中国玉米地方品种种族的遗传变异评估

【目的】通过DNA水平的分子评价,明确中国玉米9个种族的遗传变异,并揭示各种族之间的遗传关系与群体分化特性,为中国玉米种族的形成与演变等相关研究奠定基础,同时也为种族资源的高效利用提供参考。【方法】利用覆盖玉米全基因组的55个SSR标记,对基于中国库存玉米所划分的9个玉米种族的224份代表性材料进行分子鉴定。获得所有标记的片段长度数据后,利用PowerMarker软件（V3.25）中的Summary模块计算224份材料的平均等位变异、基因多样性与多态性信息含量（polymorphism information content,PIC）,并通过重取样策略,利用Wilcoxon秩和测验分析了9个种族在相同样本容量水平上3个遗传多样性参数的差异水平。利用PowerMarker软件中的Phylogeny模块计算了9个种族的欧氏距离,并以此进行种族的聚类分析;利用该软件中的Structure模块对9个种族进行分子变异分析（analysis of molecular variance,AMOVA）,并计算各种族的群体分化系数（F_ST）,以此进行各种族群体分化检测。【结果】55个SSR所检测到的中国9个玉米种族的等位变异、基因多样性与PIC等3个多样性参数的幅度分别为4.42-7.64个/位点、0.5788-0.6532与0.5334-0.6117,平均值依次为11.53个/位点、0.6315与0.5953。西南黄色硬粒种族与衍生种族的平均等位变异相对较高,但基于重取样的分析结果表明这9个种族在这3个多样性参数上的差异均不显著（P＞0.05）。聚类结果显示,9个种族分成了3个类群,其中爆裂种族形成1个独立类群,3个北方种族形成1个类群,剩下的5个种族（3个西南种族、1个糯质种族、1个衍生种族）形成1个类群。AMOVA分析结果表明,9个种族之间的分子变异程度约为3%,远小于这些种族内部所检测到的分子变异（50%）。9个种族的群体分化系数（F_ST）为0.29%-7.63%,其中,西南白色硬粒种族与南方糯质种族、西南马齿种族与西南黄色硬粒种族、西南马齿种族与衍生种族之间的F_ST均相对较小,分别为0.29%、0.70%与0.80%,说明其遗传关系更近。【结论】在长期的人工选择与自然选择过程中,中国玉米9个种族蕴藏丰富的遗传变异。西南白色硬粒种族与糯质种族之间的分化程度远低于其他种族,前者在糯玉米资源的起源进化中可能扮演重要角色;西南黄色硬粒种族和西南马齿种族与衍生种族之间的分化程度很低,表明这2个种族对衍生种族的形成可能有重要作用。     

微卫星开发技术研究进展

对国内外主要应用的6种微卫星开发技术直接文库筛选法、基于锚定PCR技术法、单引物延伸富集法、选择杂交富集法、生物信息学法、转移扩增法进行了综合评价。在结合自己的研究经历及近几年相关的文献报道的基础上,发现目前选择杂交富集法从技术难度、开发效率、开发微卫星的多态性水平3方面综合评价为最有效的微卫星开发技术;传统的直接文库筛选法由于工作量巨大目前报道较少;随着生物数据库核酸序列的不断增加,生物信息学法将会发展成为一种经济、快速、高效的微卫星开发技术;而锚定PCR技术则适合于微卫星文库的筛选,该法可以有效淘汰侧翼序列短而不能设计引物的无效微卫星克隆,因此提高了微卫星开发效率。     

玉米PDI基因cDNA的克隆及生物信息学分析

利用RT-PCR技术,从玉米花丝中克隆得到了玉米蛋白质二硫键异构酶(PDI)基因cDNA编码序列(GenBank登录号为EF532321)。生物信息学技术分析表明:该序列开放阅读框为1 542个碱基,编码513个氨基酸,组成的蛋白质分子式C2577H3980N648O771S11,分子量为56.7 kDa,等电点pI为5.01。基因进化树分析表明玉米中的PDI基因与水稻中的PDI基因具有较近的亲缘关系。亚细胞定位预测分析表明,该基因编码的蛋白定位于细胞的内质网。     

