分子标记辅助选择在水稻抗病虫基因聚合上的应用

 稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱和白背飞虱是危害水稻生产的主要病虫害。实践证明,培育抗病虫品种是控制水稻病虫害最经济和有效的途径。总结了目前已报道和定位的抗病虫基因的研究和利用情况,指出利用分子标记辅助选择聚合不同类型抗病虫基因到同一品种,可以提高品种抗性、拓宽抗谱,是水稻抗病虫品种培育的发展方向。     

对大豆耐萎蔫材料PO471938根系和地上部的性状鉴定、QTL定位

PI471938是从美国引进的大豆耐萎蔫抗旱种质资源。为更好了解和利用该材料,分别在灌水和干旱胁迫条件下比较PI471938与普通大豆品种Dare、丰收黄根系及地上部性状的差异,并配制杂交组合,构建分离群体,利用主基因-多基因混合遗传模型分析杂交后代根系性状的遗传规律。结果表明,在正常灌水和干旱处理条件下,PI471938的根干重、根体积、主根长均显著高于Dare和丰收黄(P<0.01),说明根系发达是PI471938耐萎蔫的重要原因。供试亲本和各世代材料的株高、地上部干重均与根干重及根体积显著正相关,可作为对根系性状进行间接选择的指标。在Dare×PI471938杂交组合的F₂代,不论在灌水还是干旱条件下,根干重均以微效多基因控制为主,主基因遗传率较低;根体积在灌水条件下表现多基因遗传,而在干旱条件下则由2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因控制,主基因遗传率为54.63%。在干旱条件下,丰收黄 × PI471938组合的根干重、根体积均以多基因控制为主。以在干旱条件下种植的Dare×PI471938组合的F₂代群体为材料,采用SSR标记对大豆根系及地上部性状进行QTL定位,检测到位于3个不同连锁群的5个主效QTL,表型贡献率在16.07%~38.44%之间。     

山东省和河北省小麦白粉菌毒性与遗传多样性分析

由Blumeria graminis f. sp. tritici引起的白粉病是危害我国小麦安全生产的重要病害之一。分析菌株毒性结构和抗病基因有效性对于利用寄主控制白粉病具有重要意义。本研究对2011年从山东和河北两省分离的41个菌株进行了毒性分析,并采用SSR标记对其遗传多样性进行了分析。测试菌株的毒性频率在0.35 (Bg40-2,山东烟台)至0.74 (Bg46-1,山东平度)之间。山东省菌株的平均毒性频率与河北省菌株没有显著差异。除别菌株外(例如Pm17),山东省和河北省的菌株对大多数抗病基因的毒性差异不大。全部测试菌株对来自地方品种齿牙糙的Pm24基因都没有毒性。极少数菌株对Pm1c、Pm16、Pm20、PmH和Mlxbd的毒性频率低于0.1,在河北省邯郸市和黄骅市发现对Pm21基因具有毒性的菌株,但在山东省没有检测到对Pm21具有毒性的菌株。对Pm5e、 Pm6、 Pm12、 Pm13、 Pm17、 Pm40、 Pm2+6和Pm5+6的毒性频率在0.18~0.48之间,对Pm1a、 Pm3a、 Pm3c、P m3g、 Pm4a、 Pm4b、 Pm5a、 Pm7、 Pm8、 Pm19、 Pm33、 Pm43、 PmY39、 PmPS5A和Pm1+2+9的毒性频率超过0.6。遗传多样性分析可见,小麦白粉菌群体的遗传变异主要发生在群体内部,菌株间具有一定程度的基因交流。同一地点采集的不同单孢分离菌株有些可聚为一类,但有些不能聚为一类,说明其遗传基础可能存在差异。供试菌株对不同抗病基因的毒性多态性与DNA多态性之间不存在一一对应的关系。     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。     

小麦地方品种高分子量谷蛋白亚基多样性分析

采用SDS-PAGE方法,对我国9个麦区的76份代表性地方品种的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)组成比较分析,并探讨其与环境因素(平均海拔、年平均降雨量和年平均温度)的相关性。结果表明,25.0%的品种具有异质性,分别包含2~4种不同HMW-GS组合;在Glu-1位点共检测到14个等位变异,其中Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1等位变异数分别为2、7和5;发现了3个新等位变异,包括Glu-B1位点2个和Glu-D1位点1个。所有等位变异构成16种不同的亚基组合类型,以(N, 7+8, 2+12)为主,频率为69.7%。在Glu-1位点上,不同麦区遗传多样性分布存在一定的不均衡性,年平均降雨量和年平均温度与麦区多样性指数呈负相关。推测环境压力可能是地方品种多样性地区分化的重要因素。     

一种简便大豆原位转基因方法研究

以萌发大豆幼苗顶芽为外植体,经纵切及农杆菌侵染后种植到大田中,转化植株用除草剂进行表型鉴定,存活植株进行PCR验证,并分析目的基因EPSPS在T2代转基因植株中的遗传情况;总计获得草铵膦涂抹表型鉴定阳性T0植株75株,草甘膦喷雾鉴定阳性T1植株65个,PCR测序阳性T1植株6个,PCR测序检测转化效率为0.14%;获得T2代PCR阳性植株52个,初步证明目的基因EPSPS能在子代中遗传;该方法能有效解决基因型依赖及再生植株困难等问题,缩短转化周期,为根癌农杆菌阶段的大豆遗传转化体系的优化与改良提供了参考。     

