基于基因组学的作物种质资源研究:现状与展望

作物种质资源工作涉及面很广,包括种质资源的收集、编目、保护、繁种更新、分发利用与信息系统建立等基础性工作,作物起源、驯化与传播、种质分类、民族植物学与传统知识研究等基础研究,遗传多样性评价、重要性状表型鉴定、种质资源基因型鉴定、基因发掘和种质创新等应用基础研究。经过近百年的努力,种质资源的基础性工作已卓有成效,作物种质资源保护与共享利用体系基本建立。但由于主要基于形态学的传统研究思路和方法存在很多先天不足,种质资源基础研究和应用基础研究一直举步维艰,效率低下。随着分子标记技术和第二代测序技术的快速发展,基因组学理论和方法不断深入到种质资源研究的多个层面,使种质资源保护和创新利用发生了研究思路和方法学上的变革。基因组学研究成果为种质资源的有效收集和保护提供了理论指导,也为阐明作物起源和演化、全面评估种质资源结构多样性提供了核心理论和技术,同时大幅度提高了基因发掘和种质创新效率。特别是全基因组测序、重测序和简化基因组测序技术不断成熟,使在全基因组水平上比较不同种质资源基因组变异成为可能;在此基础上,可阐明农作物起源以及驯化、改良和传播对种质资源形成的影响,明确现有种质资源和野外种质资源群体结构和遗传多样性,提出种质资源异地保存和原生境保护的最佳策略;结合表型鉴定数据,利用连锁分析和关联分析等基因组学方法,可高效发掘种质资源中蕴含的新基因和有利等位基因,提出其利用途径和具体方案,并在种质创新过程中充分利用基因组学研究成果提高创新效率。文章评述了基因组学在种质资源研究中的应用现状,特别是在种质资源基因型鉴定、异地保存和原生境保护、作物起源与进化研究、结构多样性分析、新基因发掘和种质创新等方面的应用情况及其发展趋势。提出了今后的发展方向和工作重点,强调把基因组学理论和方法与作物种质资源研究紧密结合,为种质资源的有效保护和高效利用提供强有力的理论、技术、材料与信息支撑。     

TP-M13-SSR技术及其在玉米遗传多样性研究中的应用

遗传多样性分析是种质资源研究的重要组成部分。由于研究群体通常都较大,简便可靠的高通量分析技术显得尤为重要。本文概述了在SSR扩增产物检测过程中的一种基于荧光测序技术的高通量低成本分析技术体系TP-M13-SSR(simple sequence repeat with tailed primer M13)的发展历程、反应原理和应用,并比较了它与普通银染、琼脂糖检测以及常规荧光检测体系在SSR扩增产物检测上的优劣,讨论了该技术在植物遗传多样性研究中的应用潜力。     

分子标记技术在玉米基因定位和辅助选择中的应用

本文评述了近一、二十年利用分子标记技术研究玉米重要基因的作图和定位及分子标记辅助选择等,并提出了我国在该领域的发展策略。     

玉米基因组学的发展现状及我国的对策

玉米是世界上最重要的禾谷类作物之一.由于玉米在美国是第一大作物,研究基础非常雄厚,美国政府和科学界对玉米的基因组学研究投入了大量的人力物力,迄今为止,已取得了非常显著的成绩.另外,欧洲也在玉米的基因组学研究方面有长足的进步,但与美国相比,还相差很远.对目前国际上玉米基因组学的研究现状和未来发展趋势做一介绍,并提出我国在这个前沿领域的对策。     

水肥耦合对加气滴灌加工番茄产量及品质的影响

为探求北疆地区水肥耦合对加气灌溉加工番茄产量、品质及水肥利用效率的影响，该研究设置2个灌溉水平分别为4 950和4 050 m3/hm2、4个施氮梯度分别为280、250、220和190 kg/hm2以及2个加气水平分别为掺气比例15%和0%进行完全组合设计。结果表明，加气灌溉使加工番茄产量显著提高2.32%～10.02%，灌溉水分利用效率与氮肥偏生产力分别提高6.12%和6.19%。加气提高了加工番茄可溶性糖、有机酸、维生素C、可溶性固形物含量，基于主成分分析对各品质指标进行综合评价，得出最优处理为灌水4 050 m3/hm2，施氮250 kg/hm2。研究可为提高新疆加工番茄水肥利用率提供理论依据。     

玉米品种抗旱性分析及在雨养旱作中的应用

2006～2008年,在京郊主要玉米产区及河北等地大面积实行玉米雨养旱作,收到了很好的效果.品种主要采用了京单28和京科25等.耐旱能力主要体现在抗旱萌发能力强,播期适应性好,抗(耐)旱指数高,再辅以抗旱种衣剂和保水剂,可有效提高抗(耐)旱能力.     

