通用性比率也达到了41.2%,在8种葫芦科作物间均通用的标记有29对;通过对通用性标记的多态性分析表明,甜瓜多态性比率最高为61.4%,西瓜、黄瓜、苦瓜、冬瓜、西葫芦、南瓜和丝瓜多态性比率分别为32.5%、14%、4.4%、8.8%、3.5%、13.2%和11.4%;不同作物间的平均遗传相似系数在0.70~0.83之间,其中甜瓜和黄瓜平均遗传相似系数较小,亲缘关系较近,西葫芦和南瓜间的平均遗传相似系数最小,亲缘关系最近。这些通用性标记将有利于提高葫芦科作物整体分子生物学研究水平。     

植物QTL研究进展

摘要：随着分子生物学和基因组学的发展,作物QTL研究方面取得了极大的进展。采用QTL定位方法研究作物数量性状从通常可见表型发展到基因的表达水平,从某一发育阶段的静态QTL定位发展到全生育期的动态QTL定位。并且作物QTL研究也不断深入,近年来已克隆了番茄,水稻和小麦等多种植物重要农艺性状的QTL,并从分子水平上剖析了它们的作用机理。本文就作物QTL分析的现状,发展趋势以及作物QTL图位克隆中精细定位策略等方面进行了介绍和分析。     

甜瓜果皮颜色遗传分析及基因定位

为探究甜瓜皮色性状的遗传规律，定位目标性状关联的遗传位点，选用黄皮材料B432 和绿皮材料B168、B421 为亲本，构建6 世代遗传群体(P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2)，用于分析甜瓜皮色性状的遗传规律；同时，利用BSA-seq 和全基因组重测序技术，定位控制甜瓜皮色的基因。结果表明，甜瓜皮色由2对基因控制，其中绿色对白色具有显性上位性效应，白色对黄色为显性。同时，将皮色相关基因分别定位于4 号染色体和10 号染色体的0.02~5.7 Mb和0.08~9.5 Mb区间。试验初步定位了控制甜瓜皮色的基因，为后续进行基因精细定位提供依据，为开展甜瓜皮色的分子标记辅助选择奠定基础。     

水稻苗期根部性状的遗传分析和最长根长QTL qLRL4的精细定位

为了解析水培苗期根系相关性状的遗传调控,以籼稻9311和粳稻日本晴(Nipponbare, NPB)为亲本的148个株系构成的重组自交系群体为材料,对水稻幼苗根系相关性状开展QTL分析。在2次重复中共检测到26个控制最长根长、总根系长、根表面积、根体积和根直径的QTL,分布在水稻第1、2、4、7、9、10、11号共7条染色体上,发现了水稻第2、4、7和10号染色体上的4个QTL簇,包括第4号染色体上控制最长根长的QTL qLRL4。为了精细定位该QTL,我们构建了以9311为背景、插入缺失标记IND4-1和IND4-4间来自NPB的近等系NIL-qLRL4。利用NIL-qLRL4和9311构建的F2群体,最终将qLRL4精细定位在标记IND4-1和IND4-3之间约68.23 kb的区间内并预测了候选基因。此根长QTL的精细定位将有助于水稻根长遗传机理的研究,为探究水稻根系形态建成的分子机制奠定了基础。     

基于GBS高密度遗传图谱初步定位西瓜种皮斑块基因

西瓜(Citrullus lanatus L.)种皮斑块是种皮覆纹类型之一,是西瓜种子的一个重要外观性状,为了深入研究种皮斑块的调控基因,本研究以种皮无斑块的西瓜自交系K2和种皮有斑块的西瓜自交系L1为亲本构建F₂代分离群体,选取F₂群体中的120株个体进行种皮斑块的遗传分析和GBS测序,测序获得所有个体的基因型,结合120株F₂群体的基因型与表型初步定位种皮斑块基因。遗传分析结果表明,F₁代种子全部为有斑块,F₂代种子出现有斑块和无斑块两种表型,且有斑块:无斑块接近于3:1,说明种皮斑块性状是由显性单基因调控。利用GBS技术所构建的西瓜高密度遗传图谱将种皮斑块基因初步定位到10号染色体物理距离为2.28 Mb[17876993~20156867(97103 V1.0)]的区间内。通过CAPS分子标记加密,将种皮斑块基因候选区段缩小到10号染色体[24581840~26210948(97103 V2.0)]区间内,其物理距离为1.63 Mb。本研究结果为后期精细定位种皮斑块基因打下了基础。     

