小麦 TaFer A1基因抗旱相关分子标记的开发

铁结合蛋白(Ferritin,Fer)参与干旱胁迫应答反应,开发Fer基因抗旱相关的分子标记可为抗旱小麦品种选育提供依据。本研究依据2个强抗旱性和2个弱抗旱性小麦品种1A染色体上铁结合蛋白基因(TaFer-A1)序列的差异,开发TaFer-A1基因抗旱相关的分子标记,用150份萌发期抗旱性不同的小麦品种(系)对标记的有效性进行验证。克隆序列比对发现,TaFer-A1基因在4份抗旱性极端品种间仅存在7个变异位点,包括6个SNP位点和1个3bp碱基Del/Ins位点,其中仅在基因第1个内含子区域的3个连续碱基TCT的Del/Ins位点变异与4份品种抗旱性的表型相对应,而其余6个SNP位点在强与弱抗旱性品种之间随机发生。根据两组抗旱性极端品种间TCT碱基的差异,设计1对引物开发出了分子标记FerA1i-ntr1。该分子标记在2个强抗旱性品种中扩增出了167bp特异性条带,定名为TaFer-A1a等位变异;在2个弱抗旱性品种中扩增出了170bp特异性条带,定名为TaFer-A1b等位变异,表明FerA1i-ntr1为共显性标记。在分子标记FerA1i-ntr1检测的150份小麦品种(系)中,有73份被检测为TaFer-A1a等位变异类型,平均相对发芽率为70.1%;77份被检测为TaFer-A1b等位变异类型,平均相对发芽率为55.1%。TaFer-A1a等位变异类型品种(系)的平均相对发芽率极显著高于TaFer-A1b等位变异类型的(P<0.01),说明该共显性标记FerA1-intr1可用于小麦抗旱性的鉴定和筛选,也表明TaFer-A1基因与小麦抗旱性有关。     

黄淮海麦区部分小麦品种的抗旱性评价及相关分子标记的有效性验证

为研究黄淮海麦区小麦品种的抗旱性,对黄淮海麦区46个小麦品种萌发期的抗旱性进行鉴定,验证3个抗旱性相关分子标记的有效性,并利用分子标记检测抗旱性相关基因 1-feh-w3、 TaDreb-B1、 TaNRX-B1的单倍型分布。结果显示,供试材料的平均相对发芽率为64.8%,变化范围为30.7%~95.4%,中等及以上抗旱性等级小麦品种占比84.8%。 1-feh-w3基因的Westonia type单倍型平均相对发芽率显著高于Kauz type单倍型,但与相对发芽率相关性并不显著。 TaNRX-B1基因的 TaNRX-B1a单倍型平均相对发芽率显著高于 TaNRX-B1b单倍型,且与相对发芽率显著相关。 TaDreb-B1基因的 TaDreb-B1a单倍型平均相对发芽率显著高于 TaDreb-B1b单倍型,品种占比达到95.7%,在小麦抗旱性中起重要作用,与相对发芽率相关性也不显著。单倍型组合Westonia type/TaDreb-B1a/TaNRX-B1a的平均相对发芽率最高,为76.79%。筛选出抗旱性较好的小麦品种14个,分别为徐麦36、中植0914、囤麦127、洛麦26、百农418、齐民7号、丰德存麦20、丰德存麦12、丰德存麦1号、赛德麦7号、驻麦328、周麦32、国红3号和迁麦088,可以在小麦育种中作为抗旱种质加以利用。     

春小麦育种材料抗旱性和穗发芽抗性分子标记鉴定

为给春小麦生育早期抗旱和收获期抗穗发芽育种提供抗性亲本,利用与小麦抗旱性相关的分子标记TaNRX-B1a1、TaNRX-B1b1和FerA1-intrl以及与小麦穗发芽抗性相关的分子标记Vp1B3、Vp1A3和Tamyb10D对137份内蒙古春小麦育种材料进行检测。结果表明,73B609等共58份材料的抗旱性分子标记均属于抗旱基因型,占供试材料的42.34%,其单倍型组合为TaNRX-B1a/TaFer-A1a,可以用作抗旱育种的亲本材料。中国春既属于Vp-1Bb等位基因类型,同时用标记Tamyb10D检测时也属于抗穗发芽类型。辽春10号在3个分子标记的检测中均属于抗穗发芽的等位基因类型,同时又是TaNRX-B1a/TaFer-A1a单倍型,所以辽春10号在抗穗发芽和抗旱性聚合育种中可以作为亲本使用。     

