苦荞重组自交系群体农艺性状分析

【目的】研究苦荞Fagopyrm tataricum主要农艺性状的遗传变异,揭示影响苦荞单株粒质量的主要因素,筛选综合性状优良的株系,为高产苦荞品种的选育提供理论基础和推荐材料。【方法】以小米荞与晋荞2号构建的重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)群体399个家系为材料,对株高、主茎分枝数、主花序二分叉花枝数、顶三花枝粒数、单株粒数、单株粒质量、千粒质量、籽粒产量这8个农艺性状进行了遗传变异和相关性分析,利用逐步回归和通径分析挖掘影响单株粒质量的主要因子,基于农艺性状表型值将RIL群体进行聚类分析,通过群组间方差分析筛选优良单株。【结果】各性状变异系数为13.1%~42.4%。除了主茎分枝数外,其他性状均存在双向超亲分离现象。株高、主花序二分叉花枝数、单株粒数与单株粒质量、籽粒产量均呈极显著正相关(P0.01)。单株粒数、主花序二分叉花枝数和千粒质量是影响单株粒质量的主要因素,其中单株粒数对单株粒质量的直接作用和总体效应最大。在欧式距离为22.0处,RIL群体可划分为10类,C5类群籽粒产量最高,C1类群在单株粒质量、单株粒数、主花序二分叉花枝数和籽粒产量等方面表现良好。【结论】单株粒数可作为高产苦荞品种选育的重要参考指标,C1和C5类群的株系可作为高产苦荞育种的推荐材料。     

苦荞糖转运载体FtSWEETs的鉴定与生物信息学分析

植物SWEET转运蛋白是介导糖类进行跨膜运输的重要载体。本研究基于苦荞转录组测序数据库,筛选到34个FtSWEETs基因。基因序列分析发现,苦荞FtSWEETs基因序列长度为533～2 890 bp,编码氨基酸残基为51～327个。聚类分析发现,苦荞FtSWEETs被归为4类,4个属于类型I,9个属于类型Ⅱ,6个属于类型Ⅲ,11个属于类型Ⅳ。蛋白序列分析发现,29个FtSWEETs的最长开放阅读框(MaxORF)编码蛋白具有跨膜结构域。基于苦荞茎的转录组测序分析,共检测到15个FtSWEETs基因在苦荞幼苗茎中表达,包含11个差异表达基因(DEGs)。其中,4个DEGs在出苗后5 d的茎中高表达,随后急剧下降;4个DEGs在出苗后5～15 d的茎中表达量逐渐下降;1个DEG在出苗后10和15 d的茎中高表达,2个DEGs在出苗后15 d的茎中高表达,推测这可能与它们在不同发育阶段发挥特定功能有关。相关性分析发现苦荞FtSWEETs基因间存在多个显著正相关或负相关关系,说明其可能存在协同或功能互补效应。本研究为进一步探索苦荞糖转运的分子调控机制提供了依据。     

甜荞重组自交系(RIL)亲本基因组RAPD标记的多样性分析

以贵州师范大学荞麦产业技术研究中心建立的两个甜荞(Fagopyrum esculentum)重组自交系群体(Homo×甜自100和Lorena-3×甜自21-1)的亲本为研究对象,选取了5个多态性好、带型清楚的随机引物进行RAPD分析,计算了每对亲本之间的相似度系数,并构建了各亲本的RAPD指纹图谱。结果表明,在Homo×甜自100和Lorena-3×甜自21-1的亲本中,平均相似度系数分别为39.13%和42.69%;在构建的RAPD指纹图谱中,有29条谱带为Homo(P1)所独有,27条谱带为甜自100(P2)所特有;有26条谱带为Lorena-3(P1)所独有,25条谱带为甜自21-1(P2)所特有。荞麦特异谱带可以作为品种鉴定的分子标记。     