转W16小麦抗旱新品系的创制及抗旱生理机制分析

 【目的】培育抗旱转基因小麦新品系,解析转基因小麦抗旱生理机制,为转基因小麦抗旱性鉴定提供依据。【方法】以转W16基因3个高代转基因小麦品系为供试材料,在2008—2010年连续两年大田正常灌溉和干旱处理条件下,对转基因小麦品系进行田间抗旱性鉴定;同时对不同生育期植株体内的脯氨酸和可溶性糖含量及其旗叶的SPAD值进行测定分析。【结果】在干旱胁迫条件下,转基因品系比对照济麦19的单株粒重和千粒重极显著增加,其中单株粒重分别增加20.00%—23.08%、20.88%—24.71%和15.29%—25.27%;千粒重分别增加16.24%—19.85%、13.46%—16.95%和21.58%—24.46%。在正常灌溉条件下,单株粒重分别显著增加7.04%—11.11%、3.52%—8.73%和8.45%—12.70%;千粒重分别显著增加13.57%—14.97%、9.91%—11.67%和14.17%—14.65%。转基因小麦品系的单株粒重和千粒重的抗旱系数在1.15—1.45,抗旱性为强到极强。对转基因小麦的抗旱生理机制分析发现,在干旱胁迫下转基因小麦的根系总长度、根系表面积和根系总体积均显著增加;在灌浆后期转基因小麦品系脯氨酸和可溶性糖含量及旗叶的SPAD值均显著高于受体济麦19。【结论】W16的过表达改善了转基因小麦品系的根系结构、延长了旗叶功能时期,从而增强了转基因小麦对干旱胁迫的适应能力。     

小麦TaDREB6转录因子互作蛋白的筛选

 【目的】利用酵母双杂交技术从小麦cDNA文库中筛选TaDREB6互作蛋白,进一步研究DREB介导的小麦抗逆机制。【方法】以小麦的cDNA为模板扩增得到TaDREB6,构建小麦cDNA文库和pGBKT7-TaDREB6诱饵载体,将诱饵载体pGBKT7-TaDREB6以及pGADT7和cDNA文库混匀转入AH109酵母感受态细胞,在SD/-Ade/-His/-Leu/-Trp营养缺陷型培养基上,30℃培养3—5 d,挑取平板上直径大于2 mm的菌落,进行显蓝筛选。【结果】对筛选到的102个候选阳性克隆进行测序,在NCBI上进行BLAST比对分析,获得与能量代谢、抗逆和防御、转运、转录和翻译、信号转导以及生长发育等相关的候选蛋白。【结论】筛选得到候选蛋白的功能预测表明TaDREB6可能参与了多条信号转导途径,在抗逆境调控中具有重要作用。     

未成熟种子子叶节转化体系优化及转EPSPS/GAT基因大豆新材料创制

以丛生芽率为指标,将农杆菌介导的大豆未成熟种子子叶节转化与成熟种子转化体系进行比较,明确了诱导过程中草甘膦筛选浓度、未成熟种子生理状态,改进大豆外植体的获得方式并减少了组培环节,建立了未成熟种子子叶节转化体系。利用Jack黄熟后期的种子作为受体材料,在15 mg·L-1的草甘膦筛选浓度下获得了9株PCR检测阳性植株并且生长正常可育,T0代经测序及Southern Blot分析,进一步证明外源基因已整合进大豆基因组中,其中2个株系的T1代植株经PCR检测符合3∶1的分离比,且表型鉴定筛选出抗性转基因植株,为抗草甘膦转基因大豆育种提供了新材料。     

谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动对维持植物正常生长发育和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性本研究根据谷子转录组分析结果从个家族成员中鉴定出个在干旱胁迫下表达量上调的基因根据序列相似性将其分为类同一类基因具有相似的内含子外显子结构染色体定位分析发现这些基因分别分布在谷子的条染色体上其中第条染色体上含基因最多有个。结构域分析结果表明个蛋白均含保守的结构域而端含、、、、和等结构域。启动子元件分析表明谷子个基因均含逆境应答元件其中和元件的数量最多个说明这些基因对干旱应答反应可能主要受、转录因子调控。转录组分析结果表明基因对干旱胁迫的响应远远高于其他成员对干旱、高盐、、和都有响应亚细胞定位结果显示蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解基因的功能提供了依据。F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动, 对维持植物正常生长发育a和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性, 本研究根据谷子转录组分析结果, 从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因; 根据序列相似性将其分为6类, 同一类基因具有相似的内含子-外显子结构; 染色体定位分析发现, 这些基因分别分布在谷子的8条染色体上, 其中, 第2条染色体上含F-box基因最多, 有6个。结构域分析结果表明, 19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域, 而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明, 谷子19个F-box基因均含逆境应答元件, 其中, MYB和MYC元件的数量最多(9~78个), 说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明, SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员, 对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应; 亚细胞定位结果显示, SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。