用荧光原位杂交检测小麦背景中的1B/1R易位

用黑麦总基因组ＤＮＡ做探针进行荧光原位杂交,检测小黑麦×普通小麦３个衍生系９３０５５３、９３０５６０和９３０６１２的黑麦染色质。荧光原位杂交显示这３个品系中都有１ＲＳ染色体臂与一小麦染色体臂发生易位,易位的断点在着丝点附近。在体细胞有丝分裂细胞周期的各时期中都可见到明显的杂交信号。１ＲＳ染色体臂在间期表现为线状杂交信号贯穿细胞核。Ｃ－分带表明３个受检易位系为１ＢＬ／１ＲＳ易位。     

谷子抗除草剂“拿捕净”基因的AFLP标记

对由一对显性核基因(Srf)控制的谷子抗除草剂拿捕净(Sethoxydim)种质抗性进行了分子标记的研究.通过采用F2代群分法,在谷子F2代抗感池间随机筛选了330对AFLP引物,找到了与谷子抗除草剂基因连锁的两个AFLP标记AP1284(M55/15)和AP2350(M55/14).它们位于抗除草剂基因的一侧,与该基因的遗传图距分别为6.3 cM和2.9 cM.二者间的遗传     

玉米分子伴侣基因ZmBiP2在逆境下的功能分析

BiP(binding protein)基因编码的蛋白是一类重要的分子伴侣,在动植物的逆境胁迫响应过程中具有重要的作用。从玉米抗旱自交系旱21中分离到分子伴侣基因ZmBiP2,序列分析结果显示,该基因开放阅读框长1989 bp,编码含663个氨基酸的蛋白,包含热激蛋白家族特有的TVIGIDLGTTYSC保守结构域和ATP结合位点。实时荧光定量PCR结果显示,Zm Bi P2基因在玉米的雄穗和子房中表达量最高;在盐、甘露醇胁迫条件下,该基因在植株的地上部分上调表达。过量表达Zm Bi P2基因的拟南芥转基因株系在种子萌发时期对盐和甘露醇胁迫的耐受能力减弱,在苗期对盐胁迫敏感。推测在植物响应非生物胁迫的过程中,过量表达的ZmBiP2蛋白可能发挥负调节蛋白的功能。     

用SAM法分离谷子SSR位点的研究

首次将SAM(选择扩增微卫星)法用于谷子SSR位点的分离,共获得163个含有SSR序列的克隆,其中unique SSR 106个,占所有SSR序列的65%,60个SSR序列的3′端成功设计特异引物,占unique SSR的56%。这60个SSR序列中,55个为完整型重复;5个为复合型重复,由2种不同的重复单元组成,没有发现不完整重复类型。同时讨论了SAM法在应用过程中应注意的一些关键技术环节,如接头连接、核苷酸选择策略、特异引物设计原则,及该方法存在的一些不足,如获得SSR重复次数少、一端侧翼序列缺失对扩增多态性的消极影响等。     

小麦株高近等基因系的RAPD标记研究

采用ＲＡＰＤ技术，以４个小麦株市基因近等基因系（分别含有rht、Ｒht1、Rht2、Rht3)为材料，对２９６个单一随机引物（１０个核苷酸）进行了筛选。发现２５个引我的扩增产物的近等基因系间表现出特异性，在６次重复试验中，有１８个引物的特异护增片段不能重复，６个引物可以重复２－３资，唯有ＯＰＡＭ０１在全部试验中均能稳定重复，其特异扩增版段ＯＰＡＭ０１１８６０可以作为rht基因的ＲＡＰＤ标记。     