甜瓜基因组学研究进展

甜瓜是一种世界性的园艺作物.随着现代生物技术的迅速发展,甜瓜基因组学研究越来越深入,国际葫芦科基因组计划也已经筹备完成即将启动.目前已构建有14张甜瓜遗传图谱,多个重要性状的分子标记及数量性状位点已找到并定位在图中,并开始在葫芦科作物之间进行比较基因组图谱方面的研究.已克隆出枯萎病抗性基因Fom-2,其它农艺性状基因的克隆工作也在陆续开展.本文在甜瓜遗传连锁图谱的构建、重要性状分子标记及OTL定位、比较基因组学及基因克隆等方面分别对其研究进展进行了探讨,以期为我国的甜瓜基因组学研究提供有益的参考.     

小麦面粉膨胀势的遗传方式及QTL定位

通过对小麦面粉膨胀势进行初步定位,可以为小麦品质遗传改良和相关基因的精细定位和克隆提供理论依据。以小麦‘花培3号’和‘漯麦4号’的双单倍体群体为材料,通过一年两点试验,研究了面粉膨胀势的遗传方式,并采用复合区间作图法对其进行QTL分析。结果发现,面粉膨胀势由微效多基因控制,为数量性状。QTL定位结果表明,在北京点定位到2个与面粉膨胀势相关QTLs,位于4A染色体上。这两个位点均来自母本‘花培3号’等位基因的增效作用,其效应值分别为0.4298和0.5948。河南点只检测到1个与面粉膨胀势相关QTL,也位于4A染色体上。该位点来自母本‘花培3号’等位基因的减效作用,其效应值为0.3024。3个QTLs位于4A染色体上的不同标记区间,共解释面粉膨胀势37.92%的表型变异。两地没有检测到共同的QTL。尽管北京点的两个位点贡献率分别为11.29%和21.48%,但不是稳定的QTL,可能在小麦面粉膨胀势分子标记辅助选择上应用不是很大。     

基于生物信息学的玉米抗病QTL比较定位

以玉米遗传连锁图谱IBM2 2008 Neighbors为参考图谱,利用BioMercator 2.1软件,通过映射来自不同实验中的340个玉米抗病QTL,构建出玉米抗病QTL的整合图谱。采用元分析技术,在1、3、6、10号染色体上发掘5个"一致性抗病QTL"区间,图距分别为5.14cM、9.00cM、28.50cM、1.73cM和33.34cM。从MaizeGDB网站下载"一致性抗病QTL"区间内的基因和标记原始序列,采用NCBI网站在线软件BlastX通过同源比对,在5个"一致性抗病QTL"区间内初步确定8个抗病基因同源序列。借助比较基因电子定位策略,将54个水稻和44个玉米抗性基因转定于玉米IBM2 2008 Neighbors遗传连锁图谱上。本文研究结果为玉米抗病QTL精细定位和克隆奠定了基础。     

染色体单片段代换系的构建及应用于QTL精细定位

染色体片段代换系(Chromosome Segment Substitution Lines,CSSLs),又称为代换系(Substitution lines,SLs)或导入系(Introgression lines,ILs)。只含一个代换片段的代换系,即单片段代换系(Single Segment Substitution Lines,SSSLs)是理想的代换系。单片段代换系只有代换片段与受体亲本不同,其它遗传背景与受体亲本完全一致,对代换区段中的QTL进行分析时遗传背景干扰很小,有利于QTL的分析,不少学者利用单片段代换系材料对许多QTL进行了鉴定和精细定位,并克隆了一些重要性状的QTL。本文介绍了染色体单片段代换系构建的原理和利用微卫星标记(SSR）进行单片段代换系鉴定的方法,讨论了代换系构建过程中值得注意的问题,并对用染色体单片段代换系进行QTL精细定位做了展望。     