小麦TaP5CS基因抗旱相关分子标记的开发

脯氨酸是小麦抵御干旱胁迫的重要调节物质,吡咯啉-5-羧酸合成酶(Pyrrpline-5-carboxylatesynthetase, P5CS)是干旱条件下脯氨酸合成的关键酶。为了提高小麦抗旱品种的选育效率,本研究选用国内119个小麦品种(系),鉴定其萌发期抗旱性;并从中选取10个抗旱性不同的小麦品种,分析响应干旱的叶片脯氨酸积累量与其抗旱性的关系;通过两组极端抗旱品种间 TaP5CS基因序列比对和随机群体验证,开发该基因抗旱相关分子标记。结果表明,119个小麦品种(系)的抗旱等级不同,部分品种间相对发芽率的差异达到极显著水平,响应干旱的叶片脯氨酸积累量与抗旱性呈正相关。 TaP5CS-1A基因在两组极端品种间基因组序列存在2个单核苷酸变异(SNP)位点,扩增第5内含子上涵盖SNP位点的1 894 bp序列,其中2个强抗旱性品种在此SNP位点不能被PflmⅠ酶切,命名为 TaP5CS-1A-a等位变异;2个弱抗旱性品种在此SNP位点被酶切为1 706 bp和188 bp的条带,命名为 TaP5CS-1A-b等位变异,以此开发分子标记TaP5CS-1A-CAPS。利用此标记检测119个小麦品种(系),采用普通PCR和半巢式PCR的方法分别进行扩增和相同酶切,结果完全一致:携带 TaP5CS-1A-a和 TaP5CS-1A-b等位变异类型的品种分别有61和58个,平均相对发芽率分别为60.7%和44.6%,前者极显著高于后者(P0.01),说明 TaP5CS-1A基因与小麦抗旱性相关,开发该基因分子标记TaP5CS-1A-CAPS可以用于小麦抗旱性的筛选与鉴定。     

宁夏小麦黄色素含量相关基因的组成与分布

选育低黄色素含量品种是宁夏小麦品质改良的重要目标之一。为阐明宁夏小麦中控制籽粒黄色素含量基因TaZds-A1和TaZds-D1的组成及分布特点,利用其功能标记YP2A-1和YP2D-1对91份小麦品种进行检测与分析。结果表明,在TaZds-A1位点,等位变异TaZds-A1a(与低黄色素含量相关)和TaZdsA1b(与高黄色素含量相关)分别占59.3%和40.7%;在TaZds-D1位点,等位变异TaZds-D1a(与高黄色素含量相关)占95.6%,TaZds-D1b(与低黄色素含量相关)仅占4.4%。宁夏小麦黄色素含量基因位点存在4种等位变异组合类型:以TaZds-A1a/TaZds-D1a(57.1%)组合类型为主,TaZds-A1b/TaZds-D1a(38.5%)组合类型次之,TaZds-A1a/TaZds-D1b和TaZds-A1b/TaZds-D1b组合类型最低(2.2%);不同等位变异组合类型在不同地区间的分布比例也不同。     

水稻种子萌发期的抗旱性鉴定指标研究

以12个抗旱性不同的水稻品种为材料,在种子萌发期采用20%PEG(聚乙二醇)溶液人工模拟干旱处理,测定了种子萌发抗旱指数等与抗旱性相关的指标。结果表明,采用不同的评价指标,品种间的抗旱性排序有所不同;相对发芽率、相对芽长、相对胚根长、相对根芽干重与种子萌发抗旱指数均呈显著或极显著正相关,表明其均可作为水稻种子萌发期的抗旱性评价指标;认为采用隶属函数法求取这5项指标的平均隶属函数值,作为水稻种子萌发期抗旱性评价的综合指标更为准确。     

新疆小麦黄色素含量基因等位变异的分子检测及其分布

为了明确新疆小麦材料Psy-A1和Psy-B1位点控制籽粒黄色素含量基因的组成和分布以及与黄色素含量的关系,利用7A和7B染色体上Psy-A1和Psy-B1基因的分子标记YP7A和YP7B,对326份新疆冬、春小麦材料中的等位变异进行检测。结果表明,在Psy-A1位点,含有等位基因Psy-A1a和Psy-A1b的品种(系)分别占83.74%和16.26%,两种基因型黄色素含量平均值的差异达到极显著水平(P<0.01);在Psy-B1位点,含有等位基因Psy-B1a和Psy-B1b的品种(系)分别占83.44%和16.56%,但两种基因型黄色素含量平均值的差异不显著(P>0.05)。不同变异组合类型的分布比例表现不同,Psy-A1a/Psy-B1a所占比例最高,为69.63%;其次是Psy-A1a/Psy-B1b组合类型,为14.11%;Psy-A1b/Psy-B1a组合类型为13.8%;Psy-A1b/Psy-B1b所占比例最低,为2.45%,没有扩增出Psy-B1c和Psy-B1d基因位点。总体来看,新疆小麦高黄色素含量的等位变异类型所占比例较高,冬、春小麦黄色素含量基因型存在一定差异;YP7A可以作为一个稳定、高效的功能标记用于分子标记辅助选择,而YP7B标记则不能独立作为黄色素含量辅助选择的实用性标记。     

