毛白杨杂种三倍体的2n雌配子形成途径鉴定

由于受杨树大孢子母细胞减数分裂不同步性影响,通过施加理化处理诱导杨树大孢子染色体加倍授粉杂交获得的三倍体,可能既包括来源于第一次减数分裂核复原形成的2n雌配子(FDR),也有来源于第二次减数分裂核复原形成的2n雌配子(SDR),难以进行表型鉴别,而通过分子标记分析可以实现不同类型2n雌配子的区分。本研究以通过高温诱导毛白杨大孢子染色体加倍所获得的87株三倍体及其亲本为材料,从母本杂合且与父本有差异的SSR多态性引物中,筛选出5对适宜于2n配子诱导途径来源鉴定的重组率较低的SSR分子标记。在此基础上,利用这5对低重组率SSR分子标记,开展毛白杨杂种三倍体的2n雌配子诱导途径来源分析。结果表明,不同毛白杨杂种三倍体的2n雌配子相应简单重复序列区域的等位基因配置不同,利用筛选出的5对低重组率SSR标记可以实现毛白杨杂种三倍体的2n雌配子诱导途径鉴定,其中35株三倍体来源于FDR型2n配子,另52株来源于SDR型2n配子。此外,选用5个位于高重组率位点的SSR引物进行检测分析,结果验证了随机挑选的SSR引物用于鉴别结果是不完全可靠的,只有挑选低重组率的SSR位点才可能准确鉴定2n配子来源。开展毛白杨杂种三倍体的2n配子诱导途径鉴定研究,对于FDR、SDR不同形成途径的2n配子传递亲本杂合性分析,以及毛白杨三倍体育种策略制定等具有重要意义。      

高温诱导大孢子染色体加倍选育毛白杨杂种三倍体

目的鉴于杨树三倍体具有突出的营养生长优势,针对毛白杨良种选育中母本效应难以充分利用问题,选择毛白杨育性好的雌株诱导大孢子染色体加倍选育白杨杂种三倍体,为毛白杨三倍体育种提供技术支撑。方法本研究以毛白杨无性系MC1和MC2为母本,银腺杨YX1为父本。根据白杨大小孢子发生发育存在相关性的原理,以雄株小孢子发育进程为即时判别大孢子发生进程的参照,当小孢子发育至单核早期、单核靠边期和双核期时,分别施加38、40和42 ℃高温持续处理雌花序4 h。结果两个杂交组合的处理组共得到189株毛白杨杂种三倍体,其中MC1×YX1组合中共获得70株杂种三倍体,平均诱导率为56.45%;MC2×YX1组合中共获得119株杂种三倍体,平均诱导率为47.04%,对照组未获得杂种三倍体。当小孢子发育至单核靠边期,对应大孢子母细胞减数分裂至粗线期至中期Ⅰ,此时施加38和40 ℃高温处理4 h是毛白杨大孢子染色体加倍的最佳处理时期。两个杂交组合的杂种三倍体在平均苗高和地径生长方面均优于二倍体,但组合间存在一定差异,表明三倍体育种同样需要重视亲本选配。结论研究进一步证明高温诱导大孢子染色体加倍是一种高效获得毛白杨杂种三倍体的技术途径,相关技术进步对于推进毛白杨良种选育进程具有重要的意义。      

榛子正常发育与败育子房差异蛋白谱对比分析

目的筛选参与调控榛子子房败育的候选蛋白,为榛子遗传改良研究提供科学依据。方法以平欧杂交榛‘达维’的正常发育与败育子房为材料,进行蛋白样品的同位素标记相对和绝对定量iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantification)技术分析。对鉴定到的所有蛋白进行COG(Cluster of orthologous groups of proteins)功能分类,预测鉴定蛋白的功能。随后依据蛋白定量结果,筛选差异表达蛋白,进而开展GO(Gene ontology)功能富集与KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)代谢路径富集分析以明确其分子功能和重要生物代谢路径。最后,主要从显著性富集路径中筛选可能参与子房败育调控的差异表达蛋白。结果蛋白鉴定共获得317068个二级谱图,特有多肽14267条,蛋白3538个。R、O、J、G和C类中的蛋白数量为最多,分别占有COG功能注释的蛋白总数的19.36%、9.97%、7.80%、7.67%和6.76%。共鉴定到249个差异表达蛋白,其中上调、下调表达蛋白分别为180和69个。GO富集分析结果表明,差异表达蛋白主要执行结合与催化分子功能。KEGG富集分析共找到11个显著性富集路径,最为显著的路径包括:苯丙素生物合成(ko00940),光合作用(ko00195),代谢路径(ko01100),光合作用-天线蛋白(ko00196),次生代谢产物生物合成(ko01110)。初步筛选获得可能参与调控榛子子房败育的候选蛋白37个。结论榛子败育子房的形成与光合作用、碳水化合物运输与代谢、能量合成与转换、花粉管生长与DNA甲基化等相关,本研究为深入解析榛子子房败育的分子机制提供了科学依据。      

