Isolation and Characterization of Storage Protein Subunit-null-dwarf Mutants in Soybean(Glycine max(L.) Merr.)

Dwarfing is useful to reduce plant height, when breeding high-yielding and non-lodging crops.In this study, a set of natural storage protein subunit-null dwarf mutants of soybean was reported that showed strongly reduced plant stature and deficiency in various 7 S and 11 S subunits, designated as snd1 mutants.Under normal growth conditions, the snd1 mutants showed a severe dwarf phenotype, with plant height of about 25 cm.Compared with wild-type DN47, the mutant snd1 exhibited no obvious morphological differences at the early stage of development.All the snd1 mutants examined had fewer nodes and shorter than normal internodes; the leaves were similar in shape to normal parents, but were dark-green at the mature stage.The flower size was similar to DN47; however, the flowering period was shorter than in the wild-type.Significant variation was noted for protein content, oil content of the seeds and size of seeds(weight of 100 seeds) among 17 snd1 dwarf lines.Genetic analysis indicated that the dwarfism of snd1 was controlled by a single recessive gene.The snd1 dwarf mutant had markedly different dynamic levels of the endogenous hormones gibberellin(GA), brassinosteroid, indole-3-acetic acid and abscisic acid, at the seedling stage.Exogenous GA3 treatment led to recovery of the plant height phenotype of the snd1 mutant; GA3 at 0.1 mm had the largest effect on enhancing plant height.Using molecular markers, snd1 gene was approximately mapped in an interval of 603 kb between markers Satt166 and Satt561 on chromosome 19.Snd1 mutant provided valuable material for hypoallergenic soybean breeding and the snd1 gene might be a novel gene related to plant height in soybean.     

大豆SBP基因家族的序列特征、表达及进化分析

SBP基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,由多个成员组成,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程.试验在大豆基因组中鉴定49个SBP基因,被命名为GmSBP1~49.基于生物信息学手段,对大豆该基因家族49个成员的基因结构、染色体定位、蛋白保守序列、亚细胞定位、表达情况及进化关系进行分析.序列分析表明,SBP基因家族成员分散于不同染色体上,不同基因具有不同个数的外显子,其数目变异范围为1~14;该家族蛋白含有5个保守基序,尽管与SBP结构域有所重叠,但它们能形成6种不同的组织模式,这说明该基因家族序列变异较为复杂.表达分析结果显示,除GmSBP2和GmSBP11等6个基因没有相应的EST外,其余基因都有转录活性;在具有转录活性的基因中,只有GmSBP46显示出组成型表达模式,剩余基因表现出不同程度的组织特异性表达模式.拟南芥、水稻和大豆SBP蛋白的进化树揭示该家族具有8个类群,其中E类群只包括大豆SBP基因,其他类群中大豆SBP基因数目也是最多,这充分说明大豆SBP基因家族起源与进化的复杂性.研究为大豆SBP基因功能研究提供线索     

大豆低植酸突变体Gm-lpa-ZC-2的精细定位

降低大豆植酸含量对于改善大豆营养品质极其重要。通过诱变的方法筛选到大豆低植酸突变体Gm-lpa-ZC-2,经典遗传学分析表明：其突变性状由隐性单基因所控制,并被定位在大豆连锁群B2上。试验在大豆低植酸突变体Gm-lpa-ZC-2初步定位的基础上,通过构建较大的遗传群体,运用生物信息学发展新的连锁标记,结合大豆基因组学和传统定位的方法,进行突变基因的精确定位。结果表明：位于大豆B2连锁群上的Gm-lpa-ZC-2突变基因,与连锁标记Satt168和Satt416的遗传距离远大于初步定位的结果,为18.2 cM;在此基础上,利用大豆基因组序列信息,在Satt168标记的上游序列与目的基因之间的染色体片段,4 900～8 200 kb的区域中,发掘到9对在遗传群体亲本间具有多态性的SSR引物;其中SSR位点psm lpa-224,psm lpa-225和psm lpa-226与目的基因的距离仅为0.8 cM,实现了突变基因的精细定位。     

