基于全基因序列的中国北方3省(区)马铃薯Y病毒遗传多样性分析

本研究以马铃薯Y病毒(PVY)全基因组为基础,分析吉林、黑龙江和内蒙古3省(区)PVY群体遗传多样性和群体分化,并评估突变、重组、选择等遗传力所起的作用。根据已报道的PVY全基因序列保守区设计4对引物,采用片段重叠法对来自内蒙古和吉林的24个PVY分离物全基因序列进行测定,并联合NCBI中已登录的9个黑龙江分离物全基因组序列进行遗传多样性参数评估、群体分化检验和分子变异等分析。结果显示,我国北方3省(区)PVY群体遗传多样性高,其中内蒙古和黑龙江PVY群体遗传多样性高于吉林群体,并且3个群体之间呈现一定程度的遗传分化。分子变异分析发现在PVY基因组中存在1 786个变异位点,表明我国北方3省(区)PVY群体变异程度较高,并且这种高变异度有85.54%来自各个马铃薯种植区内PVY个体的遗传变异。重组分析和系统发育分析发现,我国北方3省(区)PVY群体中重组株系占比高达90.3%,并具有明显的株系多样性,表明PVY重组株系已成为我国北方3省(区)马铃薯种植区的流行株系。选择压力分析显示,使用FEL和IFEL法分别检测出501个和315个净化压力选择位点,这表明3省(区)PVY群体受净化选择压力为主。以上结果表明,中国北方3省(区)PVY群体遗传多样性高,突变、重组和自然选择都对遗传多样性和群体分化存在一定影响。     

田径内涵嬗变与项目沿革新探索

对奥运会田径比赛项目、奥运历史上曾举行过的项目、田径技术、场地、规则、比赛成绩等方面的演变与发展进行新探索。     

人工合成小麦紫色胚芽鞘的遗传定位分析

为探明小麦花青素色素沉积的关键位点,以167份重组自交系群体为材料,利用已构建的高密度遗传图谱对来源于硬粒小麦(AABB)和节节麦亚种tauschii(DD)杂交后所得的人工合成小麦SHW-L1中控制紫色胚芽鞘的基因进行遗传定位。同时利用目标性状关联遗传区段对SHW-L1及其亲本进行基因型鉴定。结果表明:目标性状在重组自交系群体中表现为单基因遗传,且被定位于7D染色体,其关联遗传区段在异源六倍化过程中有遗传位点缺失。     

水、旱条件下小麦苗期部分农艺性状的遗传分析

为研究水分胁迫对小麦幼苗部分农艺性状的影响,分析这些性状与干旱胁迫的关系。以‘青麦6号’和‘烟农24’杂交形成的F2:3群体为材料,采用主基因+多基因混合遗传模型对其进行遗传分析。水、旱2种条件下,根长和根鲜重均为1对加性-显性效应主基因模型;茎鲜重、茎干重、根干重、根茎鲜重比和根茎干重比的最适遗传模型不同。干旱胁迫条件下,茎鲜重主基因遗传率为37%,茎干重、根长、根鲜重、根干重、根茎鲜重比及根茎干重比主基因遗传率分别是51%、81%、74%、56%、50%、68%。茎鲜重、茎干重、根干重等性状,尽管检测到主基因,但在水旱条件下遗传模型不同,可进一步研究其遗传规律。     

不同来源花生品种的ISSR分析及亲缘关系研究

利用13对ISSR引物对28个栽培种花生品种进行PCR扩增,研究这些品种的DNA多态性及其亲缘关系。结果表明,有7对引物检测到明显的多态性,从28个花生品种中扩增出90条带,其中多态性带达到79条,多态性比率为87.8%,平均每个引物可扩增出12.86条带,11.29条为多态性条带。品种间的遗传相似系数值在0.411~0.800之间,平均为0.620。在UPGMA聚类分析简单匹配系数值为0.57处,可把28个花生品种分成3个品种群。由此表明,这些不同来源的花生品种具有较高的DNA多态性,亲缘关系不同。     

马铃薯地上部绿色组织中糖苷生物碱合成调控的研究

为提高马铃薯品种(系)地上部分糖苷生物碱(SGAs)的含量,增强其抗逆性并改良块茎的品质。克隆了马铃薯茄啶鼠李糖基转移酶基因(sgt3)cDNA和1,5–二磷酸核酮糖羧化酶小亚基基因启动子(rbcS P);对sgt3亚细胞定位预测显示,该蛋白不具有叶绿体转运肽、线粒体导肽和分泌信号肽序列,推测可能位于细胞质;将克隆的sgt3 cDNA片段及rbcS重组到pCEPSP载体上,构建了具有草甘膦抗性标记的绿色组织特异表达sgt3基因植物表达载体。通过农杆菌介导法对马铃薯品种‘陇薯3号’和‘夏波蒂’进行转化,共获得了12株抗草甘膦的阳性转基因植株。对转基因植株的目的基因表达水平和SGAs含量分析发现,地上部sgt3基因相对表达量较未转化植株提高1.3~3.0倍,SGAs含量增加20%~37%,而转基因植株的块茎中SGAs含量变化不显著。本研究的结果为进一步培育枝、叶中高SGAs而块茎中低SGAs的马铃薯抗性品种提供了理论依据。     