授粉后施加秋水仙碱处理诱导青杨派异源三倍体

从中国北方地区拓展杨树品种资源考虑,以哲引3号杨为母本,小青杨和北京杨为父本,对授粉后24～96 h的雌花序施加0.3%～0.5%的秋水仙碱溶液处理,获得了26株青杨杂种三倍体.其中尤以授粉后54～66 h时施加秋水仙碱处理的三倍体诱导效果最好,三倍体得率最高,达66.7%. 与二倍体后代群体相比,青杨杂种三倍体具有一定的生长优势,其中哲引3号杨×北京杨三倍体2年生实生苗的地径和苗高平均值分别超出二倍体20%和5%;最优单株的地径和苗高分别达4.42 cm和2.77 m,超出二倍体平均值144%和43%. 青杨派树种的三倍体诱导实践进一步证明,雌花序授粉后施加秋水仙碱处理是一种高效的三倍体诱导方法.      

小青杨与胡杨杂交及其杂种后代分子鉴定

为探讨胡杨与杨属其他派树种远缘杂交的可行性,该研究以小青杨为母本、胡杨为父本进行人工授粉杂交,发现胡杨花粉能够在小青杨雌蕊柱头上萌发,并最终获得了6株杂交后代。杂种幼苗的生长势强弱差异明显,其叶片均为披针形,与父本胡杨幼苗以及萌条的叶形相似; 在SSR标记初步鉴定的基础上,进一步采用AFLP分子标记技术及相应的统计分析,证明父本与母本对子代遗传物质的贡献是等同的,杂交后代是胡杨与小青杨杂交的真杂种。      

青黑杨杂种三倍体花粉母细胞减数分裂染色体行为及其花粉变异研究

目的本研究通过分析青黑杨杂种三倍体的花粉母细胞减数分裂特征和配子变异规律,为进一步利用三倍体种质作为中介材料进行杨树染色体工程育种奠定基础。方法本研究以雌配子染色体加倍来源的‘哲引3号杨’ × ‘北京杨’杂种三倍体WT-21及杂种二倍体WD-2雄株为材料,基于醋酸洋红染色压片观察,比较分析了两者花粉母细胞减数分裂染色体行为及花粉形态变异。结果（1）无论是三倍体杂种WT-21还是二倍体杂种WD-2,其花粉母细胞减数分裂染色体行为均非常丰富,存在高频率的染色体提前分离、落后染色体、微核等异常现象,反映了亲本基因组间较强的异质性。（2）WT-21和WD-2花粉母细胞减数第二次分裂过程均存在平行纺锤体、融合纺锤体、三极纺锤体等异常定向,而且在WT-21中还发生胞质提前分裂,共同导致减数分裂产物中二分体、三分体等的产生。（3）三倍体WT-21的花粉空瘪率达44.55%,高于二倍体WD-2;WT-21饱满花粉的直径显著大于WD-2,从花粉直径分布可推测出WT-21能产生少量未减数花粉;WT-21的花粉生活力为（1.08 ± 0.44）%,显著低于二倍体WD-2（28.67% ± 2.04%）。结论由于倍性效应和杂合性的双重影响,青黑杨杂种三倍体的花粉母细胞减数分裂存在复杂的染色体行为,并对配子发育造成影响;利用三倍体的花粉进行授粉,可能获得非整倍体和四倍体后代,为杨树染色体操作奠定基础。      

