云南、贵州玉米大斑病菌生理小种分化研究

玉米大斑病是云南和贵州省玉米生产的重要病害之一。本文对2008年和2009年在云南、贵州采集分离获得的45份大斑病病菌菌株进行了生理小种鉴定,结果在云南共鉴定出12、13、3N、123、12N、13N、23N、123N等8个生理小种,其中123N小种出现频率最高,为30%;在贵州共鉴定出123、13N、23N、123N等4个生理小种,其中123N小种是主要小种类群,占53.3%。云南的大斑病菌菌株对Ht〖STBX〗1〖STBZ〗、Ht2、Ht〖STBX〗3〖STBZ〗和HtN基因的毒性频率分别为73.3%、73.3%、90%和80%,而贵州的菌株则分别为80%、80%、100%和93.3%。两省菌株的毒性随着抗性基因组合的复杂性增加而下降,对4基因组合的毒性频率分别为30%和53.3%;贵州的菌株毒性较云南菌株为高。云南的小种构成较复杂,而贵州小种的毒性更强。     

转DsRed荧光蛋白的新月弯孢Curvularia-lunata菌株构建

本研究通过农杆菌介导转化方法(ATMT),利用DsRed荧光蛋白基因对玉米弯孢叶斑病致病菌新月弯孢进行遗传转化。通过转化子的荧光蛋白基因和潮霉素B抗性基因的PCR检测,菌丝体和分生孢子的荧光观察,hyg基因的Southern杂交验证,以及荧光蛋白基因插入位点的TAIL-PCR分析,确定了DsRed荧光蛋白基因插入与表达对新月弯孢转化子的影响。结果表明:测定的4株转化子基因组中均成功整合了DsRed荧光蛋白目的基因片段;转化子在生长发育和致病性方面与野生型菌株存在一定差异,分别有2株在产孢量方面略高于野生型菌株,4株转化子在纤维素酶活性和粗毒素致病力方面均低于野生型菌株,有3株转化子在果胶酶活性上较野生型菌株有提高,1株转化子的致病力显著低于野生型菌株;获得其中3个转化子插入位点的侧翼序列。     

OsGA200x2不同长度RNAi片段对水稻株高等农艺性状的遗传效应

利用OsGA20ox2基因序列构建不同长度的RNAi片段并导入水稻,获得不同高度的矮化植株.将这些矮化植株与野生型植株回交获得B1F2群体,卡方检测表明B1F2群体矮秆植株数和高秆植株数符合3∶1比例,表现为矮秆显性的遗传规律.对矮化植株的F5和B1F2群体株高、各茎节间长度和一些主要农艺性状方差分析显示,OsGA20ox2基因的RNAi能显著缩短株高和各节间长度(P＜0.05),RNAi干扰片段越长,使植株株高和节间长度缩短程度越大,可使株高降低24～42 cm,矮化22％～39％.在同一长度的RNAi干扰片段下,倒一节节间长度平均缩短与倒二节节间长度平均缩短非常相近,倒三节和倒四节节间长度平均缩短非常相近,总的缩短程度是倒四节＞倒三节＞倒二节＞倒一节.这种近基部节间长度缩短幅度和比例较大的特点,利于提高水稻的抗倒伏能力,同时上部节间缩短幅度和比例较小,有效地保持合理株高,不使生物产量明显降低,有利于水稻的稳产和高产.OsGA20ox2基因的RNAi不影响千粒重、结实率、穗长等主要农艺性状或影响很小.     

大豆巢式关联作图(NAM)群体构建及花色和种皮色遗传分析

巢式关联作图(Nested Association Mapping, NAM)群体在作物学遗传与育种研究中具有广泛的应用。本研究在前期大豆种质资源评价基础上,利用35份不同地区来源的代表性种质与中豆41 (公共母本)杂交,构建了一套大豆NAM群体。PCA和聚类分析发现,不同亲本组合的RIL群体基本聚在一起,显示出清晰的遗传结构。利用该NAM群体亲本间花色和种皮色具有显著差异的RIL群体进行全基因组关联分析,定位到1个主要位点qFC13-1与花色显著关联,该位点与W1位点重合;定位到12个位点与种皮色显著相关,其中9个位点为3种以上方法共定位,3个位点为2种方法共定位,包括4个已知位点和8个新位点。研究结果表明,构建的NAM群体适于进行大豆相关性状遗传分析,为大豆复杂性状的遗传解析和育种实践提供了良好的基础材料。     

