玉米骨干自交系京2416杂种优势及遗传重组解析

【目的】 玉米骨干自交系京2416是以（京24×5237）×京24构建基础选系群体,利用高大严及同群优系聚合等选系技术选育的优良黄改群自交系。以其为父本育成的审定品种已有20多个,其中代表性品种京农科728,突破了黄淮海夏玉米籽粒机收技术瓶颈,成为中国首批通过国家审定的机收籽粒品种。通过分析京2416与X群种质的杂种优势,及其形成过程中的重组事件和黄早四基因组片段传递规律,解析京2416形成的遗传机制,以期为黄改系的进一步遗传改良提供参考。【方法】 选用黄早四、京2416及其2个选系亲本（京24和5237）为材料,与5份X群代表性自交系根据NCII遗传设计组配杂交组合,利用F₁产量相关性状单穗粒重的中亲优势、超高亲优势值和配合力效应值评估4份黄改系的杂种优势。对4份黄改系及5份X群自交系进行测序深度约为18×的全基因组重测序,用BWA、GATK等软件进行序列比对和变异检测,基于获得的SNP和InDel标记信息,利用GCTA和Treebest软件进行主成分分析和系统发生树构建,同源传递片段（identity-by-descent,IBD）使用IBDseq软件识别。【结果】 通过比较分析黄早四、京2416、京24、5237与5份X群代表系所配杂交组合的F₁产量相关性状发现,与其他3份材料（黄改系京24、5237和黄早四）相比,京2416具有更高的超高亲优势和一般配合力。基于全基因组重测序数据,分析重现了京2416形成过程中的重组事件,明确京2416的基因组组成,选系亲本京24和5237在京2416基因组中保留的比例分别为80.96%和19.04%。利用基因组测序数据解析从黄早四到京2416的IBD片段,结果表明,京2416从京24和5237 2个选系亲本中聚合了全部的9个重要黄改系特征性选择区域。【结论】 骨干自交系京2416在遗传改良过程中,通过染色体重组聚合选系亲本京24和5237所有的9个重要黄改系特征性选择区域,从分子水平解释了京2416与X群代表系表现出更高配合力的遗传基础。     

玉米茎秆抗倒伏遗传的研究进展

茎秆倒伏严重影响玉米产量、品质和机械化收获,是当前玉米生产和育种亟待解决的主要问题之一。加强对玉米茎秆抗倒伏性的研究,对提高品种抗倒伏能力具有重要意义。本文综述了玉米茎秆倒伏的主要影响因素及其遗传特征。茎秆倒伏与茎秆自身的强度密切相关。茎秆强度越高,抗倒伏性越强。茎秆强度受茎秆所处的发育阶段、茎秆内部结构和外部形态,及其细胞壁成分等影响。处于分生组织的茎秆细胞分裂旺盛,较易折断,而进入生殖生长后,茎秆表皮、厚壁组织增厚,维管束发育成熟,对茎秆的支撑作用增强。茎秆细胞壁的主要成分——纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖、无机物等均可提升茎秆强度。目前,研究者借助高通量表型平台,利用玉米连锁群体和自交系群体,采用各种定位方法,鉴定到一系列影响茎秆形态、强度、细胞壁成分的相关QTL和候选基因。研究表明,基于单倍型的QTL定位方法比基于单个SNP的定位效果好。一致性QTL分析将不同遗传群体的研究整合到一起,能够提高QTL结果的通用性。茎秆强度的遗传基础复杂,受微效多基因控制,位点间具有加性效应。茎秆成分QTL中的候选基因涉及细胞壁代谢、转录因子、蛋白激酶等。MAIZEWALL是玉米细胞壁相关基因的重要数据库。目前该数据库包含1 156个玉米细胞壁生物学相关的候选基因,为该领域的深入研究提供强大的资源。已鉴定到一系列影响玉米茎秆细胞壁成分、茎秆形态和强度的基因,其功能涉及纤维素合成路径,如纤维素合成酶类、Cobra类、糖基转移酶和核糖转运蛋白类;苯丙烷路径基因,如控制bm1—bm5的相关基因;植物激素类,如赤霉素、生长素、油菜素甾醇相关基因;转录因子如NAC、MYB;miRNA（ZmmiR528）以及F-box基因（stiff1）等。今后应积极探索不同发育时期玉米茎秆倒伏的力学机制;广泛发展自然群体或育种群体进行遗传分析;采取多种定位策略,提高抗倒伏相关基因鉴定的功效;针对优良等位基因,开发各类分子标记,加强抗倒伏分子标记辅助选择。本文将为玉米茎秆抗倒伏遗传机制解析及抗倒伏玉米品种的分子育种提供参考。     