应用iTRAQ技术分析铵态氮胁迫对杨树根系蛋白质组学的影响

为研究杨树根系响应铵态氮胁迫的机理,以杨树“南林3412杨”无菌苗为试验材料,用NH₄Cl溶液胁迫处理后,利用iTRAQ标记定量蛋白质组学技术,分析不同质量浓度的铵态氮胁迫处理下杨树根系的差异表达蛋白。结果表明：一共鉴定到266个差异蛋白,这些差异蛋白按KEGG分类,主要富集在能量代谢、氨基酸代谢和次生代谢物质合成等代谢途径。进一步分析发现,包括果胶酶、木质素过氧化物酶和角质酶等在内的11个细胞壁相关的蛋白在铵态氮胁迫下发生了显著的差异表达,参与糖酵解代谢、碳水化合物代谢的蛋白更倾向于在高质量浓度铵态氮胁迫下上调表达。此外,杨树中有17个抗氧化系统酶和5个热激蛋白在铵态氮胁迫下差异表达。上述结果表明,杨树根系主要通过维持细胞壁完整性、调节碳和能量代谢、激活抗氧化系统等方式来应对铵态氮胁迫。     

SSR和SCoT标记在美洲黑杨×青杨派杂种无性系遗传差异性分析上的比较

【目的】比较SSR和SCoT分子标记在美洲黑杨×青杨派杂种无性系遗传差异性分析上的应用性。【方法】利用SSR和SCoT标记,对9个美洲黑杨×青杨派杂种无性系及3个亲本的遗传差异性进行分析。【结果】筛选出的12对SSR引物对供试杨树材料共扩增出94条清晰条带,其中多态性条带85条,多态性比率达到90%,标记指数为3.19;筛选出的14条SCoT引物对供试杨树材料共扩增出清晰条带127条,其中多态性条带95条,多态性比率达到75%,标记指数为2.72。聚类分析表明,SSR和SCoT分子标记得出12个无性系的遗传相似系数分别为0.44~0.80和0.40~0.87,平均遗传相似系数分别为0.62和0.64;在相似系数平均值处,SSR和SCoT分子标记将12个杨树材料分别分为3大类和5大类。Mantel检测显示,2种分子标记在12个无性系间的遗传相似性显著相关(r=0.501 3,P=0.003)。【结论】这2种分子标记均适合美洲黑杨×青杨派杂种无性系鉴定和遗传多样性研究,但SSR标记的多态性比率和标记效率均高于SCoT标记。     

胡杨杂交育种试验初报

[目的]研究胡杨与青杨派和黑杨派、白杨派杂交的难易程度,获得具有胡杨遗传特性的杂交品种.[方法]以胡杨为母本与青杨派和黑杨派、白杨派的杨树的杂交,采用树上套袋立木授粉法,以胡杨作为父本与青杨派和黑杨派、白杨派的杨树的杂交,采用切枝水培法.杂种苗的培育采用了营养杯育苗法.[结果]获得以胡杨为母本杂交种苗组合4个,以胡杨为父本杂交种苗组合3个.[结论]以胡杨为父本和母本的各杂交组合亲和力的顺序是:密叶杨×胡杨最强,青杨派和黑杨派间杂交种次之,白杨派最差,为以后胡杨改良打下了坚实的基础.     

三倍体梨品种F1代染色体数目鉴定

对以 3个优良三倍体梨品种大水核、安梨、白皮洋和 2个二倍体品种为亲本的 5个杂交组合的 14 7株F1 代进行了染色体数目鉴定 ,发现 2株三倍体 ( 2n =3x =51) ,1株四倍体( 2n =4x =6 8) ,这 3株多倍体均为大水核×白皮洋的F1 代 ,表明三倍体梨品种间杂交也能获得多倍体 ,多倍体出现率为 9.38% ;而三倍体与二倍体品种相互杂交F1 代中没有发现多倍体 ,在三倍体为母本 ,二倍体为父本的F1 代中 ,非整倍体出现率为 6 0 % ;在二倍体为母本 ,三倍体为父本的F1 代中 ,非整倍体出现率为 6 .6 7% ,余者均为二倍体。     

超级杂交水稻两优培九光抑制差异表达基因的遗传来源

 利用改进的银染mRNA差异显示技术研究杂种超级杂交水稻两优培九及其母本培矮64S和父本9311在光抑制胁迫条件下基因表达的变化，共得到了杂种的167个差异表达基因片段。对这些差异片段进行分类和遗传来源分析表明，杂种光抑制差异表达基因多数为父母本所共有，是母本和父本共同遗传的结果。少数基因表现为母本或父本的单亲特异性，或无明显亲本来源，说明某种未知机制可能参与了光抑制相关基因从亲本到杂种的遗传过程。     