小麦种子物理参数和萌发阶段抗旱性关系的研究

为了解陕西省当前推广小麦品种的物理性状与萌发阶段抗旱性的关系,测定了模拟干旱胁迫下小麦种子相对发芽率和各项物理指标(RGB、Lab、HSB、灰度、长度、宽度、投影面积等),并运用相关分析、方差分析和回归分析等方法,对陕西省目前推广种植的18个小麦品种萌发阶段的抗旱性与物理性状的关系进行了综合分析。结果表明,基于宽度、R、G、B(HSB)、L、H、灰度值等物理指标对小麦种子萌发阶段抗旱能力的预测具有统计学意义,且G、B(HSB)、L、H、灰度值等颜色指标之间相关系数较高,均大于0.96。在这些物理指标和相对发芽率建立的回归模型中,以宽度和G值为参数建模最好,决定系数为0.575,达到极显著水平。以供试材料中的5个品种及陕西省推广种植的其他10个小麦品种进行验证,以宽度和G值为参数所建模型得到的相对发芽率与模拟干旱胁迫条件下实测到的相对发芽率吻合度达到86.7%,说明依据宽度和G值对小麦品种萌发阶段抗旱能力的筛选是可行的。     

小麦TaGS-D1与TaFlo2-A1等位变异对粒重的影响

为探究小麦粒重基因型的等位变异情况,利用位于7DS和2AL染色体上粒重相关基因TaGS-D1和 TaFlo2-A1共显性标记GS7D和TaFlo2-InDel8对298份国内外冬小麦品种(系)进行等位变异检验,分析了各等位变异及组合与千粒重的相关性和在不同小麦类型中的分布情况。结果表明,参试材料千粒重平均为37.65 g,且品种间的粒重遗传变异较大。携有 TaGS-D1a等位基因的小麦品种(系)的千粒重(38.18 g)显著高于 TaGS-D1b(35.61 g)(P0.01);携有 TaFlo2-A1b等位基因的小麦品种(系)的千粒重(39.12 g)显著高于 TaFlo2-A1a(37.31 g)(P0.01)。从两个基因位点形成的4种基因组合来看,具有高千粒重的 TaGS-D1a/TaFlo2-A1b基因型的千粒重均极显著高于其他基因型(P0.01)。不同等位基因及基因型在各小麦类型中分布不同,其中 TaGS-D1a在西南冬麦区占比较大, TaFlo2-A1b在长江中下游冬麦区占比较大。具有中间型千粒重的 TaGS-D1a/TaFlo2-A1a基因型在各小麦类型中分布频率最高,具有高千粒重的 TaGS-D1a/TaFlo2-A1b基因型仅在长江中下游冬麦区分布频率较高。     

基于主成分分析的玉米萌发期抗旱性综合评定

试验在人工气候室内利用称重法精确控制75%和35%土壤相对含水量(RWC),通过分析播种后7 d不同玉米品种的发芽率、根系生长、干物质转化等对干旱胁迫的响应差异,对10个玉米品种进行萌发期抗旱性综合评定。结果表明,干旱胁迫降低了玉米的发芽势、发芽率、发芽指数、种子萌发抗旱指数、地上部与地下根物质积累和贮藏物质转运率,增大了根冠比。利用主成分分析与热图分析得出,玉米萌发期抗旱鉴定的四级指标分别为干物质积累量、发芽指数和种子萌发抗旱指数;根长、根冠比和根干重等;根体积和贮藏物质转运率;发芽势。将指标按照对抗旱性影响的差异分为4类,发芽率、发芽指数、种子萌发抗旱指数;根体积、贮藏物质转运率;根冠比;根长和芽长。依据综合值对10个玉米品种萌发期抗旱性评价,其抗旱性强弱依次为浚单29、蠡玉35、五谷704、吉祥1号、先玉335、博优989、郑单958、伟科702、农玉2号、登海605。     