多分蘖矮秆水稻突变体的农艺性状及遗传分析

多分蘖矮秆水稻‘tdr(t)’是在半矮秆籼稻品系‘E20’中发现的一份突变体.与野生型‘E20’相比,‘tdr(t)’主要表现为植株矮化,分蘖增多,育性降低,各节间所占株高比例与野生型基本一致,属于矮秆突变体中的dN型.用5个株高正常的半矮秆水稻品种(系)与其杂交,对F1、F2、和BC1F1的遗传分析表明,‘tdr(t)’矮生性是由一对隐性核基因控制.‘tdr(t)’表现矮秆和多分蘖,是研究株高与分蘖发育机理关系的一份较好的材料.     

矮化大豆突变体叶片生理生化特性研究

矮化是一种优良的农艺性状。以"东农42"为野生型,以NaN3处理它而获得的矮化大豆"东泽11号"为突变体,对突变体与野生型叶片的生理生化特性进行了比较研究。结果表明,突变体叶绿素含量、还原糖含量、游离氨基酸含量、过氧化物酶活性随生育期延长逐渐增大,除50 d生育期时突变体叶绿素含量大于野生型外,其它生育期均表现为突变体小于野生型,叶绿素a/b两材料均接近2.6/1。生育期20、40 d时,突变体的还原糖含量、游离氨基酸含量小于野生型;生育期50 d时,突变体大于野生型。生育期20 d时,突变体的过氧化物酶活性略小于野生型;其它生育期时,突变体大于野生型。     

一个水稻矮秆窄叶突变体的鉴定和基因定位

常规粳稻秀水09经过甲基磺酸乙酯（EMS）诱变处理,获得了一个矮秆窄叶突变体dnl1（dwarf and narrow leaf 1）,经多代自交性状稳定。dnl1突变体与野生型相比,具有植株矮、叶片窄、分蘖强的特点。遗传分析表明dnl1突变性状受1对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法,利用SSR分子标记将突变基因dnl1定位在第4号染色体SSR标记RM17478与RM17488之间约260 kb范围内。测序比对分析表明Dnl1可能为Nal1基因.     

CRISPR/Cas9在豆科植物毛根转化中的应用及共生基因的编辑

将CRISPR/Cas9系统与毛根转化相结合,在豆科植物百脉根和大豆中对结瘤因子受体激酶基因NFR1进行多靶点敲除,旨在快速、便捷获得目的基因突变体。结果表明:在百脉根和大豆中均获得了目的基因敲除的突变体;其中,百脉根LjNFR1基因中靶位点1处的敲除效率为58.3%,在靶位点2处的敲除效率为0;大豆GmNFR1靶位点1处的敲除效率为33.3%,靶位点2处的敲除效率为41.7%。进一步测序分析发现,CRISPR/Cas9系统可同时敲除大豆基因组上编码NFR1的2个同源基因(GmNFR1和GmNFR1b),为研究植物体内基因的功能冗余提供了技术支持。同时,CRISPR/Cas9系统在毛根转化中的运用进一步地缩短了获得突变体的周期。     

Chemical mutagenesis and soybean mutants potential for identification of novel genes conferring resistance to soybean cyst nematode

