中国玉米地方品种的种族划分及其特点研究

[目的]系统了解中国玉米地方品种多样性及所包括的种族类型,是研究作物生态分化、进一步挖掘优异基因资源、实现育种持续发展的重要基础性工作.[方法]以能代表中国地方品种多样性的核心种质中所包括的730份地方品种为材料,采用随机区组设计,对研究材料进行包括生育期性状在内的31个农艺性状进行了多年鉴定,基于这些表型性状的调查值,进行主成份分析以及聚类分析,依据聚类分析所揭示的表型性状计算730份玉米品种的欧式距离(Euclidean distance),进而对中国玉米地方品种进行种族划分.[结果]主成份分析结果表明,前13个主成份可以囊括所有表型的86.2%遗传信息,基于这13个主成份所揭示的11个表型性状的Neighbor-Joining(NJ)聚类结果表明,中国玉米可以划分为9个种族,即西南黄色硬粒种族、西南白色硬粒种族、北方黄色硬粒种族、北方白色硬粒种族、西南马齿种族、北方马齿种族、衍生种族、南方糯质玉米种族以及爆裂玉米种族.[结论]中国的玉米地方品种对本土具有良好的适应性与自身的特点,基于广泛地理来源的地方品种,所划分的9个玉米种族各自具有不同的表型特征与育种利用价值,但与南美及美国所拥有的玉米多样性相比,中国地方品种的遗传基础显得相对狭窄.引进和利用国外不同类型地方品种,依然具有重要的科学与实践意义.     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

基于多重相关RIL群体的玉米株高和穗位高QTL定位

株高和穗位高是玉米育种中的重要农艺性状。本研究利用我国玉米育种中骨干亲本黄早四与来自不同杂种优势群的其他11个骨干自交系组配11个RIL群体,开展基于单环境、联合环境的QTL分析,分别检测到269个和176个QTL。通过区段整合,检测到21个株高主效QTL及15个穗位高主效QTL,这些QTL分布在第1、第2、第3、第6、第7、第8、第9、第10染色体上。相对于共同亲本黄早四而言,部分QTL在不同RIL群体中的效应方向一致,来自共同亲本黄早四的等位基因在不同群体中能够稳定地表达。同时,还分别定位到在多环境下稳定表达的5个株高、4个穗位高“环境钝感QTL”。此外,进一步鉴定出5个重要的株高和穗位高QTL富集区段(bin 1.01-1.02,1.08-1.11,3.05,8.03-8.05和9.07),这些区段均包含多个株高和穗位高相关QTL,如bin3.05位点包含7个QTL,bin8.03-8.05位点分别包含9个QTL,且这些QTL至少在3个不同环境中能够被检测到,这些区域对QTL的精细定位和克隆有重要参考价值。     

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。     

拟南芥脱水诱导早期应答基因研究进展

ERD(脱水诱导早期应答基因)是可以快速应答干旱反应的基因,最早是在拟南芥脱水诱导1 h获得的。目前,在拟南芥中获得16个ERD基因,它们属于不同的基因家族,作用于不同的代谢途径,通过不同的方式增强拟南芥的抗旱性,除了具有快速应答干旱胁迫的特征,还具有应答冷、盐、衰老、ABA等多种逆境胁迫信号的特征。研究这些基因有助于了解拟南芥的抗旱机制。目前对ERD基因的诱导表达和转录调节研究的比较清楚,但是对其中多数基因的作用机制还没有深入研究。本文综述拟南芥脱水诱导早期应答基因的研究现状和研究意义。     

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。     

农作物基因设计育种发展现状与展望

基因组学、计算生物学、合成生物学等基础科学快速发展，生物技术、信息技术、人工智能等前沿技术交叉融合，催生了精准设计育种，驱动作物育种加速向精准化、高效化和智能化发展，成为新时期农作物种业竞争的热点。系统分析了国际农作物基因设计育种发展态势，明确我国农作物基因设计育种发展现状与面临的挑战，展望新时期我国农作物基因设计育种发展路径，为推动农作物种业创新发展提供参考。     

欧洲植物遗传资源保存概况

欧洲的植物遗传资源很贫乏。但从本世纪20年代开始,苏联和英国等国在世界上进行了大规模的植物考察活动,并收集了大量材料。而对植物遗传资源真正的重视始于六、七十年代,尤其是国际植物遗传资源委员会(IBPGR)成立后。 1981年,由联合国开发计划署(UNDP)和粮农组织(FAO)制定出欧洲作物遗传资源保存和交换合作计划(ECP/GR)。第二阶段开始于1984年,由UNDP和IBPGR主管,经费由UNDP和26个参加国承担,主要开展葱属、燕麦属、大麦、饲料和豆科