黄淮麦区部分小麦和国外引进小麦GS2等位基因的检测及其与农艺性状的关联分析

为明确黄淮麦区TaGS2等位基因的分布状况及其与主要农艺性状的关系,对黄淮麦区2008年之前育成的种质材料、新育成的品种(系)及国外引进材料,用TaGS2-A1、TaGS2-B1和TaGS2-D1等功能标记鉴定对应的基因,并结合相关农艺性状发掘优势单倍型。结果表明,黄淮麦区2008年之前育成的种质材料和新育成品种(系)中TaGS2等位基因分布频率存在一定的差异;TaGS2-A1b、TaGS2-B1b和TaGS2-D1a是优势TaGS2等位基因,TaGS2-A1b在小麦抽穗期、株高和小穗数的改良上是优势单倍型,但在新育成的品种(系)中有下降的趋势,TaGS2-D1a能够显著增加小穗数、穗粒数和穗粒重,在各类材料中的比例都较高;TaGS2-B1b是提高千粒重的优势单倍型。因此,在黄淮麦区小麦穗部性状改良中TaGS2-B1b和TaGS2-D1a的作用显著,尤其是TaGS2-D1a,同时黄淮麦区种植小麦遗传多样性在减少,一些优势单倍型未受到重视,应对地方品种和一些国外引进材料加以利用。     

新疆小麦籽粒SOD活性及TaSOD-A1位点等位变异的分布

为了解新疆小麦品种(系)籽粒超氧化物歧化酶(SOD)的活性及TaSOD-A1位点等位变异的分布,用两个功能标记SODA1和SODA11对117份新疆小麦品种(系)的 TaSOD-A1位点(基因ID为TraesCS5A01G290800)进行等位变异检测,并结合SOD活性检测结果,分析 TaSOD-A1位点不同等位变异与SOD活性的相关性。结果表明,含有 TaSOD-A1a等位变异材料的籽粒SOD活性显著高于含有 TaSOD-A1b等位变异材料的籽粒,二者占比分别为50.4%和49.6%;新疆冬小麦品种(系)中, TaSOD-A1a等位变异的分布频率高低依次为引进品种(系)>自育品种(系)>地方品种;新疆春小麦品种(系)中,只有3份材料含有 TaSOD-A1a等位变异,早期品种(系)中未发现含有 TaSOD-A1a等位变异的材料。新疆冬小麦品种(系)的籽粒SOD活性平均值显著高于新疆春小麦品种(系),且新疆冬小麦引进品种(系)中含有 TaSOD-A1a等位变异材料的籽粒SOD活性平均值也显著高于含有 TaSOD-A1b等位变异材料的籽粒SOD活性。     

黄淮麦区（南片）小麦粒重基因 TaGS-D1和 TaCwi-A1等位变异检测及效应分析

小麦粒重是影响小麦产量的重要因素,为了解小麦粒重基因 TaGS-D1和 TaCwi-A1及其等位变异在黄淮麦区（南片）新育成小麦品种（系）中的分布情况,以94份黄淮麦区（南片）新育成小麦品种（系）为试验材料,利用功能标记GS7D、CWI22和CWI21对试验材料中 TaGS-D1和 TaCwi-A1位点的等位变异进行检测,并分析了不同等位基因以及等位基因组合与粒重之间的关系。结果表明,在 TaGS-D1位点,共检测到 TaGS-D1a和 TaGS-D1b两种等位基因,分布频率分别为80.85%和19.15%,含有 TaGS-D1a等位基因的小麦材料的粒重显著高于含有 TaGS-D1b等位基因的材料;在 TaCwi-A1位点,共检测到 TaCwi-A1a和 TaCwi-A1b两种等位基因,分布频率分别为67.02%和32.98%,含有 TaCwi-A1a等位基因的小麦材料的粒重显著高于含有 TaCwi-A1b等位基因的材料;在 TaGS-D1和 TaCwi-A1位点,共检测到 TaGS-D1a/TaCwi-A1a、 TaGS-D1a/TaCwi-A1b、 TaGS-D1b/TaCwi-A1a和 TaGS-D1b/TaCwi-A1b四种等位基因组合,分布频率分别为56.38%、24.47%、10.64%和8.51%,含有 TaGS-D1a/TaCwi-A1a等位基因组合的小麦材料的粒重显著高于具有其余三种等位基因组合的材料,含有 TaGS-D1b/TaCwi-A1b等位基因组合的小麦材料的粒重显著低于具有其余三种等位基因组合的材料。     

