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。     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

Genetic analysis and QTL mapping of growth period traits and plant height traits in soybean recombinant inbred lines from Dongnong 47 × PI 317334-B

High and stable yield is the main goal of soybean genetic improvement. In this study, association analysis was used to detect the quantitative trait loci (QTL) for the plant height, and soybean growth period using 182 SSR markers in the RIL population of 136 F_4:8 lines, which developed from a cross between photoperiod-insensitive cultivar ‘Dongnong 47’ and photoperiod-sensitive variety PI317334–B. The results showed that 33 QTLs related to soybean growth period and plant height traits were detected by compound interval mapping, and were located on 12 linkage groups including N, C1, C2, J, D1a, B2, E, G, A2, O, L, I, with the contribution rate of 7.85–33.84%. These QTL loci and linkage markers related to soybean photoperiod sensitivity, would be helpful to identify key genes that control soybean photoperiod sensitivity, and provide an important basis for the breeding of new photoperiod-insensitive soybean varieties based on molecular design breeding.     

SSCP Marker Development and Analysis of Candidate Restorer Gene Rf1 for Cotton Cytoplasmic Male Sterility

[Objective] Locating the cotton cytoplasmic male sterility (CMS) restorer gene Rf₁ is important for investigating restorer gene mechanisms and improving restorer lines. In our previous study, a gene cluster, with nine Pentatricopeptide repeat(PPR) genes and nine other genes, was found within the 160-kb Rf₁ target region in Scaffold 333. The objective here was to improve the density of Rf1-linked markers in the target region and determine the expression profiles of candidate genes. [Method] Using the sequences of the 18 genes, we designed 155 single-strand conformation polymorphism (SSCP) primers covering all of the gene sequences to identify the polymorphic SSCP markers between the fertile and sterile pools. Additionally, real-time polymerase chain reaction(PCR) was performed to analyze the expression profiles of eight candidate genes in the four developmental stages of buds of sterile, maintainer and restoring lines, respectively. [Result] In total, 15 polymorphic primers were identified. A genotype analysis of the F₂ population was conducted using the 15 primers and 3 other polymorphic simple sequence repeats (SSR) markers. The markers were distributed in a 4.8 cM range. In addition, owing to the influence of sterile cytoplasm or restorer genes, most of the genes showed different expression patterns in the four developmental stages of the three lines' buds. [Conclusion] SSCP markers tightly linked to Rf₁ were identified and the expression profiles of candidate genes were determined. This study provides a basis for the further fine mapping of restorer genes and for candidate gene screening.     

新单系列玉米品种的遗传基础解析以及品质和产量性状变化趋势分析

为探索新单系列玉米品种籽粒品质性状之间的关系以及产量性状的变化趋势,以新乡市农科院2003年以来审定的玉米品种为材料,研究了它们的遗传基础、杂优模式、品质性状以及群体、个体生产力。结果表明：13个玉米品种利用的杂优模式主要有2种,9个品种杂优模式为改良Reid×唐四平头,4个品种为外来种质×唐四平头。品质分析中,‘新单28’、‘新单38’、‘新单66’粗淀粉含量高,‘新单61’、‘新单65’和‘新单68’的粗蛋白和赖氨酸含量高。粗脂肪含量和粗淀粉含量之间呈显著负相关,相关系数为0.610,粗蛋白含量和赖氨酸含量之间呈显著正相关,相关系数为0.491。产量分析表明,‘新单22’单株生产力最大,‘新单33’单株生产力最小,‘新单58’的群体生产力最大,‘新单28’的群体生产力最小。群体生产力随密度增加呈现上升趋势,其中密度为75000株/hm²时的群体生产力较45000株/hm²高62.9%,平均每公顷增加7500株产量增益为12.97%。单株生产力随密度增加开始呈下降趋势,增至60000株/hm²后逐渐平缓,低密度时单株生产力较高密度高5.5%。外来种质×唐四平头杂优模式选育的玉米新品种在品质上优于改良Reid×唐四平头模式选育的品种,且耐密性也显著增加,群体生产力也不断上升。     

2个与HSP70基因连锁的微卫星座位与牛运输应激性状的关联分析

试验探讨了2个与HSP70基因连锁的微卫星座位与牛运输应激性状的关联分析。选择120头12月龄、体重250 kg左右的健康西门塔尔杂种肉牛进行运输应激试验，并根据牛基因组遗传图谱，选择23号染色体上与HSP70基因连锁的微卫星座位BMS468和BM1258检测其在西门塔尔杂种肉牛样本群体中的多态性，采用最小二乘拟合一般线性模型分析微卫星座位与运输应激性状部分指标之间的关联效应。结果显示：微卫星座位BMS468共检测到5个等位基因（128、134、140、146、154 bp），优势等位基因为128和134 bp，有效等位基因数（Ne）、多态信息含量（PIC）和遗传杂合度（He）分别为3.66、0.68和0.73，遗传多态性较高，关联分析显示与运输后7 d平均日增重和发病率显著相关，其中128/128 bp基因型个体的运输后7 d平均日增重最大（P < 0.05），134/128 bp基因型个体的发病率最低（P < 0.05）；微卫星座位BM1258座位共检测到6个等位基因（99、101、103、113、117、119 bp），优势基因为101 bp，Ne、PIC和He分别为4.30、0.73和0.77，遗传多态性较丰富，关联分析显示，其与发病率显著相关，其中99/99 bp基因型个体的发病率最低（P < 0.05）。综上所述，2个微卫星座位可作为牛运输应激性状的潜在遗传标记，为开展牛抗运输应激性状的标记辅助选择提供科学依据。     