‘紫鹃’茶树紫叶和绿叶差异表达蛋白分析

为了探索红紫芽茶树中花青素代谢及其调控机制,应用同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术比较分析‘紫鹃’茶树同一时期不同发育程度的紫叶与绿叶的差异表达蛋白。结果表明,‘紫鹃’茶树绿叶和紫叶差异表达蛋白共鉴定出798个,其中在紫叶中上调蛋白有533个,下调蛋白有265个。这些蛋白主要参与了以下生理过程:光合作用(占14.7%)、糖代谢(5.1%)、转录调控(18.5%)、蛋白质合成(11.4%)、细胞结构蛋白(6.9%)、信号转导(6.9%)、氨基酸代谢(3.8%)、花青素代谢(3.6%)、抗氧化胁迫(3.5%)、脂代谢(3.5%)和呼吸作用(0.4%)等。‘紫鹃’茶树紫叶中可溶性总糖含量的降低可能与花青苷大量积累有关。     

2022 年 5 期目录

  目的  杨絮是由杨树子房胎座表皮细胞发育而来的种毛,近年来已成为我国北方城市环境问题之一。目前对杨树种毛发育基因的研究还不深入,本研究将2个在杨树子房发育过程中差异性表达、且基因注释均与棉纤维发育相关的基因（PeCFL1和PeCFL2）作为种毛发育调控的候选基因,探究二者在欧美杨‘渤丰3号’中表达的时空特异性,为深入研究该基因在杨絮发育过程中的调控作用及基因工程手段改良杨树品种奠定基础。  方法  取‘渤丰3号’杨越冬花枝,采集水培4、5、6、7、8、12 d的雌花序,进行固定、石蜡包埋、切片,观察子房发育及种毛的形态发生过程。采用实时定量PCR检测PeCFL1和PeCFL2基因在‘渤丰3号’杨雌花序发育过程中以及在根、茎、叶等营养器官中的表达模式。利用原位杂交技术检测PeCFL1和PeCFL2基因在杨树花器官中的组织表达特异性,揭示杨絮发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2的时空表达模式。  结果  ‘渤丰3号’杨雌花枝水培12 d后,子房胎座底部出现纤维状结构,杨絮开始形成。PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨根、茎、叶及雌花枝腋芽中微量表达,在水培4 ~ 7 d的雌花序中表达量较少,水培8 d后表达量开始显著升高,12 d时表达量继续大幅上升,此时的石蜡切片可见子房胎座底部纤维状结构。原位杂交结果显示,PeCFL1和PeCFL2基因在杨树子房的子房壁和胎座部位表达。  结论  种毛发育调控相关候选基因PeCFL1和PeCFL2在‘渤丰3号’杨雌花子房胎座底部出现纤维状结构时表达显著升高,并在胎座底部纤维状结构和子房壁中特异性表达,说明其与种毛发育调控密切相关,可作为基因工程改良杨树飞絮的目标基因。      

秋水仙碱诱导山杨异源多倍体

[目的]利用综合倍性育种和杂交优势的多倍体育种培育山杨优良新品种。[方法]以中国山杨及其杂交品种中关山杨为母本,山杨和新疆杨为父本,进行树上杂交与切枝水培杂交,对授粉后的雌花序施加秋水仙碱进行多倍体诱导,利用流式细胞术检测植株倍性。[结果]切枝水培杂交,授粉48h后,以浓度0．3％秋水仙碱持续处理24h,诱导三倍体效果最佳;授粉96h后,以浓度0．3％秋水仙碱持续处理24h,诱导四倍体效果最佳。另外树上杂交,授粉96h后,以浓度0．1％秋水仙碱持续处理48h,诱导三倍体效果最佳;授粉120h后,以浓度0．1％秋水仙碱持续处理48h,诱导四倍体效果最佳。[结论]对山杨、中美山杨授粉后施加秋水仙碱处理,成功获得了三倍体与四倍体,结果表明利用秋水仙碱溶液诱导山杨多倍体行之有效。     

箭胡毛杨及其亲本酯酶和过氧化物酶的同工酶分析

用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对箭胡毛杨及其亲本箭杆杨和胡杨酯酶(EST)同工酶和过氧化物酶(PER)同工酶进行了分析,明确了其酶谱的特征及分布,并采用排序分析的方法,对其亲缘关系进行比较分析.结果表明:箭胡毛杨杂种兼具父本与母本的特征,且与母本箭杆杨亲缘关系较近,与父本胡杨的亲缘关系较远,是国内第1个有胡杨血统的生产性杨树品种.     