玉米花期根系结构的表型变异与全基因组关联分析

【目的】根系作为植株吸收水分和养分的重要器官,对玉米生长及产量的形成至关重要。研究玉米根系结构的遗传机制指导玉米高产育种实践。【方法】以111份玉米优异自交系为材料,于2017年在北京、陕西永寿、山西定襄和河南原阳4个环境下对玉米地下节根层数（RLN）、地下节根总条数（TRN）、地下节根角度（RA）、地下节根面积（RS）、地下节根体积（RV）和地下节根干重（RDW）等6个玉米根系相关性状进行调查。取4个环境的平均值作为6个根系相关性状的表型数据,对6个相关性状进行统计分析和相关性分析,对不同年代、不同类群自交系的地下节根相关性状进行差异分析。基于该群体全基因组152 352个高质量SNP标记,利用FarmCPU模型进行全基因组关联分析获得显著关联SNP位点,并在LD衰减距离范围内查找候选基因,对候选基因的功能进行富集分析。【结果】表型分析表明,6个地下节根性状均呈现正态分布,且均显示出较高的遗传力;相关性分析结果表明,地下节根层数和总条数均与地下节根角度和面积呈负相关,地下节根的角度、面积、体积和干重等4个性状之间相互呈现显著正相关关系;不同年代的玉米地下根系结构存在差异,地下节根层数和总条数在年代的更替间表现出下降的趋势,地下节根角度和面积在年代更替间表现出上升的趋势,根干重和根体积在各年代间无显著差异;玉米地下根系结构在类群间也存在差异,旅大红骨类群的6个地下节根性状值均高于其余类群。全基因组关联分析共检测到26个SNP位点与地下节根层数、总条数、体积和干重性状显著关联（P<0.00001）,其中11个显著关联位点定位于前人报道的根系QTL区间内,2个显著关联SNP在地下节根层数和总条数中均被检测到。基于显著关联SNP位点共挖掘到177个候选基因,其中135个具有功能注释,Zm00001d037368可能为控制地下节根层数和总条数的一因多效候选基因。候选基因功能的富集分析结果显示,候选基因的功能主要涉及植物体内的代谢调节、应激反应、运输活性、催化活性、结合蛋白及细胞成分等。【结论】玉米自交系的根系结构在不同年代间和不同类群间存在不同程度的差异,采用全基因组关联分析策略挖掘控制玉米根系结构的相关遗传位点及候选基因,共检测到26个显著关联的SNP位点。     

基于40个核心SSR标记揭示的820份中国玉米重要自交系的遗传多样性与群体结构

【目的】选择有代表性的材料进行遗传多样性与群体结构的解析是进行等位基因发掘、复杂性状关联 分析、研究,及作物育种实践的重要基础。【方法】利用覆盖玉米全基因组的40 个核心SSR 标记,采用基于测序 的基因型鉴定技术对820 份代表中国玉米育种资源种质基础的自交系进行全基因组扫描,通过PowerMarker V3.25 与Structure V2.3.3 等软件揭示其基因多样性与群体结构。【结果】在820 份自交系中,40 个SSR 标记所检测到 的等位变异为10-72 个,平均36.87 个/位点;基因多样性为0.46-0.9458,平均0.8430;PIC 为0.43-0.94, 平均0.83。聚类分析表明,K=5 时,△K 值最大,即这些自交系可以划分成5 个类群,依次为兰卡斯特、旅大红 骨、塘四平头、瑞德与P 群,各类群内平均等位变异与遗传多样性分别为24.23 个/位点与0.8145、22 个/位点与 0.8398、11.8 个/位点与0.7054、17.45 个/位点与0.7686 以及14.65 个/位点与0.7495。【结论】中国玉米自交 系在育种实践中形成了相对独立的优势类群,蕴含了比较丰富的遗传变异,显示出了较高水平的基因多样性。不 同类群之间的遗传多样性水平存在一定的差异,在划分的5 个类群中,兰卡斯特与旅大红骨类群的遗传变异相对 较丰富,基因多样性相对较高,其次为瑞德与P 群,塘四平头相对较低。