世界栽培豌豆(Pisum sativum L.)资源群体结构与遗传多样性分析

【目的】评价国家种质库长期保存的国内外栽培豌豆(Pisum sativum L.)资源的遗传多样性水平,揭示其遗传多样性、等位基因和群体结构差异,据此评估其重要程度及价值,为中国豌豆资源研究策略和方向的正确选择、国内外资源的充分发掘利用和深入研究提供理论依据。【方法】利用21对豌豆多态性SSR引物,对来自国外五大洲66个国家和中国28个省(区、市)的1984份栽培豌豆进行SSR标记遗传多样性和群体结构分析;采用Structure2.2软件完成资源群体结构剖析、推断参试材料的合理组群数、确定每份参试材料的适当群体划入及其相关参数计算;利用NTSYSpc2.2d软件估算其遗传距离,进行主成分分析(PCA)并绘制三维空间聚类图;采用PopgeneV1.32估算种质群的等位位点分布等参数,利用FstatV2.9.3.2进行种质群间遗传多样性差异显著性测验。【结果】通过对国、内外栽培豌豆资源群间SSR等位基因数(NA)、有效等位基因数(NE)、有效等位基因所占比重(NE/NA)、等位基因丰度(AR)、基因多样性指数(GD)、Shannon's信息指数(I)的比较,发现除等位基因数(NA)外,国内资源的其它5个遗传多样性指标全面高于国外资源。在21个SSR基因位点中,国内、外资源群在7个位点间存在等位基因种类的差异。群体结构分析将1984份世界栽培豌豆资源划分成三大组群。组群A包含96.49%的国外栽培豌豆参试资源,可代表典型的国外栽培豌豆资源类型;组群B的资源88.18%来源于陕西和内蒙古,可代表中国典型的春播区栽培豌豆资源类型;组群C的资源52.05%源于中国秋播区,47.44%源于中国春播区,可代表中国秋播区和除陕西、内蒙古外的春播区栽培豌豆资源类型。组群间遗传多样性差异达到显著水平。PCA作图分析也明确显示世界栽培豌豆资源群体中存在3个边界明显的资源富集区(基因库I、II、III),且与三大组群的群体结构分析结果精确对应。【结论】国内资源的遗传多样性程度整体上超过国外资源,国外资源群体内个体间的差异程度平均高于国内资源。群体结构分析侦测到世界栽培豌豆资源中存在A、B、C共三大资源类群,类群间的遗传多样性差异达到了显著水平,且与PCA做图分析显示的3个边界明显的基因库间存在着精确对等关系:"类群A"几乎等同于"基因库I","类群B"几乎等同于"基因库II",而"类群C"几乎等同于"基因库III";基因库I由国外资源富集而成,基因库II由中国陕西和内蒙古资源富集而成,基因库III由中国秋播区资源和陕西、内蒙古以外的春播区资源富集而成,由此得出世界栽培豌豆由3个基因库构成的结论。国外栽培豌豆种质资源构成了"基因库I",国内栽培豌豆种质资源构成了"基因库II"和"基因库III",表明国内、外资源均很重要,但国内资源甚于国外。     

基于两个相关群体的玉米花期相关性状QTL定位

【目的】利用具有共同亲本黄早四的2个F2﹕3群体,定位控制玉米的抽雄期(DTT)、散粉期(DTP)、吐丝期(DTS)以及散粉-吐丝间隔期(ASI)的QTL,为玉米分子育种与相关基础研究提供参考和依据。【方法】以自交系齐319和掖478分别与黄早四杂交构建的230个和235个F2﹕3家系为定位群体(分别写作Q/H和Y/H),利用完备区间作图方法,对在不同生态环境下(2007-北京、2008-北京、2007-河南、2008-河南、2007-新疆以及2008-新疆)玉米花期相关性状进行QTL定位。同时利用基于混合线性模型的QTL Network-2.0软件进行基因×环境互作及上位性的分析。【结果】尽管4个花期相关性状的表现在2个群体中存在明显差异,但它们之间均呈现高度的相关性。在6个环境下对2个群体的4个性状进行了QTL检测,Q/H群体共定位到了85个QTLs,分布在玉米的10条连锁群上;Y/H群体共检测到了30个QTLs,呈现成簇分布。在Q/H群体中检测到2个重要的与多个性状相关且在不同环境条件下同时表达的QTL区域,分别位于第8染色体的umc1562—bnlg1651和第10染色体的phi062—umc1115区段;在Y/H群体中也检测到了1个与多性状相关且在多环境表达的QTL区域,位于第3染色体的nc030—umc2166区域。进一步分析发现,贡献率较大的QTL同时控制着多个性状。对比2个群体的定位结果,共检测到4个在不同遗传背景下的"一致性"QTLs。【结论】玉米花期相关性状的遗传机制较为复杂,而在不同环境及不同遗传背景下能够稳定存在的QTL可为这类性状的生产应用以及精细定位与图位克隆提供有价值的参考。     