基于nSSR和cpDNA序列的城步峒茶群体遗传多样性和结构研究

采用简单重复序列标记(nSSR)与叶绿体DNA序列(cpDNA)分析技术,对城步峒茶群体进行了遗传多样性、遗传结构和遗传分化等研究。结果表明,15对nSSR引物在参试81份资源中共获得142个等位位点,平均每对引物9.47个,城步峒茶群体的观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)和Nei期望杂合度(Nei)分别为0.49、0.62和0.62,具有较高的遗传多样性。Structure分析将79份峒茶资源分成3个类群,但各类群的遗传背景较为复杂,没有明显的群体结构。F检验表明,城步峒茶群体的近交系数F_IS为正值(F_IS=0.177 5),群体间的遗传分化系数F_ST较小(F_ST=0.034 5),分化程度较低,基因流Nm较高(Nm=7.01)。3对cpDNA引物分别获得了473 bp(rbcL)、704 bp(matK)和320 bp(psbH-trnA)的片段序列,变异位点占总位点的比例分别为0.42%、0.71%和1.25%。将3个序列依次拼接,共产生了9个单倍型,单倍型数由多到少的居群依次为TXZ(6)、DZC(4)、DPS(4)、TYS(3)、HJZ(2),群体的单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(π)分别为0.732和0.001 39。9个单倍型中,单倍型H1和H5处于进化网络图的中心节点上,并且包含资源数量最多,属于比较原始的单倍型。同时,nSSR和cpDNA的AMOVA分析结果基本一致,居群内的变异百分比分别达到96.69%和80.54%,城步峒茶的遗传变异主要存在于居群内。     

小球藻遗传转化技术研究进展

小球藻( Chlorella )是一种单细胞真核藻类,属绿藻门、绿藻纲、绿球藻目、小球藻科、小球藻属 [1] 。作为最早开发的真核微藻之一,具有高营养价值、生长快速、结构简单、易工业化集成等显著优点。其细胞形态为球形或椭圆形,直径3~12 μm,呈单生或聚集成群状生长 [2] ,分布广泛,多见于淡水、咸水和土壤中。作为地球上最早的生命之一,小球藻基因比较稳定,至今未见有关其基因自发突变的报道。因其富含蛋白质、脂质、维生素、活性代谢产物等多种营养物质而被公认为具有高附加值和医疗保健作用,已经被广泛应用于保健食品 [3] 、水产养殖 [4] 、生物能源 [5] 等方面,关于小球藻生物技术的研究主要集中在基因组学 [6] 、分子遗传学 [7] 、代谢机理 [8] 、大规模培养 [9] 等方向。     

广东梅州柑橘黄龙病和病毒病的发生调查及其黄龙病菌原噬菌体多样性

【目的】调查柑橘黄龙病（Huanglongbing,HLB）和病毒病在广东省梅州市柑橘主产区的危害情况,分析该地区柑橘黄龙病菌（CLas）的原噬菌体多样性。【方法】以16S rDNA为模板设计引物,利用实时荧光定量PCR（qPCR)检测梅州市不同抽检地在2017—2019年3年间柑橘黄龙病的发病情况;同时分别采用已报道的柑橘衰退病毒（Citrus tristeza virus,CTV）、柑橘裂皮病毒（Citrus exocortis viroid,CEVd）、柑橘褪绿矮缩病毒（Citrus chlorotic dwarf-associated virus,CCDaV）、柑橘碎叶病毒（Citrus tatter leaf virus,CTLV）和柑橘黄脉病毒（Citrus yellow vein clearing virus,CYVCV）的特异性检测引物,提取样品的RNA,反转后以样品的cDNA为模板,通过普通PCR的方法分析梅州市抽检地区柑橘病毒病的发生情况。此外,以基于2种原噬菌体类型（SC1和SC2）对应的超变异基因区域设计的2对引物（Lap-TJ-F/Lap-TJ-R1和Lap-TJ-F/Lap-TJ-R2）,运用普通PCR方法分析该地区CLas菌株原噬菌体的遗传多样性。【结果】除2018年9月梅州大浦顺兴公司蜜柚基地的抽检样品外,梅州市其他被检地区均发现CLas。总体来说,梅州市的脐橙CLas检出率为55.3%,蜜柚为61.5%,沙田柚为61.7%。其中2017年采集自平原县大拓镇的蜜柚和沙田柚样品CLas检出率为100%,兴宁市白马镇的蜜柚为100%,沙田柚为80%;其他抽检地区的样品CLas检出率在16.7%—83.3%。虽然梅州市部分地区的检出率较高,但其病原菌的含量并不高,大部分处于柑橘黄龙病发病初、中期,属可防可控阶段;此外,梅州市柑橘病毒的总检出率不高,CTV、CTLV和CYVCV为梅州的主要病毒,CEVd和CCDaV没有检测到。CTV、CTLV和CYVCV在脐橙上的检出率依次为78.9%、7.9%和21.1%,蜜柚为15.4%、25.0%和9.6%,沙田柚为6.4%、2.1%和4.3%。基于Lap-TJ-F/Lap-TJ-R1和Lap-TJ-F/Lap-TJ-R2来研究CLas原噬菌体多样性的PCR扩增条带共有4种类型（SC1-1、SC1-2、SC2-1和SC2-2）,经过PCR电泳和测序得出,来自梅州市脐橙和沙田柚的CLas菌株以SC2-1型为主,蜜柚上以SC1-1型为主。【结论】梅州柑橘产区的柑橘黄龙病目前属于可防可控阶段,其病原菌菌株的原噬菌体在不同品种上具有其独特性;由于在抽检时发现有柑橘病毒病的存在,因此在种植过程中需加强种苗监管,同时应采取有效措施对柑橘黄龙病和柑橘木虱（Diaphorina citri）进行绿色防控。