色氨酰-tRNA合成酶基因WRS1调控水稻种子发育

【目的】氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases, aaRSs）与遗传信息传递密切相关,已发现植物中aaRSs家族蛋白在维持翻译功能之余,还参与配子发生与胚发育、质体的早期发育以及免疫信号的感知与病害防御等生物学过程。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,分析水稻色氨酰-tRNA合成酶（WRS1）在胚乳发育中的作用,证明WRS1基因编码一个影响水稻胚乳发育的关键因子。【方法】本研究通过甲烷磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate, EMS）诱变籼稻（Oryza sativa subsp. indica）品种N22,筛选到一个稳定遗传的水稻粉质胚乳突变体（wrs1）,图位克隆获得目标基因。对wrs1成熟种子进行形态学观察以及淀粉相关理化性质测定,利用细胞学切片分析wrs1发育中胚乳的结构,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）和GUS活性染色分析基因表达模式,通过qRT-PCR比较野生型与突变体花后12 d胚乳中淀粉合成相关基因表达情况,免疫印迹检测野生型与突变体成熟种子中淀粉合成酶蛋白积累情况,使用全自动氨基酸分析仪测定游离氨基酸含量。【结果】 wrs1突变体幼苗表现出明显的发育滞后且逐渐蔫萎死亡,从杂合突变体（WRS1wrs1）中分离到的粉质籽粒呈现明显的腹部皱缩,粒厚、千粒重下降,同时总淀粉含量下降,糊化淀粉的峰值黏度和崩解值均低于野生型。wrs1突变体发育胚乳中复合淀粉颗粒变小,排列疏松。WRS1定位于第12染色体长臂约183 kb的区间内,测序发现编码色氨酰-tRNA合成酶（tryptophanyl-tRNA synthetase, WRS）基因的第6外显子上发生单碱基替换,导致一个保守位置上的甲硫氨酸被替换。wrs1突变体中大部分淀粉合成相关基因表达量下调,且野生型与突变体间基因表达的变化与相应蛋白积累的差异存在不一致的趋势。wrs1突变体籽粒中蛋白质积累降低,而游离氨基酸含量显著升高。【结论】 WRS1编码色氨酰-tRNA合成酶,该基因突变后通过影响氨基酸稳态和蛋白质合成,造成淀粉合成相关基因异常表达从而影响淀粉的合成与积累,导致种子发育缺陷。     

水稻双组分系统基因干旱胁迫表达谱分析

利用全基因组表达芯片,系统分析干旱胁迫条件下水稻双组分信号系统(two component system,TCS)相关基因在其不同发育阶段、不同组织以及抗旱能力不同的株系中的表达谱变化特征.结果表明,双组分信号系统基因在干旱胁迫环境下的表达具明显的时空特异性,表现为不同组织的TCS基因干旱胁迫表达谱差异较大,而同一组织内表达谱相似,其中生殖生长期(幼穗分化期和孕穗期)两个叶片材料中TCS基因表达谱最为接近;与细胞分裂素信号传导负向调控相关的A型应答调控器在旱胁迫下表达下调,而与CK信号传导正向调控相关的B型应答调控器呈现明显上调趋势,推测与干旱胁迫下CK信号传导增强有关,同时乙烯受体基因在干旱胁迫环境下的表达下调,从激素间相互关系的角度更好地印证了上述推测;与拟南芥细胞分裂素受体基因(AHK2、AHK3和AHK5)序列相似的磷酸感应激酶基因HK5和HK3在干旱胁迫下表达上调,与拟南芥中不依赖细胞分裂素的AHK5序列接近的HK6则表达下调,进一步验证上述推测;干旱胁迫下抗旱能力不同的水稻株系其TCS基因表达谱没有明显差异,推测TCS基因差异表达可能源于对干旱胁迫反应,而其表达对抗旱能力的增强还有待进一步研究.     