新陆早棉花品种DNA指纹图谱的构建及遗传多样性分析

以新疆2013年前审定的51个新陆早常规棉花品种为材料, 从5000对SSR引物中筛选出多态性高、稳定性好、且定位在棉花26条染色体上(每条染色体上选择2~3对)的75对核心引物,检测到多态性位点226个, 每个标记检测到的基因型位点数在2~12之间, 平均为3.01个;引物多态信息量(PIC)值介于0.0799~0.8752之间, 平均值为0.6624。结果显示, 在51份新陆早棉花常规品种中, 可利用特征引物将21份品种一次性区分开。利用40对引物可以完全区分开新陆早51份常规品种, 并构建供试品种的指纹图谱。同时利用NTSYS-pcV2.10软件聚类分析表明, 51个新陆早棉花品种遗传相似系数变化范围为0.4269~0.9873, 平均值为0.7071, 说明新陆早棉花品种之间遗传多样性较狭窄;遗传相似系数矩阵和聚类分析将51个新陆早品种分为4大类型, 与原品种选育系谱高度吻合。     

首批海岛棉基因组来源的微卫星标记的分离、评价和定位

海岛棉(Gossypium barbadense)是世界上最重要的栽培棉种之一。海岛棉纤维品质优良,是优质棉的重要产源。为了研究海岛棉的遗传多样性,为海岛棉育种提供参考依据,从海岛棉遗传标准系中分离基因组来源的微卫星标记用于海岛棉遗传评价。采用两种方法分离微卫星标记,一是用ISSR (inter simple sequence repeat) 引物扩增Pima3-79,克隆测序后从中开发微卫星标记;二是利用简并引物扩增Pima3-79,克隆测序后从中开发微卫星标记。共挑选1 447个克隆,筛选出239个独立克隆。测序后得到214个单一序列,其中包含微卫星并可用于引物设计的序列70个,获得86对引物。86对引物用于扩增56个海岛棉材料和4个陆地棉材料,16对引物没有扩增,43对引物在所有材料中没有多态性;27对引物在海岛棉和陆地棉之间有多态性,19对引物在海岛棉中表现多态性。利用Jaccard相似系数和UPGMA方法进行聚类分析可以明显区分陆地棉和海岛棉,并且将海岛棉分为4类。14对引物在BC₁群体中表现多态性,产生14个位点。9个位点整合到BC₁连锁图的7个染色体上,4个位于A亚基因组,5个位于D亚基因组。海岛棉微卫星标记扩展了棉花微卫星标记,有助于海岛棉遗传多样性的研究,有利于棉花遗传图谱的进一步丰富。     

玉米自交系京2416×京92改良后代收获时子粒含水量配合力分析

利用玉米黄改群自交系京2416和京92及其213个改良后代为基础材料,以京464、京724、京MC01为测验种,采用NCII杂交设计方法,杂交组配得到645个组合,调查杂交组合收获时子粒含水量,分析213个改良后代收获时子粒含水量的配合力及遗传特性。结果表明,收获时子粒含水量一般配合力优于原始高值亲本的自交系有京2416J92-049等68个,特殊配合力优于原始高值亲本的杂交组合有京2416J92-192×京464、京2416J92-210×京724、京2416J92-009×京MC01等177个。结合一般配合力和特殊配合力筛选出京2416J92-192×京464、京2416J92-210×京724、京2416J92-200×京MC01等57个优良杂交组合。通过遗传参数分析表明,收获时子粒含水量的广义遗传率为73.70%,狭义遗传率为65.82%,可以进行早代选择。     

棉花纤维特异/优势表达基因的染色体定位

 棉纤维是研究植物细胞伸长和细胞壁建成以及纤维素生物合成的优良模型,迄今为止,已经分离了许多纤维特异/优势表达的基因。为了便于这些基因的图位克隆使其能够应用于棉花纤维品质的改良中,本研究采用分离群体定位法和Blast分析法对这些基因进行染色体定位。利用陆地棉、海岛棉BC₁种间分离群体,将GhCFE定位在第6染色体,GhGLP1-250定位在第19染色体。Blast分析将11个基因定位到棉花染色体上。这些基因与棉纤维的伸长和细胞壁的合成相关,与这些基因连锁标记的获得有助于棉花纤维长度和强度的分子标记辅助选择。     