特异玉米种质四路糯的穗行数遗传解析

【目的】玉米穗行数与产量密切相关,剖析其遗传基础对指导玉米育种实践具有重要意义。【方法】以只有4行籽粒的中国特异地方品种四路糯选系和多穗行数的自交系农531为亲本,采取单粒传法（single seed descend method, SSD）构建正反交F2:3分离群体。在北京昌平和河南新乡采用随机区组试验设计进行分离群体家系的穗行数表型鉴定。与此同时,根据玉米基因组数据库上公布的标记信息,在全基因组范围内筛选获得173个具有多态性的SSR标记,用于群体基因型鉴定及遗传图谱构建。采用完备区间作图法（ICIM）和复合区间作图法（CIM）进行玉米穗行数QTL定位和遗传效应分析,利用SAS软件GLM程序估计主效QTL对分离群体穗行数遗传变异的贡献率。【结果】表型鉴定结果表明,亲本四路糯选系与农531的穗行数平均值分别为4.0行与19.2行,F2:3家系穗行数变化范围为4.0-17.4行。利用完备区间作图法,分别对北京昌平、河南新乡的正交F2:3群体进行穗行数QTL定位,2个环境下共检测到12个穗行数QTL,分布于除第1、7染色体外的其他8条染色体上。等位变异来源分析表明,本研究定位的QTL减效等位变异全部来自少穗行数亲本四路糯选系。共有5个主效QTL在2个环境下均被检测到,其中,位于bin2.04区间内的主效位点qKRN2-1在单环境下最大可解释群体穗行数变异的18.48%,其余4个主效位点及其单环境下解释的最大表型变异分别为qKRN4-2（11.58%）、qKRN5-1(13.55%)、qKRN8-2（16.91%）和qKRN9-1(9.66%)。利用复合区间作图法,在联合环境条件下共检测到5个穗行数QTL,分布在第2、4、5、8、9染色体上,每个QTL解释的表型变异范围为6.13%-10.05%,除位于第5染色体的QTL以外,其余4个位点与完备区间作图法定位到的主效QTL区间一致。一般线性模型分析显示,在2个环境下,5个主效QTL可分别解释正交F2:3群体51.5%（北京昌平）和54.0%（河南新乡）的表型变异。还定位到2对穗行数上位性QTL位点,分布于第2,、4、9染色体上,但表型贡献率分别仅为2.90%和1.80%。【结论】穗行数减效等位变异全部来自四路糯选系,鉴定出5个玉米穗行数主效QTL,分别位于bin2.04、bin4.09、bin5.04、bin8.05和bin9.03。表明该四路糯选系可作为重要的穗行数遗传研究材料,而定位到的主效QTL可作为玉米穗行数候选基因图位克隆和玉米遗传基础研究的重要候选区段。     

用锚定PCR技术筛选谷子微卫星文库的研究

本试验将锚定PCR技术用于谷子微卫星富集文库的筛选,结果发现该技术能有效减少假阳性的产生,假阳性率仅为7.7%,该技术还能够最大限度淘汰侧翼无法设计引物的无效微卫星克隆,本研究无效克隆比率仅为3.8%.用锚定PCR技术最终筛选开发出13对多态性微卫星标记,这些标记在4个谷子材料和1个野生种中扩增出等位变异数为2～4.锚定FCR技术与常用的同位素杂交筛选技术及普通PCR技术相比,更能降低假阳性克隆和无效微卫星克隆的产生,是一种理想的微卫星文库筛选技术.     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmERD6 cDNAs 的克隆与逆境条件下的表达

在前期的研究中发现一个玉米苗期早期应答干旱的EST序列,与拟南芥ERD6序列同源性较高。本研究应用电子克隆与同源克隆技术分离出这个基因,并命名为ZmERD6。研究表明ZmERD6具有大小两个转录本,分别被命名为ZmERD6-L和ZmERD6-S。ZmERD6-L开放阅读框1 515 bp,编码505个氨基酸,ZmERD6-S开放阅读框1 386 bp,编码463个氨基酸。序列分析表明,ZmERD6-L和ZmERD6-S蛋白结构中含有两个MFS (major facilitator super-family)结构域,属于MFS家族的蔗糖转运子(sugar transporter)亚族。跨膜结构预测表明两个蛋白都具有多个跨膜区,ZmERD6-L蛋白含12个而ZmERD6-S含11个跨膜区。利用半定量RT-PCR分析ZmERD6在ABA、干旱、盐和冷胁迫处理以及不同组织中的表达情况,表明ZmERD6基因在不同胁迫下能被诱导表达,在不同组织中表达有差异。通过在玉米基因组数据库中的查询和比对获得ZmERD6基因上游2.5 kb的序列,生物信息学预测表明该序列具有启动子的核心序列及上游增强子序列、抑制子序列,同时还具有冷、茉莉酸甲酯等激素调控序列。     

冀西北坝上地区莜麦田间除草剂的筛选研究

2008年,在冀西北坝上地区莜麦田进行除草剂筛选试验。结果表明:72%2,4-D丁酯乳油、巨星(75%苯磺隆干悬浮剂)、20%二甲四氯可溶性粉剂都可有效杀灭莜麦田间阔叶杂草。几种除草剂的建议使用浓度为:72%2,4-D丁酯乳油为750mL/hm2,巨星(75%苯磺隆干悬浮剂)为18g/hm2,20%二甲四氯可溶性粉剂为1950g/hm2。野燕枯水剂和72%2,4-D丁酯乳油、20%二甲四氯可溶性粉剂配合使用,可以有效防除莜麦田间的阔叶杂草和野燕麦。建议使用浓度为:72%2,4-D丁酯乳油+48%野燕枯水剂为750g/hm2+3375mL/hm2;20%二甲四氯粉剂+48%野燕枯水剂为1950g/hm2+3375mL/hm2。