利用Mudgo/武育粳3号F2群体分析水稻抗灰飞虱QTL

灰飞虱是我国水稻生产上的重要害虫。Mudgo是一个高抗灰飞虱的籼稻品种,对灰飞虱具有强的排驱性和抗生性抗性。利用Mudgo/武育粳3号F₂群体,构建了含有177个单株的F₂群体的遗传连锁图谱。该连锁图包含104个SSR标记和3个Indel标记,覆盖整个水稻基因组1 409.9 cM,每两个标记之间的平均距离为13.2 cM。采用改进的苗期集团筛选法对177个F_2:3家系进行了抗性鉴定,通过Windows QTL Cartographer 2.5进行复合区间作图分析,在第2、3、12染色体上分别检测到抗灰飞虱QTL Qsbph2b、Qsbph3d和Qsbph12a,分别位于标记RM5791~RM29、RM3199~RM5442和I12-17~RM333 1之间,单个LOD值分别为3.25、3.11和6.82,贡献率分别为17.3%、15.6%和35.8%,各QTL增强抗性的等位基因效应均来自Mudgo。其中Qsbph12a与标记RM3331和I12-17紧密连锁。结合表型鉴定的结果,Qsbph12a应为抗灰飞虱主效QTL,与该位点紧密连锁的标记可用于抗灰飞虱快速选择辅助育种。     

小麦TaGA20ox2基因的克隆及分析

 【目的】克隆小麦中的GA20-氧化酶基因并进行遗传定位,为深入研究小麦中的GA20-氧化酶基因作用机理奠定基础,同时为改良小麦的重要农艺性状提供理论依据。【方法】采用同源克隆结合BAC文库筛选的方法克隆基因,利用中国春缺失体以及国际作图群体对该基因进行遗传定位。【结果】从普通小麦中国春中分离得到TaGA20ox2的gDNA与cDNA序列,利用中国春缺失体材料将TaGA20ox2定位于3A、3B、3D染色体上,序列分析表明分别位于3A、3B、3D染色体上的TaGA20ox2-A1、TaGA20ox2-B1和TaGA20ox2-D1与水稻GA20ox2为直向同源基因,具有GA20ox2家族保守结构域;利用国际作图群体W7984×Opata85将位于3D上的基因TaGA20ox2-3定位于xfba330与xgwm664标记之间。【结论】分离获得小麦中分布于第三同源群的GA20ox2;分子标记结果结合QTL作图信息可以初步推测TaGA20ox2-3在小麦中可能是控制株高的基因。     

玉米抗甘蔗花叶病毒SCAR分子标记开发

 【目的】玉米矮花叶病（由甘蔗花叶病毒引起）是中国和欧洲玉米产区的重要病害,开展分子标记辅助育种可以明显提高抗病育种效率。【方法】本文采用改进的BSA法（bulked segregant analysis,BSA）构建玉米抗感自交系DNA池,结合AFLP技术筛选多态性标记,转化后获得实用性强的SCAR标记,并借助100份自交系抗性鉴定结果对SCAR标记进行相关验证。【结果】获得了2个多态性稳定的AFLP标记P66M38-220和P55M51-240,其中将P66M38-220转化为SCAR112标记,此标记与甘蔗花叶病毒抗性高度相关。【结论】改良BSA法是一种发掘性状基因紧密连锁标记的有效方法;开发的SCAR112 标记可以用于玉米抗甘蔗花叶病毒的分子标记辅助选择。     

一种快速高效构建植物表达载体的方法

植物表达载体是将目的基因转化宿主细胞的媒介,载体构建是通过遗传转化方法开展基因功能鉴定与应用等研究的重要环节。以构建玉米谷氨酰胺合成酶基因(GS1)表达载体pCUbi1390-Ubi-GS1-35S-EPSPS为例,研究简单、通用、高效的构建载体的方法。该方法目的片段和载体不需要酶切产生互补的黏性末端,只需通过在目的基因PCR上下游引物的5’端设计与线性载体两端有15个碱基的同源序列,根据序列的同源性,将目的基因插入载体中,通过PCR程序实现DNA重组。结果表明,正确构建了设计的转化载体,该方法大大简化了载体构建的过程,也适用于任何一个基于单酶切位点把外源DNA重组插入目标序列。