新疆彩色棉23个品种指纹图谱的构建及遗传多样性分析

以新疆截止2012年审定的23份新彩棉品种为材料,利用SSR标记进行DNA指纹图谱的构建和遗传多样性分析。从5000对SSR引物中,挑选出多态性高、稳定性好、均匀分布在棉花26条染色体上的52对引物,在23份新彩棉品种中筛选出核心引物47对,SSR扩增检测到多态性基因型位点数共计162个,每个标记检测到的基因型位点数在2~7之间,平均为3.45个;引物多态信息量(PIC)值介于0.4537~0.8686之间,平均值为0.7096。结果显示:在23份新彩棉品种中,14份品种采用特异或特征引物可以一次性区分开,其余9份品种需要采用引物组合来实现区别该品种与其他品种。最少选用18对特异引物及组合引物就可以完全区分开新彩棉1~23号品种。利用18对SSR标记构建了新彩棉1号至23号品种的指纹图谱。利用NTSYS-pcV2.10软件聚类分析表明:23个新彩棉品种遗传相似系数变化范围是0.3781~0.9298,平均为0.5511,表明新彩棉品种之间存在着丰富的遗传多样性。     

黄土高原聚湫沉积旋回特征及地球化学划分

黄土高原聚湫/淤地坝内的沉积物是黄土再侵蚀搬运的直接结果,以高堆积速率和多沉积旋回为特征,是追踪该地区小流域土壤侵蚀、认识黄土高原地球关键带过程的理想载体。如何鉴定并有效划分沉积旋回是利用沉积序列恢复小流域土壤侵蚀和生态环境变化过程的基础。本文选取靖边和合水聚湫为代表,通过典型可见沉积旋回的物理、地球化学和生物等指标综合分析,较全面地认识沉积旋回特征,进而提出划分旋回的有效地球化学指标。结果表明:沉积旋回的下部粗颗粒层主要由粗粉砂和细砂组成,以低含水量、高亮度为特征,富集石英和锆石,Si和Zr含量高;上部细颗粒层主要由黏粒和细粉砂组成,具水平层理,含水量高,亮度较低,富集方解石、白云母、伊利石、绿泥石、高岭石等轻矿物,高Al、K、Fe、Rb、Ca和Sr等造岩元素,富含孢粉、有机碳氮、磷脂脂肪酸及微生物。在此基础上,提出Rb/Zr比值是有效划分黄土高原聚湫/淤地坝沉积旋回的地球化学指标。这为深入认识黄土高原地球关键带中侵蚀风化、水文和生态环境变化等过程提供了研究载体和基础。     

黄河壶口至龙门段全新世古洪水滞流沉积物研究

通过野外考察,在黄河晋陕峡谷发现全新世古洪水滞流沉积物地层。对于采取的沉积物和黄土古土壤样品,进行磁化率、烧失量、碳酸钙和粒度成分的测试分析。综合野外观测和实验分析结果,确定它们是黄河悬移质泥沙在高水位滞流环境当中的沉积物。其主要成分是粉沙,次要成分为细沙,据此确定其质地属于细沙质粉沙。其磁化率略高于黄河河床相沙质沉积物,但是远低于全新世风成黄土和古土壤。其频率曲线为极正偏态,主峰高而且尖锐,表明分析性很好,粒度成分很集中。这是因为其在黄河洪水当中长距离搬运分选的结果。与泾河、洛河和漆水河比较,黄河晋陕峡谷全新世古洪水沉积物粒度成分偏粗。这表明黄河洪水搬运动力较强,且其悬移质泥沙是流域内黄土地区和风沙地区水土流失产物的混合物。这些特大洪水沉积层之间,被坡积角砾石或者石渣土层分隔开来,每一层记录了一个古洪水事件。     

棉花染色体单片段导入系的研究进展

染色体单片段导入系具有片段单一、背景一致、遗传稳定等特点,能把复杂性状的基因分解为多个简单的孟德尔因子,将在作物数量性状和功能基因组的分子研究中发挥重要的作用.本文针对棉花中数量性状位点作图中所遇到的如遗传背景变异的干扰等难题,概述了培育染色体单片段导入系的原理和方法,以及在棉花中的应用情况,讨论了棉花染色体单片段导入系构建过程中的问题和在棉花遗传育种中的潜在价值.