213份苦荞种质资源主要农艺性状分析及高产种质筛选

[目的]调查分析我国213份苦荞种质资源主要农艺性状,筛选高产苦荞种质,以期了解影响苦荞产量的主要因素,为选育高产苦荞品种提供亲本材料.[方法]以来自于我国11个省(区)的213份苦荞种质为材料,对其株高、主茎分枝数、初花期、盛花期、单株粒数、单株粒重、百粒重和籽粒产量8个农艺性状进行变异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析,基于分析结果,筛选出高产的苦荞种质.[结果]8个农艺性状的偏度和峰度绝对值均接近1.00,均呈近似正态的连续分布.各农艺性状变异系数为2.91%~35.62%.籽粒产量的变异范围为315.6~3286.8 kg/ha,平均值为2101.5 kg/ha;株高的变异范围为86.1~139.5 cm,平均值为121.2 cm;主茎分枝数的的变异范围为4.8~6.9个,平均值为5.8个;百粒重的变异范围为1.55~2.45 g,平均值为1.95 g;单株粒重的变异范围为1.03~7.21 g,平均值为3.35 g;单株粒数的变异范围为51.7~416.8粒,平均值为173.6粒;初花期的变异范围为37.0~45.0 d,平均值为40.8 d;盛花期的变异范围为40.0~47.0 d,平均值为43.9 d.简单相关分析结果表明,籽粒产量与株高、单株粒重和单株粒数均呈极显著正相关(P<0.01,下同),与百粒重呈极显著负相关;单株粒重与单株粒数呈极显著正相关,与百粒重呈显著负相关(P<0.05,下同).偏相关分析结果表明,籽粒产量与株高呈极显著正相关,与单株粒重呈显著正相关,与百粒重呈显著负相关;单株粒重与单株粒数和百粒重呈极显著正相关,与初花期呈显著负相关.供试苦荞种质材料8个农艺性状可简化为4个主成分,累积贡献率为84.39%.第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)与籽粒产量密切相关,其中单株粒重和单株粒数是影响苦荞种质产量的主要因素.在欧氏距离为2.50处,可将213个苦荞种质材料划分为六大类群(Ⅰ~Ⅵ),其中,类群Ⅳ的30个苦荞种质材料的单株粒数、单株粒重和籽粒产量的平均值显著高于其他类群,籽粒产量平均值最高.[结论]选育高产苦荞品种时,应着重考察单株粒重和单株粒数这2个指标.Ⅳ类群的30个苦荞种质可作为高产苦荞育种的亲本材料.     

苦荞蔗糖转运体家族FtSUCs的鉴定与生物信息学分析

植物蔗糖转运体家族蛋白( sucrose transporter, SUC)是介导蔗糖跨膜运输的重要载体。本文基于苦荞幼苗发育过程中转录组测序获得的数据库,筛选鉴定到10个FtSUCs基因,序列长度在1 436~7 109 bp,编码氨基酸148~605个,其中8个FtSUCs可能定位于内质网,其序列一致性为34.30%,保守位点达到20个。苦荞FtSUCs与拟南芥AtSUCs基因被聚为3类,FtSUCs中4个归入类型Ⅰ,2个归入类型Ⅱ,4个归入类型Ⅲ。苦荞FtSUCs蛋白主要由α-螺旋、不规则卷曲、延长链与β-折叠组成,其中9个FtSUCs包含跨膜结构域。幼苗发育过程中,FtSUCs基因间表达模式存在差异,其中,FtPinG0002608200.01、FtPinG0001943900.01、FtPinG0001944100.01在子叶期高表达,FtPinG0000342600.01表达量逐渐提高,FtPinG0001943500.01和FtPinG0009584000.01在各时期稳定表达,推测它们可能在不同发育阶段发挥特定功能。苦荞中多个FtSUCs基因存在显著正相关或负相关关系,暗示FtSUCs基因间可能存在协同效应或功能互补,进而共同调控蔗糖的跨膜运输。     

