麦类作物落粒控制的分子机制研究进展

作物驯化在人类从狩猎和采摘的原始生活状态到农耕文明的演化过程中起着至关重要的作用,落粒性的丧失是作物驯化的首要性状。麦类作物是最早被驯化的作物之一,近年来随着大麦、小麦及其近缘物种基因组测序工作的完成,对麦类作物落粒控制系统驯化分子机制的研究取得了长足进展,本文就麦类作物脆轴性与作物驯化、大麦脆穗基因与驯化模式、小麦脆穗基因的同源性和多态性、脆穗基因在禾本科作物基因组中的排列方式以及影响麦类作物脆穗形成的其他机制等方面的研究进展进行综述,并对麦类作物脆穗基因的研究方向进行展望,以期对相关研究者提供参考。     

不同分类大麦籽粒大小及粒重的差异分析

为改良大麦籽粒性状,依据棱型、皮裸及选育水平对125份大麦材料按3种不同分类方式进行分组,比较了组别间的粒重、粒长、粒宽及粒厚的差异及各性状间的相关性。结果表明,大麦粒重与棱型相关,与皮、裸无相关性,二棱大麦粒重(46.89mg)显著高于六棱大麦(35.71mg)。就籽粒长而言,皮大麦长于裸大麦,二棱大麦长于六棱大麦,以野生大麦最长,为13.19mm;人工驯化和品种选育使大麦粒长有所变短。二棱大麦的粒宽(3.55mm)显著大于六棱大麦(3.26mm);粒宽在皮、裸大麦间无显著差异。粒厚变异与粒宽类似,野生大麦的粒厚最小(1.69mm)。相关分析表明,大麦粒重主要由粒宽、粒厚决定,且后两者呈极显著正相关。     

大麦抗倒性及部分相关性状的遗传研究

本试验对早熟3号／90－158和紫皮大麦／90—158两个大麦组合的抗倒性及部分相关性状的遗传进行了初步研究。结果表明，大麦抗倒性因遗传背景不同可能表现部分显性，也可能表现部分隐性；大麦株高遗传受两对基因控制；大麦倒五节长、倒五节粗／倒三节长是受多基因控制的数量性状。     

大麦抗倒性及部分相关性状的遗传研究

本试验对早熟３号／９０－１５８和紫皮大麦／９０－１５８两个大麦组合的抗倒性及部分相关性状的遗传进行了初步研究。结果表明，大麦抗倒性因遗传背景不同可能表现部分显性，也可能表现部分隐性；大麦株高遗传受两对基因控制；大麦倒五节长、倒五节粗／倒五节长是受多基因控制的数量性状。     

东西方型栽培大麦主要性状的配合力研究初报

本文以4个东方型栽培大麦品种和5个西方型美国栽培大麦品种以及按5×4不完全双列杂交组配的20个F_1杂种为材料,用系×测验系分析法研究了大麦不同类型亲本基因组在杂种F_113个性状上的遗传行为以及这些性状的遗传特点。结果表明,杂种一代的性状表现决定于亲本基因组的基因加性效应与互作效应且多数性状主要决定于基因的加性效应。株高、穗粒数、生育期性状较千粒重、单株有效穗、结实率易于改良。东方型栽培大麦品种在目标性状上比西方型美国栽培大麦具有较好的配合力。在中国南方冬麦区,作为组合育种的亲本,东方(?)栽培大麦品种比西方型美国栽培大麦品种要优越。     

干旱胁迫对中亚大麦农艺性状的影响及其相关基因定位

干旱是影响大麦产量的主要非生物胁迫之一。挖掘大麦干旱响应基因,有利于大麦耐旱品种的改良。本研究以167份中亚大麦品种为材料,测定正常灌水(出苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期各灌水1次)、灌水2次(出苗期、孕穗期各灌水1次)以及灌水1次(出苗期灌水1次)处理下大麦的株高、穗长、单株穗数和主穗小穗数,结合群体分子信息,对这4个性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。结果表明,167份中亚大麦没有明显的地理亚群。全基因组关联分析共鉴定到8个与性状关联的位点,筛选到17个与大麦抗旱性相关的潜在候选基因,其中,调控大麦株高、穗长、主穗小穗数和单株穗数的候选基因分别有7、4、4和2个。同时,对耐旱系数(drought tolerance index,DI)进行GWAS关联分析,鉴定到7个与大麦耐旱相关的QTL,分布在1H、4H、5H和7H染色体上,存在96个潜在候选基因。该研究为后期大麦分子育种和抗旱功能基因克隆提供了基础数据。     