干旱胁迫下玉米开花期雄穗差异表达蛋白质的鉴定与筛选

【目的】 研究玉米开花期不同耐旱性玉米自交系的蛋白质表达差异,分析玉米响应干旱胁迫的主要代谢途径并发掘有价值的耐旱基因,对响应干旱胁迫的差异表达蛋白质组进行筛选和鉴定分析。【方法】 以强耐旱系PHBA6和弱耐旱系吉63为材料,设计干旱胁迫和正常灌溉处理。在玉米开花期进行干旱胁迫处理,取雄穗小花提取蛋白经双向凝胶电泳分离、凝胶图像扫描和质谱分析。【结果】 质谱分析共筛选出542个高清晰、重复性强的蛋白质点。其中,差异表达丰度达2.0倍以上的蛋白质点共有59个,强耐旱系PHBA6中有26个,弱耐旱系吉63中有37个,在强耐旱系PHBA6与弱耐系吉63中都表达且差异显著的蛋白质点有4个。【结论】 干旱胁迫蛋白参与代谢物和能量前体合成、核苷酸代谢、氧化还原辅酶代谢过程、蛋白翻译调控、细胞蛋白质及氨基酸代谢过程的调控、含硫化合物的合成与代谢过程、半胱氨酸的生物合成及代谢过程和光合作用等。细胞组分分类显示二者中的差异蛋白都与叶绿体及其结构相关,而且差异蛋白的细胞组分分类一致,但在生物学代谢过程及分子功能分类上相差较大,这些显著的差异表达的蛋白可能是形成不同品系间耐旱性强弱的主要原因。     

转录组及代谢组联合解析茄子果色上位遗传效应

【目的】 茄子果色与商品果外观品质和价值密切相关,花青素是决定茄子果色的重要天然色素之一。通过基因表达和代谢物差异比较,解析上位基因互作调控茄子果皮花青素合成的作用机制,为不同果色茄子选育提供理论基础。【方法】 以花青素合成结构基因ANS突变的白果色母本19141、花青素合成关键调控基因MYB1突变的白果色父本19147及其紫红果色F₁代E3316茄子为试验材料,对商品果期果皮进行转录组测序和广靶代谢组分析。【结果】 转录组测序分析表明,19141_vs_19147的差异表达基因（DEGs）最多,其次是E3316_vs_19141,两个比较组DEGs均在类黄酮途径富集程度最高;E3316_vs_19147筛选到的DEGs最少,未在类黄酮途径富集。广靶代谢组共检测分析到218个代谢物。E3316_vs_19141共检测到差异代谢物（DAMs）113个,E3316_vs_19147共检测到差异代谢物98个。转录组和代谢组联合分析发现花青素生物合成关键结构基因CHS、CHI、F3H、DFR和ANS,关键调节基因MYB1、AN1和AN11,修饰基因3GT、5GT、AT和OMT,还有转运基因AN9（GST）相对表达量均为19141>E3316>19147;果皮呈色相关的花青素类代谢物矢车菊素（CAS：528-58-5）、矢车菊素3,5-二葡萄糖苷（CAS：20905-74-2）含量为E3316>19147>19141。上位基因调控下,茄子果皮中同时表达F3′H与F3′5′H,但是F3′H表达水平远高于F3′5′H。E3316花青素含量高于亲本,绿原酸含量低于其亲本。【结论】 上位性基因互作控制果色的遗传背景下,亲本突变基因类型决定了花青素代谢通路基因表达趋势和果皮呈色抑制方式。两个白果色亲本杂交F₁代果皮呈紫红色是由于花青素生物合成途径两个互作突变基因位点功能互补;F3′H高水平表达是合成矢车菊型花青素的主要原因;果皮花青素和绿原酸生物合成间存在竞争关系。     

冈优2009与冈优725光合特性比较

[目的]探索相同环境条件下2个品种的光合特性异同。[方法]选用2个同母本不同父本的杂交水稻品种为材料,比较分析在高温干旱条件下它们的光合色素和光合速率在各生育时段的变化。[结果]与冈优725相比,冈优2009的实粒数低5.88%,有效穗数高10.04%,产量高4.16%;孕穗期和抽穗期的光合速率分别高31.89%和14.87%,晴天日均光合速率高6.75%,阴天11:00和13:00的光合速率分别高26.18%和39.01%;在分蘖盛期Chl和Chla的含量高6.75%。[结论]与冈优725比较,冈优2009光合色素含量较高,光合速率大,在高温和干旱条件下具有较强的生理调节能力。杂交水稻F1代的生理性状不仅和母本有关,也与父本有关。