宁夏春小麦种质资源Wx基因分子鉴定及其分布

为明确宁夏春小麦种质资源Waxy基因的分布情况,利用 Wx-A1、 Wx-B1和 Wx-D1位点的6个STS标记(PA1、PA2、PB1、PB2、PD1、PD2),对299个宁夏春小麦种质资源进行等位变异检测。结果表明,供试小麦种质的Waxy基因组成以野生型(Wx-A1a/ Wx-B1a/ Wx-D1a)为主,占参试材料总数的88.3%。在 Wx-A1、 Wx-B1和 Wx-D1基因位点上,发现 Wx-A1b、 Wx-B1b和 Wx-D1b突变型材料分别有2、32和2个,分别占材料总数的0.7%、10.7%和0.7%;其中,有1个材料为 Wx-A1b/ Wx-B1b突变型,占材料总数的0.3%。宁夏春小麦种质资源中 Wx-B1基因缺失类型的分布频率相对较高,在新品种和高代品系中该类型逐步增加。该研究有助于了解宁夏优质面粉小麦品种的生产现状,为该区和我国其他相关春麦区优质面条小麦的选育奠定基础。     

新疆小麦品种资源脂肪氧化酶活性基因TaLox B1的分布特征研究

面粉颜色作为评价小麦品质的重要指标,对面制品的表观色泽有重要影响.小麦脂肪氧化酶(LOX)活性对面粉白度影响较大.本研究以195份新疆小麦品种(系)为供试材料,利用LOX16和LOX18功能标记检测脂肪氧化酶活性基因TaLox-B1的等位变异,以期深入了解新疆小麦品种资源TaLox-B1基因的分布特征.结果表明,在47份(24.10％)材料中扩增出489 bp目标片段,在148份(75.90％)材料中扩增出791bp目标片段;新疆冬小麦品种(系)LOX高活性TaLox-B1a基因的分布频率(36.36％)远远高于春小麦(8.24％).其中110份新疆冬小麦品种(系)中,地方品种TaLox-B1a基因的分布频率为0(0/7);引进品种(系)为33.33％(10/30);自育品种(系)为41.10％(30/73).85份新疆春小麦品种(系)中,地方品种TaLox-B1a基因的分布频率为4.55％(1/22);引进品种(系)为0(0/23);自育品种(系)为15.00％(6/40).研究发现,新疆早期育成的小麦品种受地方品种和引进品种的影响较大,LOX低活性TaLox-B1b基因比例较高;近期育成的小麦品种受育成品种的影响较大,LOX高活性TaLox-B1a基因比例较高.     

小麦面粉和鲜面片色泽及 Psy-A1 与 Ppo-A1 等位变异检测

为研究小麦面粉和鲜面片色泽及其与两个色泽相关基因等位变异之间的关系,以我国主要麦区17个大面积推广品种及1个优异品系为材料,进行面粉和鲜面片色泽分析和 Psy-A1 、 Ppo-A1 基因等位变异检测。结果表明,扬麦18、泛麦5号、扬麦9号、平安7号、扬麦20面粉和鲜面片色泽均比较好,亮度高,黄度低,携有优异等位变异;川麦42是优异的低黄度种质资源,但亮度需提升。面粉和鲜面片的L~*值间、a~*值间、b~*值间均呈极显著正相关,L~*值与a~*、b~*值均呈极显著负相关,a~*值和b~*值无显著相关性。 Psy-A1主要引起鲜面片a~*值和b~*值显著变化;对a~*值的效应表现为 Psy-A1b Psy-A1a ;对b~*值的效应表现为 Psy-A1b Psy-A1a ; Ppo-A1 对面粉及鲜面片的b~*值、鲜面片放置2 h和4 h的L~*值有显著影响;对b~*值的效应表现为 Ppo-A1b Ppo-A1a ;对L~*值的效应表现为 Ppo-A1b Ppo-A1a 。4个等位变异组合仅对鲜面片黄度b~*值有极显著影响, Ppo-A1a/ Psy-A1a 基因型最高,其他三种基因型差异不显著。因此,改良小麦面粉和面制品色泽应注意淘汰 Ppo-A1a / Psy-A1a 基因型,高世代需加强面制品色泽的筛选鉴定。     

偃麦草ErABF1基因克隆及功能分析

抗逆相关bZIP (Basic leucine zipper) 转录因子家族基因主要参与ABA、干旱、高盐等胁迫应答反应,其过表达能够显著增强植物的抗逆性。本研究从偃麦草（Elytrigria repens L.）中分离到一个抗逆相关 ErABF1（E. repens ABA Binding Factor 1）基因,氨基酸序列比对分析发现,该基因与小麦、玉米、拟南芥等bZIP转录因子基因同源性较高,亲缘关系较近;ErABF1基因的表达受到ABA、干旱、高盐、低温的强烈诱导;在2% PEG、200 mmol·L^-1 NaCl胁迫培养基上初步功能分析表明, ErABF1过表达提高了转基因烟草对干旱、高盐的胁迫耐性。