基于RNA-seq技术分析野生大麦穗部发育基因的表达谱及其转录动态

为明确野生大麦穗部发育过程中基因表达的动态变化,以来自以色列的野生大麦Mehula 1-2为材料,对其在穗部发育的4个关键时期（开花后3、8、13和18 d)进行RNA-seq分析,并与栽培大麦穗部的基因表达谱进行了比较。结果表明,在野生大麦穗发育的4个时间点共鉴定到17 163个基因,其中11 273个为差异表达基因,包括635个转录因子相关基因;功能富集分析表明,这些差异基因主要富集到物质合成、代谢过程、物质运输、抗逆等相关过程或通路上;野生大麦和栽培大麦穗部基因的表达谱比较分析发现,两者共同表达的基因显著富集到细胞器、催化、代谢、调节及抗逆等相关通路上,而在特异表达基因方面,栽培大麦主要集中于甲基转移酶、次生壁生物合成、核糖体蛋白等相关基因,野生大麦主要集中于逆境抗性、花青素合成、钙调蛋白等相关基因。本研究发掘的与穗部发育相关的关键基因,丰富了大麦穗部遗传改良基因资源,为进一步解析野生大麦穗部发育关键基因的表达特性和调控机制奠定了基础。     

近缘野生植物在大麦育种中的利用

本文总结了有关栽培大麦起源的最新研究成果、野生二棱大麦和其它野生大麦中的有益性状的基因以及把这些基因成功地转入普通大麦的可能性。作者认为:大麦生产能力主要受不良气候条件限制的地区,借助近缘野生植物来提高大麦产量的潜力很大。     

大豆籽粒大小和粒形的驯化研究

从野生大豆到栽培大豆的驯化过程中,籽粒大小和形状发生了很大变化,探究这些性状的变化规律能加深对基因驯化机制的认识。以14个野生大豆、45个地方品种和30个育成品种为材料,进行上述性状的偏相关和因子分析。结果表明:栽培品种中百粒重和籽粒大小呈极显著相关,但野生大豆中百粒重和粒长不相关;野生大豆中长宽比是因子分析第1因子的重要成分,而栽培品种并非如此;百粒重与籽粒大小显著相关,与粒形性状不相关。此外,上述结果还通过溧水中子黄豆和南农493-1杂交组合构建的504个正反交F2∶3、F2∶4和F2∶5家系群体的偏相关分析和QTL定位结果予以证实。     

抗白粉病大麦资源主要农艺性状的遗传分化

为了挖掘和拓展大麦抗病种质资源,以158份不同类型的抗白粉病大麦种质为材料,对生育期、株高、穗长、穗结实粒数、结实率、千粒重和穗粒重等7个主要农艺性状的遗传分化进行了研究.结果表明,在这些抗白粉病大麦种质资源中,生育期、株高等7个主要农艺性状均存在较大的遗传分化,二棱皮大麦的遗传变异最丰富,多棱皮大麦次之,而二棱裸大麦和多棱裸大麦的遗传变异相对比较贫乏.根据皮裸、棱型及7个与大麦农艺性状相关的信息,158份抗白粉病大麦资源被分成2组4亚组8个品种群.     