大额牛×婆罗门(GBF1)、BMY牛血液生化指标研究

试验采集了经过12个月育肥的8头大额牛×婆罗门（GBF₁）阉牛和30头BMY阉牛血样,进行了肌酐、总蛋白、尿素氮等13项血液生化指标测定。结果发现,GBF₁牛肌酐浓度显著高于BMY牛(P＜0.05),其它指标两品种牛间差异不显著(P＞0.05)。另外选取30头BMY牛和30头婆罗门牛,进行90 d的育肥,在育肥1、2、3月分别采血样,分析了肌酐、总蛋白等10个血液生化指标。结果发现,总蛋白在育肥3月极显著低于育肥1和2月(P＜0.01);总胆固醇、谷丙转氨酶在育肥3月极显著高于育肥1和2月(P＜0.01);甘油三酯、肌酐在育肥3月显著低于育肥2月(P＜0.05);尿素氮在育肥2月极显著高于育肥1和3月(P＜0.01);尿酸在育肥2月极显著低于育肥3月(P＜0.01)。     

水稻条纹病毒和介体灰飞虱抗性的QTL分析

水稻品种Kasalath高抗条纹病毒和介体灰飞虱。为剖析不同抗性类型基因之间的关系，利用回交重组自交系群体Nipponbare/Kasalath//Nipponbare分析了对条纹病毒和介体灰飞虱抗性的数量性状基因座。结果在第11染色体S2260–G257标记区间检测到1个与条纹病毒抗性相关的QTL（qSTV11），LOD值为9.2, 贡献率为35.79%；在第3染色体R1618–C595 和R2170–C1135标记区间各检测到1个与介体灰飞虱抗性相关的QTL (qSBPH3-a, qSBPH3-b)，LOD值和贡献率分别为3.12和2.96, 11.69% 和11.36%,表明条纹病毒和介体灰飞虱抗性由不同基因所控制,而且两者之间不相关。此外，还分别检测到两对与条纹病毒和介体灰飞虱抗性相关的上位性QTL，暗示水稻对条纹病毒和介体灰飞虱的抗性受主效和上位性QTL的共同影响。进一步分析发现SSR标记BJ11-8与qSTV11紧密连锁, 为分子标记辅助选择高抗条纹叶枯病水稻品种提供了基础。     

小麦产量和品质对不同类型土壤和施氮处理的响应

为了解小麦产量和品质对不同类型土壤和施氮处理的响应,以津强11号为试验材料,研究不同类型土壤（黑土、潮土）和施氮处理（不施肥、底施、三叶期施、拔节期施、抽穗期施）对春小麦产量和品质的调控效应。结果表明,土壤养分含量较高的黑土更有利于小麦穗部性状及产量和品质的提高,黑土处理小麦的总小穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量较潮土分别提高5.76%、28.07%、18.37%和38.4%,蛋白质含量及其产量提高14.35%和38.37%,差异均极显著（P<0.01)。不同施氮处理间比较,穗部性状与籽粒产量均以拔节期施氮最高;各施氮处理较不施氮处理籽粒谷蛋白含量均大幅度提高,以抽穗期施氮的籽粒蛋白质含量最高。黑土和潮土中,在拔节期或抽穗期追肥均可以有效提高小麦籽粒产量和品质。籽粒圆度表现为潮土>黑土,其他籽粒性状在各处理间均无显著差异。     

土壤相对含水量对冬小麦氮素积累、蛋白质组成和加工品质的影响

为了解土壤相对含水量(SRWC)对冬小麦氮素利用和籽粒品质的影响,在防雨条件下,以高产强筋小麦品种皖麦38为材料,采用测墒补灌的方法,0~40cm土层SRWC在拔节期(J)设置65%、70%和75%3个水平,开花期(A)设65%和70%两个水平,分析了不同处理(分别用J65A65、J65A70、J70A65、J70A70、J75A65、J75A70)间冬小麦氮素积累、蛋白质组成和加工品质的差异。结果表明,在65%~75%范围内,随拔节期SRWC的提高,小麦开花期各器官的氮素积累量显著增加;J70A70处理的成熟期籽粒氮素积累量与J75A65和J75A70处理无显著差异,但显著高于其他处理,且其氮素收获指数最高。开花期SRWC相同时,拔节期SRWC 65%处理较SRWC 70%处理具有较高的贮藏蛋白含量和谷醇比以及较低的可溶性蛋白含量;J65A65处理的籽粒谷蛋白含量、谷醇比和贮藏蛋白占总蛋白的比例显著高于其他处理。与面粉品质和烘烤品质相比,拔节期和开花期SRWC对面团品质的调控效果明显。其中,面团形成时间和稳定时间在拔节期SRWC 65%和70%条件下随开花期SRWC的提高而降低;开花期SRWC相同时,拔节期SRWC 65%处理较SRWC 70%和75%处理提高了面团形成时间、稳定时间、沉降值、面包体积。综合以上结果,J65A65处理提高了籽粒谷蛋白和谷醇比,延长了面团形成时间和稳定时间,增加了面包体积,有利于改善冬小麦加工品质,是最佳的优质节水测墒补灌方案。     