苦荞重组自交系群体粒重、粒形与蛋白组分含量的变异

通过研究苦荞粒重、粒形与蛋白组分含量的遗传变异和相关性,探索影响苦荞蛋白组分含量的主要性状,筛选综合性状优良的株系。以小米荞×晋荞麦2号衍生的重组自交系(XJ-RILs)群体为试验材料,对粒重、粒形相关性状和籽粒蛋白组分含量和总蛋白含量进行变异分析、相关性分析和聚类分析。结果表明:除醇溶蛋白含量外,父本晋荞麦2号的千粒重、粒长、粒宽、长宽比、清蛋白、球蛋白、谷蛋白和总蛋白含量均显著(P<0.05)高于母本小米荞;在XJ-RILs群体中,各性状变异系数为5.79%~29.97%,且存在双向超亲分离现象;千粒重与粒长、粒宽、球蛋白、谷蛋白和总蛋白含量呈极显著(P<0.01)正相关,粒长与谷蛋白含量呈极显著正相关,粒宽与球蛋白和总蛋白含量呈极显著(P<0.01)正相关;基于各性状的表型值,在欧式距离为12.10~13.50处,将220个株系划分为12个类群,其中C9类群粒长、长宽比、清蛋白和总蛋白含量较高,C10类群千粒重、球蛋白、谷蛋白和总蛋白含量较高,C11类群千粒重、粒长、长宽比、球蛋白和醇溶蛋白含量较高。该结果为进一步研究籽粒各蛋白组分含量的基因型差异提供了重要的试验材料,筛选获得的蛋白组分优异株系为不同食品和保健品的加工提供了推荐材料。     

荞麦属植物MAPK基因片段序列比较与进化关系研究

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是植物MAPK级联途径中的重要信号分子。为了研究荞麦属MAPK基因序列变异以及种间进化关系,对荞麦属8个野生种共25份材料的MAPK基因进行特征引物PCR扩增、测序和序列比较分析。结果发现,荞麦属植物种间MAPK基因PCR扩增片段序列较为保守,8个野生种共25份材料中多态位点为125个,不变位点为680个。其中,12份野生苦荞MAPK基因片段序列多态位点S仅为32个,说明荞麦属植物种内MAPK基因序列高度保守。聚类分析发现野生甜荞与左贡野荞被聚为一类。野生苦荞、毛野荞、大野荞、金荞麦、细柄野荞和硬枝万年荞被聚为一大类;其中,细柄野荞和硬枝万年荞被聚在一起,其次与金荞麦聚在一起;毛野荞与大野荞被聚在一起。研究结果可为荞麦属植物MAPK基因功能以及种间遗传多样性与进化关系研究提供理论依据。     

苦荞杂交后代主花序特征遗传变异研究

以小米荞为母本、晋荞2号为父本进行有性杂交,对群体F2、F3群体主花序二分叉花枝数和顶三花枝种子数进行了遗传变异分析和相关性分析。结果表明,苦荞杂交后代主花序二分叉花枝数广义遗传力、狭义遗传力平均值分别为0.690、0.314,主花序顶三花枝种子广义遗传力、狭义遗传力平均值分别为0.729、0.375。相比之下,主花序顶三花枝种子数遗传力大于主花序二分叉花枝数。主花序二分叉花枝数与主花序顶三花枝种子数呈微弱的负相关(-0.141**),可能是顶端优势相互制约的结果。F2主花序二分叉花枝数和主花序顶三花枝种子数与单株粒质量、单株粒数表型相关系数分别为0.317**和0.256**、0.344**和0.278**,F3表型相关系数为0.316**和0.272**、0.371**和0.516**。表明主花序二分叉花枝数和顶三花枝种子数均与单株粒数和单株粒质量呈极显著正相关。因此,在育种上应考虑选择主花序二分叉花枝数、顶三花枝种子数多的变异类型以提高产量。     

苦荞NAC基因家族的生物信息学分析

以苦荞基因组数据库为基础,利用比对程序,经鉴定和筛选,共获得72个苦荞NAC家族基因的序列,对其进行生物信息学分析。基因结构分析表明,除FtPinG0002967400.01.T01基因外,苦荞NAC家族其余71个基因均含有内含子。蛋白质理化性质预测分析表明,72条蛋白序列具有NAC结构域。72个NAC基因共有7个保守基序,在苦荞8条染色体上均有分布。有33个NAC基因在种子发育过程中差异表达。系统进化分析表明,苦荞NAC蛋白序列与拟南芥的可以分为9个亚家族。