甜玉米果皮厚度QTL的定位及上位性互作

果皮厚度是影响甜玉米口感的一个重要因素。发掘果皮厚度的基因资源、了解玉米果皮厚度的遗传机制,是指导其育种的基础。本研究以日超-1(薄果皮,56.57μm)×1021(厚果皮,100.23μm)的190个BC1F2家系为作图群体,分别采用2种遗传模型检测QTL。基于复合区间作图(CIM)共检测到3个影响果皮厚度的QTL,位于3.01、6.01、8.05区段,分别解释8.6%、16.0%和7.2%的表型变异,其中3.01和8.05处QTL以加性效应为主;基于混合线性CIM模型(MCIM)共检测到5个影响果皮厚度的QTL,其中除8.05处QTL为加性QTL外,另有2对加×加上位性互作QTL,1对是2.01和6.05处QTL之间的互作,另1对则是5.06和6.01处QTL间的互作。这2对互作QTL分别解释了6.63%和12.48%的表型变异率。本结果表明,加性效应和上位性互作效应等都在果皮厚度的形成和遗传中起重要作用。能够检测QTL上位互作的MCIM模型更适用于果皮厚度QTL定位。本研究还在其中4个QTL的区域内分别检索到胚乳中色素合成以及细胞转变的相关候选基因,这些基因的表达是否与果皮厚度的变异有关值得进一步研究。     

葫芦科14-3-3(GRF)基因家族的鉴定及进化分析

14-3-3蛋白是植物中一类高度保守的蛋白家族,因其特异识别并结合靶蛋白的磷酸化位点而广泛参与植物生长发育和逆境胁迫响应过程。为系统地了解14-3-3(GRF)基因家族在葫芦科作物中的基本特征和进化关系,本研究利用生物信息学从葫芦科7个物种基因组内共鉴定出83个14-3-3(GRF)基因,其中西瓜中有10个、甜瓜中9个、黄瓜中10个、瓠瓜中9个,3个南瓜属物种基因组各15个。理化特性表明14-3-3(GRF)蛋白的分子量约为30 k D,且大都为酸性氨基酸(pI<7.0)。相对于西瓜、甜瓜、黄瓜和瓠瓜,基因组复制事件是3个南瓜属物种内14-3-3(GRF)基因数目增多的主要原因。进化分析显示,葫芦科14-3-3(GRF)基因家族可进一步被划分为ε类和非ε类亚组,且后者的基因结构(外显子数目,内含子相位)较为保守。本研究结果首次完成了14-3-3(GRF)基因家族在葫芦科作物的鉴定、基因结构、基因家族扩增、共线性及进化分析,为更深入研究该家族基因的生物学功能提供参考。     

玉米苗期在盐胁迫下耐盐相关QTL分析

通过对玉米耐盐性状基因的QTL定位,找到耐盐性状控制位点在染色体上的位置,来帮助耐盐玉米品种的选育和基因的克隆。本研究选用耐盐自交系8723和盐敏感自交系P138为材料构建的F2群体,通过Jionmap 4.0软件对F2群体构建分子遗传连锁图谱。构建了一个包含有174个SSR标记位点的分子遗传连锁图谱,平均分布在玉米的10条染色体上共2 764.3 cM,标记区间平均间距为15.88 cM。通过对表型数据的分析,对玉米的4个植株性状进行了QTL定位。结果共检测到8个与玉米苗期耐盐性状相关的QTLs,分别位于2号、4号、6号、9号染色体上。本研究结果为幼苗在盐碱地正常生长提供科学依据。     

葫芦科PAL基因家族生物信息学分析及甜瓜PAL4基因克隆

苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷代谢途径的第一个酶,对植物发育、抗逆及信号传导起着尤为重要的作用。为了在葫芦科作物中更为深入地研究苯丙氨酸解氨酶的结构及理化性质、发掘更多潜在的苯丙氨酸解氨酶基因,本研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)4个苯丙氨酸解氨酶基因(At-PAL)入手,通过BLAST比对方法在葫芦科数据库(http://cucurbitgenomics.org/)中鉴定甜瓜(Cucumis melo L.)、西瓜(Citrullus lanatus)、黄瓜(Cucumis sativus L.)苯丙氨酸解氨酶的同源基因,并进行其生物信息学预测分析。结果表明:在甜瓜、西瓜、黄瓜中分别比对出4条、6条、5条同源基因,分别命名为MELO-PAL 1~4、Cla-PAL 1~6、Csa-PAL 1~5。其各级结构及理化性质与拟南芥苯丙氨酸解氨酶基因均较为相似。并对它们进行了系统进化树的构建,结果表明各物种间苯丙氨酸解氨酶基因家族间同源性较高,并利用分子生物学的手段,克隆了甜瓜的第四条比对基因(MELO-PAL4),将其连入T载体中进行测序。测序结果显示,克隆的基因序列与比对序列间总体相似度为92.54%。本研究为进一步发掘葫芦科作物PAL基因功能提供了重要的帮助。     