基因型和环境对以色列野生二棱大麦籽粒营养品质的影响

为探讨基因型和生长环境对野生二棱大麦营养性状的影响,对源自以色列不同地区的9个群体60个基因型野生二棱大麦材料在3个环境条件下的籽粒可溶性蛋白质、氨基酸、植酸、无机磷和淀粉含量及粒重进行测定,并对检测数据进行了单因素方差分析(One-Way ANOVA)、相关性网络分析(correlation-based network analysis,CNA)和斯皮尔曼秩相关分析(Spearmanp’s Rho Correlation)。结果表明,野生二棱大麦各被测性状与生长地土壤成分存在显著相关性(P0.01);以色列野生二棱大麦籽粒中无机磷、总淀粉含量和粒重受生长环境和基因型的共同影响,而植酸、可溶性蛋白质、氨基酸含量等性状则主要受生长地环境的影响。     

青稞叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与比较分析

为了阐明青稞叶绿体基因组RNA编辑位点的组成与特性,首先利用生物信息工具对青稞叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测,结果发现了35个分布于15个基因的编辑位点,所有编辑均为C到U的转换,其中基因ndhB包含的编辑位点数量最多,达9个,这与其他麦类作物相似;进一步利用RT-PCR结合克隆测序,对预测的35个位点进行了实验验证,发现18个编辑位点被证实发生了C到U的编辑;对编辑前后编码蛋白质的结构进行了比较分析,发现RNA编辑引起了编码蛋白的结构变化,暗示RNA编辑可以造成编码蛋白功能的改变。最后,将青稞叶绿体基因RNA编辑位点与栽培大麦、野生大麦的叶绿体RNA编辑位点进行了比较,发现青稞与栽培大麦的RNA编辑组成完全一样,而野生大麦缺失了 ndhA-563位点,初步印证了大麦的起源进化关系。     

水稻落粒性的研究进展

落粒性是野生稻适应自然环境和保持群体繁衍的重要性状,落粒性的丧失是水稻驯化过程中的一个关键事件。落粒程度既直接影响水稻的产量,也影响其对现代化机械收割方式的适应性。本文综述了近年来水稻落粒性的研究进展,包括水稻落粒的生理基础、落粒性基因的定位与克隆,以及调控落粒性的分子机理。     

水稻落粒性的研究进展

落粒性是野生稻适应自然环境和保持群体繁衍的重要性状，落粒性的丧失是水稻驯化过程中的一个关键事件。落粒程度既直接影响水稻的产量，也影响其对现代化机械收割方式的适应性。本文综述了近年来水稻落粒性的研究进展，包括水稻落粒的生理基础、落粒性基因的定位与克隆，以及调控落粒性的分子机理。     

玉米起源新模式——两类大刍草的融合

作物驯化是人类文明发展史中最为重要的事件之一,推动了人类社会从单纯的狩猎和采集型向农业型的转变。玉米(Zea mays L.)作为世界上最重要的农作物之一,其起源演化的机制一直备受关注。2012年12月1日,华中农业大学严建兵团队与其合作团队在Science(《科学》)在线发表研究论文,通过深入解析大量玉米野生种和栽培种材料的基因组变异,重新定义了现代栽培玉米的驯化过程,揭示了6 000年前墨西哥高原亚种(Zea mays subsp. mexicana)基因组的渗入及其优异等位基因的选择,实现了栽培玉米的二次驯化,同时推动了栽培玉米的广泛传播,研究结果为深入阐明作物起源演化这一古老的科学问题提供了重要的线索。     

大麦叶绿体基因RNA编辑位点的预测与鉴定

RNA编辑是一种特殊的转录后加工过程,是陆生植物叶绿体基因组在转录后水平上调控基因表达的一种重要方式。为了给研究叶绿体基因RNA编辑功能及其发生机制提供依据,以栽培大麦为研究对象,采用生物信息学方法对其叶绿体的83个蛋白编码基因的RNA编辑位点进行预测和分析。结果在16个基因中发现了37个RNA编辑位点,且均为C到U的转换,其中5个发生在密码子的第一位,32个发生在密码子的第二位,未发现发生在密码子第三位的RNA编辑;采用blast工具,与NCBI数据库中的大麦EST序列进行了对比,确定其中的34个编辑位点是真实存在的,其中ndhB基因最多,为8个编辑位点;进一步利用生物信息学工具分析了ndhB中RNA编辑对其编码蛋白质的跨膜结构域和二级结构的影响,结果表明,ndhB 467的编辑会引起蛋白质跨膜结构的增加,ndhB 149的编辑会引起蛋白质二级结构的改变。最后还将预测的大麦编辑位点与其他4种禾本科叶绿体的编辑位点进行了比较。