基于近红外光谱的沼液挥发性脂肪酸含量快速检测

挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFA）作为厌氧发酵过程的重要中间产物，其在厌氧反应器中的累积能够反映出产甲烷菌的不活跃状态或厌氧发酵条件的恶化。为了实现对农牧废弃物厌氧发酵进行过程分析和状态监控，将近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）与偏最小二乘（Partial Least Squares，PLS）相结合构建玉米秸秆和畜禽粪便厌氧发酵液乙酸、丙酸和总酸含量快速检测模型。将竞争自适应重加权采样法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling，CARS）与遗传模拟退火算法（Genetic Simulated Annealing algorithm，GSA）相结合构建CARS-GSA算法对沼液中的乙酸、丙酸和总酸进行特征波长优选，原始光谱数据1 557个波长点经预处理和波长优选后，得到乙酸、丙酸和总酸特征波长变量分别为135、101和245个，建立的回归模型验证决定系数分别为0.988、0.923和0.886，预测均方根误差（Root Mean Squared Error of Prediction，RMSEP）分别为0.111、0.120和0.727，相对分析误差分别为9.685、3.685和3.484，与全谱建模相比RMSEP分别减少了17.78%、15.49%和1.22%，能够满足农牧废弃物厌氧发酵过程发酵液中乙酸和丙酸含量的快速检测需求，基本满足总酸的检测需求。结果表明，通过构建CARS-GSA算法优选乙酸、丙酸和总酸的敏感波长变量，参与建模的波长点数量显著减少，有效降低了变量维度和模型复杂度，提升了回归模型检测精度和预测能力，为快速准确检测沼液VFA提供了新途径。     

基于配合力和遗传距离的甜高粱杂种优势预测

【目的】对甜高粱主要农艺性状进行杂种优势、一般配合力及特殊配合力分析,同时,分析配合力、表型遗传距离以及分子遗传距离用于杂种优势预测的可行性,为甜高粱的种质创新和杂交种选育提供理论参考。【方法】采用不完全双列杂交设计,以8个甜高粱不育系为母本及8个甜高粱恢复系为父本配制64个杂交组合。对亲本及杂交后代进行2年的性状调查,包括：出苗至开花日数、生育期、株高、穗长、茎粗、分蘖、单穗粒重、千粒重、籽粒产量、单株重、生物产量和含糖量。分析不同性状的杂种优势、一般配合力、特殊配合力、表型遗传距离、分子遗传距离以及配合力、遗传距离与杂种优势的相关性。【结果】各性状的中亲优势由强到弱分别为单株重、籽粒产量、单穗粒重、生物产量、株高、穗长、千粒重、茎粗、生育期、至开花日数、分蘖和含糖量,其中,生育期、至开花日数、分蘖和含糖量等性状为负优势。不同性状的中亲优势和超亲优势由强到弱的顺序基本相同。配合力分析表明,每个性状中,不同亲本的一般配合力相差较大,且不同组合的特殊配合力也有很大差异。大多数特殊配合力高的组合,其亲本的一般配合力也较高。杂种优势与配合力和遗传距离的相关性为单株重、籽粒产量、单穗粒重、生物产量、穗长、千粒重、分蘖以及含糖量等性状的杂种优势与其亲本的一般配合力和特殊配合力均为极显著正相关。生育期的杂种优势与特殊配合力为极显著正相关,至开花日数与特殊配合力为显著正相关。亲本间的表型遗传距离为2.86—6.82,分子遗传距离为0.50—0.96。单株重、籽粒产量、单穗粒重、生物产量、株高、穗长、茎粗及含糖量等性状的杂种优势与分子遗传距离的相关性大于表型遗传距离,其中,生物产量、单株重、穗长和茎粗的杂种优势与分子遗传距离为极显著正相关。【结论】所有性状中,与产量相关性状的杂种优势较高,而含糖量和分蘖的杂种优势较低。在杂种优势预测上,利用亲本的配合力可有效预测杂种优势,预测效果优于遗传距离。与表型遗传距离相比,分子遗传距离对杂种优势的预测更有效。     

Quantitative trait loci for fruit size and flowering time-related traits under domestication and diversifying selection in cucumber (Cucumis sativus)

In cucumber, the genetic basis of traits under domestication and/or diversifying selection is not well understood. Here, we reported QTL mapping for flowering time and fruit size-related traits with segregating populations derived from a cultivated × wild cross. Phenotypic data of flowering time (FT), fruit size (FS), fruit number (FN) and fruit weight per plant (FW) were collected in multiple environments. QTL analysis identified 19 QTL for these traits. We found that the major-effect QTL FT1.1 played an important role in regulating flowering time in cultivated cucumber, whereas the minor-effect QTL FT6.3 contributed to photoperiod sensitive flowering time during domestication. Two novel consensus FS QTL, FS1.4 and FS2.3, seem to be the targets of selection during breeding for the US processing cucumber. All other FS QTL were co-localized with previously detected QTL using populations derived from cultivated cucumbers, suggesting that they were under selection during both initial domestication and subsequent improvement. Results from this study also suggested that the wild cucumber is a useful resource for capturing positive transgressive segregation and novel alleles that could be explored in cucumber breeding.     

An efficient method to produce segregating populations in quinoa (Chenopodium quinoa)

Quinoa offers a promising alternative for staple food, considering its outstanding nutritional value and tolerance to abiotic stresses. To develop breeding programmes in quinoa, a reliable crossing method for increasing the genetic variation is required. In the following study, we aimed to develop segregating populations in quinoa. We tested the efficiency of three different crossing methods (hand emasculation, warm water emasculation and no emasculation). Moreover we developed a two-stage selection strategy based on morphological traits and molecular markers for the selection of hybrid plants. We reported hand emasculation to be the most efficient crossing method, followed by warm water emasculation and no emasculation. Our results demonstrated that crosses in quinoa can be successfully performed, despite its complicated flower structure and high self-pollination rate. Additionally, we developed 30 segregating populations from crosses between accessions of different origins with varying phylogenetic relationship, which offers a promising perspective for quinoa breeding programmes in the future.