增加穗粒数的水稻染色体代换系Z747鉴定及相关性状QTL定位

增加穗粒数对水稻高产品种培育至关重要。其遗传基础复杂,由多基因控制。水稻染色体片段代换系可以将多基因控制的复杂性状分解,因而是理想的遗传研究材料。本研究通过高代回交和自交结合分子标记辅助选择方法,鉴定了一个以日本晴为受体、西恢18为供体亲本的、含有15个代换片段的增加穗粒数的水稻染色体片段代换系Z747,平均代换长度为4.49 Mb。与受体日本晴相比, Z747的每穗总粒数、一次枝梗数、二次枝梗数、穗长和粒长显著增加,粒宽显著变窄、结实率显著降低,但结实率仍为81%。进一步以日本晴和Z747杂交构建的次级F2群体鉴定出46个相关性状的QTL,分布于水稻1号、2号、3号、5号、6号、9号、11号和12号染色体上。其中qGPP12、qPH-3-1、qPH-3-2等12个QTL可能与已克隆的基因等位, qSPP9等34个可能是新鉴定的QTL。Z747的每穗总粒数由2个具有增加粒数效应的QTL (qSPP3和qSPP5)和1个具有减少粒数效应的QTL (qSPP9)控制。研究结果对主效QTL的精细定位和克隆、以及有利基因的单片段代换系培育有重要意义。     

作物染色体导入系的构建及其应用

染色体导入系,也称染色体片段代换系、回交重组自交系或近等基因系,是借助分子辅助选择方法,通过回交和自交,从供体中导入一个或几个小的染色体片段进入轮回亲本.相对于传统的遗传群体,导入系群体大大降低了供体材料的遗传背景的干扰,提高了QTL分析的灵敏度和准确性,是QTL鉴定、精细定位、互作分析、图位克隆、性状改良及杂种优势利用和基因表达分析的理想的实验材料.本文就染色体导入系的研究情况进行了详细的综述.     

黄瓜果皮颜色的遗传规律与分子机理

黄瓜(Cucumis sativus L.)是重要蔬菜作物之一。黄瓜果皮颜色作为最直接的外观品质,具有重要的商品价值。黄瓜果皮颜色性状为数量性状,其遗传表达受到环境的影响。目前控制黄瓜果皮颜色的5个主要基因已被克隆。其中CsaARC5和CsYcf54控制黄瓜浅绿色果皮,w基因控制白色果皮,CsMYB36基因控制黄绿色果皮以及CsMYB60基因控制橙色果皮。它们均通过调控叶绿素以及类黄酮代谢途径来决定黄瓜果皮颜色。本综述总结了近年来黄瓜果皮颜色的遗传规律与分子机理的研究进展,为进一步完善黄瓜果皮颜色调控机制提供参考。     

水稻剑叶形态与稻米粒形QTL分析及相应剩余杂合体衍生群体的构建

利用D50/HB277衍生的由190个株系组成的F7重组自交系群体,在杭州和海南两种环境条件下对剑叶形态及稻米粒形进行QTL分析.共检测到控制上述性状29个QTL,分布于除第2和第11染色体以外的其它所有染色体,其中6个QTL在两种环境中同时被检测到且贡献率大于10%.第1、4和7染色体分别存在控制剑叶面积、剑叶宽度及稻米粒形等性状且贡献率较大的QTL区间,同时在上述区间还存在控制其它多个性状,表现为QTL成簇分布,并以此筛选了3个剩余杂合体,作为相关基因遗传分解、精细定位、克隆及分子设计育种的候选区域.     