The resistance of soybean (Glycine max (L.) Merr.) to soybean cyst nematode (SCN, Heterodera glycines Ichinohe), which is a devastating pathogen in soybean production and causes a large quantity of annual yield loss worldwide, can shift during the long-term interaction and domestication. It is vital to identify more new resistance genetic sources for identification of novel genes underlying resistance to SCN for management of this pathogen. In the present study, first, two ethane methylsulfonate-mutagenesis soybean M2 populations of PI 437654, which shows a broad resistance to almost all of SCN races, and Zhonghuang 13, which is a soybean cultivar in China conferring strong resistance to lodging, were developed. Many types of morphological phenotypes such as four- and five-leaflet leaves were observed from these two soybean M2 populations. Second, 13 mutants were identified and confirmed to exhibit alteration of resistance to SCN race 4 through the forward genetic screening of 400 mutants of the PI 437654 M2 population, the rate of mutants with alteration of SCN-infection phenotype is 3.25%. Third, these identified mutants were further verified not to show any changes in the genomic sequences of the three known SCN-resistant genes, GmSHMT08, GmSNAP18 and GmSANP11, compared to the wild-type soybean; and all of them were still resistant to SCN race 3 similar to the wild-type soybean. Taken together, we can conclude that the 13 mutants identified in the present study carry the mutations of the new gene(s) which contribute(s) to the resistance to SCN race 4 in PI 437654 and can be potentially used as the genetic soybean sources to further identify the novel SCN-resistant gene(s).     

NaCl胁迫下Cl~-和Na~+对大豆幼苗胁迫作用的比较

 以栽培大豆 (Glycinemax.L .Merrill)的幼苗为材料 ,比较研究了等渗的NaCl、Cl-和Na+ 对苗期大豆根和叶细胞膜透性、鲜重、株高及根冠比等的影响。试验结果表明 ,NaCl对大豆幼苗的胁迫作用主要是由Cl-引起的。在等渗的Cl-和Na+ 胁迫下 ,Cl-盐对大豆植株的株高、鲜重以及根系和叶片的胁迫程度都高于Na+ 。大豆耐盐性主要与Cl-在根部的积累、减少叶片中Cl-含量有关 ;而与根部对Na+ 的截留作用相关性不显著     

大豆分枝数和叶柄夹角的相关野生片段分析

【目的】从以栽培大豆为遗传背景的野生大豆染色体片段代换系(CSSL)群体中检测出与分枝数和叶柄夹角有关的野生片段,估计其遗传效应,为未来基因克隆和功能研究提供材料基础。【方法】利用由151个家系组成的野生大豆CSSL群体（SojaCSSLP1）,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等四种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与分枝数和叶柄夹角相关的野生片段。【结果】累计共检测到3个分枝数相关的野生等位变异/片段和5个叶柄夹角相关野生等位变异/片段,其中与分枝数相关的Sat_160野生片段和与叶柄夹角相关的Sat_286野生片段能分别被所有方法检测到。在这些QTL/片段中,Sat_286位点最高能解释22%的叶柄夹角表型变异;在所有检测到的位点（片段）上,来自野生大豆的等位基因均具有正向的加性效应,这与2个亲本的表型差异相吻合。【结论】所发现的3个分枝数和5个叶柄夹角野生等位变异/片段均来自未报道的QTL/片段,体现了野生大豆的特点。     

四个云南矮秆稻种株高的遗传研究

本文研究了4个云南矮秆稻种的矮生性遗传以及矮秆基因对GA_3的反应。结果表明,3个籼稻矮秆品种的矮生性都受制于与sd_1等位的单一隐性基因;粳稻雪河矮早的矮生性受与大黑(d—1)及矮秆糯,单215(sd_1)均不等位的单一隐性基因控制,暂名为sd—s(t)。具有sd_1基因的水稻品种,其株高列GA_3反应敏感,将可能作为鉴别矮生基因的一种新方法。     

矮化大豆突变体叶片解剖结构及过氧化物酶活性研究

以"东农42"为野生型,以NaN3处理它而获得的矮化突变体"东泽11号"为突变体,采用石蜡切片法对野生型及突变体叶片进行解剖结构研究。结果表明,叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、海绵组织占叶片厚度为突变体均小于野生型,栅栏组织占叶片厚度、栅/海比为突变体大于野生型,且随着矮化程度的加深而增大。突变体的叶主脉维管束个数、导管个数、导管直径、输水面积、韧皮部面积均小于野生型。栅/海可作为矮化的筛选指标。愈创木酚法测定野生型及突变体叶片过氧化物酶活性发现,突变体与野生型过氧化物酶活性随生育期延长均有增大的趋势;生育期20 d时,突变体的过氧化物酶活性略小于野生型,差异不显著;生育期30、40、50 d时,突变体过氧化物酶活性大于野生型,差异1%水平极显著。大豆矮化与过氧化物酶活性正相关。     