小麦成熟期QTL定位与分析

小麦成熟期对粮食周年丰产具有重要的决定作用。为了给小麦分子标记辅助育种提供可用的分子标记,本研究以人工合成六倍体小麦(Turtur)和T.spelta L.衍生系(Bubo)为亲本创制的包含186个家系的RIL群体(F6)为材料,构建了包含5 301个标记(4 120个DArT标记、621个SNP标记和560个传统DArT标记),总长为2 464cM的遗传连锁图谱,利用Windows QTL Cartographer 2.5软件的复合区间作图法对在3年4点环境下的成熟期性状进行QTL检测,在LOD2.5水平下,共定位到15个QTL,分布于小麦的1A、2B、2D、3A、4A、4B、5B、7A和7B染色体上,可解释4.42～12.67的表型变异。其中在1A染色体上控制小麦成熟期的QTL贡献率最大;4B染色体的1215714-1068877F0-44CG区间内3年3点均检测到的QTL与1215714标记遗传距离为0.01cM,近乎共分离,为下一步分子标记辅助选择的精准性提供了坚实的基础。     

植物耐盐性：演化和盐基因组学

由于社会的发展需要使用盐地产出植物,因此植物耐盐性的研究变得日益重要。植物在长期演化中主要形成嗜盐植物和非嗜盐植物两类,在细胞乃至群体处理盐的机制方面发生了广泛和深度的遗传变异。鉴于发掘植物耐盐、使植物耐盐和改变植物盐环境的各领域都取得了重大进展,结合植物的演化扩展对植物耐盐的认识,从细胞机制、个体机制扩展到群体机制乃至多基因组参与的生态互作,进行以盐基因组学为视角的研究就显得非常重要。本文根据该领域的新近进展,对植物耐盐性进行演化和组学视角的回顾和分析,以期对今后的植物耐盐研究提供参考。     

长江上游小麦新品种(系)品质分析

为了解长江上游冬麦区小麦品种的品质现状及其基因型,以2012-2018年长江上游国家级品种试验109个小麦品种(系)在试验中的品质数据为基础,分析了品种(系)的籽粒分级、品质分析样品的混合点率、粗蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量和稳定时间等性状;利用KASP标记检测了这些品种(系)的部分高、低分子量谷蛋白亚基、穗发芽抗性基因、粒重及籽粒大小基因、籽粒硬度基因和小麦-黑麦1BL·1RS易位等20个位点的基因型。发现穗发芽抗性差、蛋白质数量和质量指标不均衡是影响长江上游小麦品质的主要因素,该麦区的品质改良应以提高品种穗发芽抗性和改良稳定时间为主要目标;这些品种(系)在20个位点基因型的差别不足以解释其品质的差异。     

小麦品种扬麦16赤霉病抗扩展QTL定位及分析

扬麦系列品种赤霉病抗性在世界范围内得到重视,但其抗性遗传机制尚不清楚。扬麦16是近年来大面积推广的抗赤霉病品种,本研究以扬麦16与中麦895杂交构建的174个双单倍体(double haploid lines,DH)系为材料,于2017—2019年连续3年对该群体采用单花滴注进行赤霉病抗扩展鉴定。利用660K SNP芯片构建高密度遗传图谱,共检测到6个抗性QTL,分别位于2DL、3BL、4BS、4DS、5BL和6AS染色体上。除4BS位点外,其他5个抗性等位基因均来源于扬麦16。QFhb.yaas-4DS和QFhb.yaas-6AS均在多年被检测到,可解释8.8%~15.0%的表型变异;QFhb.yaas-2DL、QFhb.yaas-3BL仅在1年被检测到,分别解释10.5%和14.7%的表型变异;QFhb.yaas-5BL和来源于中麦895的QFhb.yaas-4BS仅在1年被检测到且效应仅为6.4%和8.3%。QTL效应分析结果表明,相较于单个位点,多个抗性QTL的聚合可显著降低赤霉病严重度。扬麦16抗赤霉病QTL将为揭示扬麦品种抗性遗传机制及开发相应分子标记奠定基础。