黄瓜NRT3基因的鉴定和特征分析

旨在探讨黄瓜NRT3基因的遗传进化和功能,为进一步研究黄瓜NRT3基因的功能提供依据。利用生物信息学方法,从黄瓜基因组中鉴定出2个NRT3基因,并对这些基因的基因组分布、结构、遗传进化和顺式元件进行了系统分析。结果显示,黄瓜的NRT3两个基因均位于1号染色体,具有1个或者2个外显子,分别与拟南芥的NRT3.1或者NRT3.2直系同源。NRT3在瓜类作物间编码蛋白的序列非常保守,它们都具有数个植物激素和逆境应答元件,而且黄瓜和甜瓜的直系同源NRT3基因的顺式调控元件存在较大差异。本研究为进一步研究黄瓜NRT3的遗传进化和功能提供了线索。     

多年生长雄蕊野生稻感光性的遗传分析

非洲的长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)具有多年生、抗病、抗虫、耐寒、耐旱等优良特性,可用于栽培稻的遗传改良。但其感光性强,长日照下不抽穗。为了在分子标记辅助育种过程中排除不需要的强感光性,须先找到长雄蕊野生稻中控制感光性的QTL。感光性是指水稻受日照长短的影响而改变其抽穗期的特性。抽穗期作为水稻重要的农艺性状,与产量有着密切的联系。本研究以长雄蕊野生稻(Oryza longistaminata)为父本,栽培稻巴利拉(Balilla)为母本杂交构建的F2群体为研究材料。对F2群体的抽穗期性状进行QTL定位分析,共得到6个控制水稻抽穗期的QTL,这些QTL分别位于第2号、第4号、第8号和第9号染色体上。在两年长日照下的F2群体中都检测到第8号染色体上的qDTH-8-1位点,但短日照下未检测到该位点,说明其跟感光性相关。qDTH-8-1是一个主效位点,对抽穗期表型贡献率最大,其中包含已被克隆的DTH8/GHD8基因。此外,我们还检测到另外4个已被定位但未被克隆的位点qDTH-4-1、qDTH-8-2、qDTH-9-1和q DTH-9-2,他们在本群体中的效应不大。结果表明,长雄蕊野生稻的感光性主要由qDTH-8-1控制,育种后代中要注意检测该位点的基因型。通过检测长雄蕊野生稻中的抽穗期QTL并进一步克隆到基因,这有助于深入了解野生稻强感光性的遗传机理,为水稻品种改良提供基因资源。     

不同盐浓度胁迫下小麦苗期苗高和主根长的QTL分析

小麦苗期苗高和主根长是鉴定小麦苗期耐盐性的重要指标。利用小麦品种花培3号×豫麦57获得的DH群体168个株系,在去离子水(对照)以及50,100,200 mmol/L NaCl溶液处理下,进行苗高和主根长的数量性状基因(QTL)定位分析。利用完备区间作图法,共检测到影响苗高和主根长的25个QTL,单个QTL对表型的贡献率为4.19%～23.72%。位于3D染色体区间Xgdm72-Xbarc1119上影响主根长的QTL位点具有最大的遗传效应,贡献率为23.72%;在100 mmol/L和50 mmol/L NaCl处理下,在2D染色体Xwmc170.2-Xgwm539区段,同时检测到影响苗高的2个QTL位点,其贡献率分别为12.59%和8.40%;在100 mmol/L和200 mmol/L NaCl处理下,在4D染色体Xc-fa2173-Xcfe188区段,同时检测到影响主根长的2个QTL位点,其贡献率分别为8.77%和5.70%;在对照和100mmol/L NaCl溶液处理下,在5BL染色体Xgwm213-Xswes861.2区段,同时检测到影响苗高的QTL位点,其贡献率分别为17.49%和6.28%。另外,在50 mmol/L NaCl溶液处理下,4B染色体Xwmc657-Xwmc48区段还定位了1个影响苗高的QTL位点,其贡献率为12.59%;在染色体3A和染色体7D上各检测出与主根长有关的1个不同的QTL;在5A染色体Xbarc358.2-Xgwm186和Xcwem40-Xbarc358.2区间分别检测到1个影响苗高的QTL。这些主效QTL可用于苗高和主根长的分子标记辅助选择。