几个籼稻标记基因系的矮秆遗传分析

利用8个籼稻标记基因系与测交品种南京11号、南京6号杂交，研究不同矮秆类型的遗传特点。根据各组合亲本、F1、F2株高的表现，可将这些标记基因系的株高遗传分为3类：①含有5d一1基因的半矮秆材料；②含有1个5d-1基因和1个新矮秆基因的双矮材料；③含有其他类型矮秆基因的矮秆材料。通过与南京6号连续回交，从标记基因系IGB．29(多蘖矮)中分离、鉴定出一个与5d-1不等位的新矮秆基因。     

野生大豆种质资源及创新应用研究进展

野生大豆是栽培大豆的近缘野生种,具有抗逆性强、蛋白含量高、丰产性好等优良性状,对于拓宽大豆种质遗传基础和丰富大豆种质基因库具有重要意义。本文从野生大豆的资源概况及创新应用两方面对野生大豆的研究进展进行了系统综述,同时对野生大豆研究现存的问题与今后的发展方向进行了讨论,以期为野生大豆研究提供参考。     

大豆异黄酮与脂肪、蛋白质含量基因定位分析

 【目的】研究大豆异黄酮与脂肪、蛋白质含量基因定位及相关性,为大豆品质改良、分子育种及基因克隆等应用提供理论依据。【方法】利用SSR技术,对晋豆23号和灰布支杂交构建的F13代大豆重组自交系群体的474个家系进行了连锁图谱的构建。在此基础上,利用 WinQTLCart2.0 软件分析了影响大豆异黄酮含量、脂肪含量和蛋白质含量3个重要品质性状的QTL,通过复合区间作图分析,检测QTL;同时,对异黄酮与脂肪、蛋白质的含量相关性分析。【结果】检测到23个QTL,其中控制异黄酮含量QTL有6个,分别定位在J、N、D2和G染色体的连锁群上;控制脂肪含量的QTL有11个,分别定位在第A1、A2、B2、C2和D2染色体的连锁群上;控制蛋白质含量的QTL有6个,分别定位在B2、C2、G和H1染色体的连锁群上。相关性分析结果表明：异黄酮与蛋白质含量呈极显著负相关;蛋白质和脂肪含量呈极显著负相关;蛋白质和蛋白质脂肪总量呈极显著正相关。【结论】3个重要品质性状的部分基因定位结果与其相关性分析是一致的,其结果对大豆品质育种应用有重要利用价值。     

多环境下野生大豆染色体片段代换系群体农艺性状相关QTL/片段的鉴定

【目的】改进染色体片段代换系群体,挖掘野生大豆（Glycine soja Sieb. et Zucc.）中蕴藏的农艺性状优异等位变异,为拓宽栽培大豆（Glycine max (L.) Merr.）的遗传基础提供材料和依据。【方法】通过标记加密和剔除部分单标记型片段的方法,改进以野生大豆N24852为供体,栽培大豆NN1138-2为受体的染色体片段代换系（CSSL）群体SojaCSSLP1;对改进后的群体（SojaCSSLP2）进行3年2点田间试验,通过单标记分析、区间作图、完备复合区间作图和基于混合线性模型的复合区间作图等4种定位方法,结合与轮回亲本有显著差异的染色体片段代换系间相互比对,检测与大豆开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的野生片段。【结果】改进后的群体（SojaCSSLP2）由150个CSSL构成,其中,有130个家系与SojaCSSLP1相同;在原遗传图谱上,新增40个SSR标记,相邻标记间平均遗传距离由16.15 cM变为12.91 cM,大于20 cM的区段由32个减少至17个,标记覆盖遗传距离总长度较原图谱（2 063.04 cM）增加103.52 cM;群体NN1138-2背景回复率变幅为79.45%-99.70%,平均为94.62%。利用SojaCSSLP2群体,分别鉴定到与开花期、株高、主茎节数、单株荚数、百粒重和单株粒重相关的4、5、5、7、14和3个工作QTL（working QTL）/片段,其中有15个工作QTL/片段能在多个环境下检测到,属共性工作QTL（joint working QTL）;除片段Sct_190-Sat_293上的主茎节数位点外,野生等位变异具有的加性效应方向与双亲表型差异方向一致;单个位点分别能解释5%-64%的表型变异;同时,分别检测到3、2和2个与地点存在互作的株高、主茎节数和单株荚数QTL/片段,其中与凤阳环境的互作均具有增加表型的效应,这可能与凤阳较南京所处纬度高有关;这些位点/片段分布在26个染色体片段上,其中有7个片段与2个及以上性状相关,可能是性状相关的遗传基础;与前人结果比较,有3个开花期、3个株高、2个主茎节数、2个单株荚数、8个百粒重、2个单株粒重位点能在其他遗传背景栽培大豆中检测到,说明在这些位点上野生大豆和栽培大豆间及栽培大豆间均存在遗传差异;另外18个位点（片段）为本研究利用野生大豆的新发现。【结论】大豆开花期、株高和主茎节数的遗传基础较百粒重简单,前者均存在效应较大位点/片段,后者多由小效应位点控制,遗传基础极为复杂;野生大豆中蕴藏着新的等位变异,能拓宽栽培大豆遗传基础。     

大豆对大豆花叶病毒Sa株系抗扩展特性的遗传分析

作物抗性遗传研究可为抗性育种提供理论基础.在溧水中子黄豆×南农493-1杂交组合的244个F2∶3家系中,随机取171个F2∶3家系为材料,用150对SSR分子标记,通过JoinMap30软件构建了包括70对分子标记的25个连锁群;采用平均病级和综合病情指数两种指标,用Win QTL Cartographer V25软件的多区间作图法进行QTL定位.结果表明:大豆对大豆花叶病毒Sa株系的抗扩展平均病级和综合病情指数均有4个QTL,其中在C2-b连锁群的satt422-satt640标记间和D2-a连锁群有共同的QTL,两性状的4个和5个互作QTL可分别解释表型变异的1514%和526%.这些结果为抗性性状的遗传剖析和标记辅助育种提供理论依据.     

糜子矮秆突变体“819”矮秆基因的遗传学分析

为揭示糜子矮秆突变体“819”矮秆基因的遗传规律,为后续定位矮秆突变基因提供理论基础,研究调查了糜子矮秆突变体“819”与高秆材料J12,以及它们杂交产生的674个F₂代个体的株高、穗长、穗颈长、分蘖数、茎节数、二级枝梗长度1、二级枝梗长度2、二级枝梗长度3、二级枝梗间距1、二级枝梗间距2共10个性状,进一步利用方差分析、卡方检验、相关及回归分析、主成分分析对这些性状进行研究。结果表明,糜子矮秆突变体“819”的矮秆性状是由单基因控制的隐性性状;株高与穗长、穗颈长、分蘖数、茎节数、二级枝梗长度1、二级枝梗长度2、二级枝梗长度3、二级枝梗间距1呈极显著正相关(P<0.01),与二级枝梗间距2呈显著正相关(P<0.05);株高(Y)对其他农艺性状的回归方程为:Y=-18.446+1.491X₁+1.222X₂+6.827X₄+1.319X₇+0.746X₈,回归方程的拟合度为0.811,回归方程经显著性检验达到极显著水平(P<0.01),可以利用回归方程对株高进行预测;糜子F₂群体的10个性状进行主成分分析获得3个主成分,这3个主成分的累积贡献率高达72.656%,3个主成分分别被命名为长度因子、茎节数因子、枝梗间距因子。研究结果为矮秆基因定位、矮秆后代的评价选择提供了依据。