控制大白菜和白菜型油菜叶缘裂刻的QTL 定位及分析

 利用叶缘光滑无裂刻的大白菜[Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson]材料‘Z16’和叶缘深裂的白菜型油菜（Brassica campestris L. var. yellow sarson Prain）‘Yellow Sarson 143’构建的120 个株系的BC₂DH 群体及已构建的包含10 个连锁群的遗传图谱,利用JoinMap4 软件及MQM 作图法,对叶缘裂刻性状进行QTL 定位分析。3 次重复试验中,分别在第3、10 号染色体上的相同位置各检测到1 个控制叶缘裂刻性状的QTL,具有重复性。各QTL的LOD值在7.66 ~ 18.99 间,可解释26.4% ~ 44.7%的表型变异。通过大白菜与拟南芥注释基因比对,生物活性赤霉素（GA₁、GA₄）合成的关键基因BrGA20ox3位于第10 染色体的QTL 区域,对143 施加外源赤霉素GA₃ 能明显抑制叶缘裂刻表型,因此BrGA20ox3为控制叶片裂刻的可能候选基因。对BrGA20ox3 克隆测序获得与该基因共分离的特异标记（BrIDlobe-2）,对进一步研究叶缘裂刻性状及分子标记辅助育种具有重要的意义。     

中国耕地等别分异特性及其对耕地保护的影响

为了深刻地认识耕地质量,科学地进行耕地质量保护与建设,基于中国耕地质量等级调查与评定工作成果及1:50万国家级农用地分等汇总数据库,对比分析了中国省域的耕地质量等别分异特性。该文分析确定了“优等地分布范围小,低等地分布范围广,省际间及省内耕地等别分异规律复杂”的中国耕地等别基本特征;应用标准亩的概念,以全国1等耕地和广东省平均等5.4等耕地为基准,核算出中国标准耕地总量分别为45?750.7?khm2和68?390.2?khm2;并结合全国土地利用总体规划给定的2020年各省基本农田保护面积,提出了划定永久基本农田要统筹考虑基本农田保护率的法律要求和各省耕地质量等别实际。基于上述研究结论,建议在土地整治规划、基本农田调整划定、高标准基本农田建设和永久基本农田保护中都要坚持数量质量并重,以耕地等别提升和产能建设为核心,建立动态监测和报告制度。     

三倍化复制对白菜花粉特异表达候选基因的影响

【目的】研究三倍化复制事件后白菜花粉特异表达候选基因的进化情况,为研究白菜的花粉特异表达基因提供理论依据。【方法】利用SynOrths软件及拟南芥花粉特异表达基因集,通过共线性分析获取白菜中的花粉特异表达候选基因。通过InterproScan获取这些候选基因的GO注释,并将这些GO注释划分到与花粉相关的13个大类。然后统计每个GO的基因数占不同拷贝类型基因总数的比例,对不同拷贝类型间进行比较。进一步根据白菜3个亚基因组集,将这些候选基因划分到不同的亚基因组上。通过分析白菜花粉特异表达候选基因中串联重复基因与拟南芥基因的共线性关系,推测这些串联重复基因是在芸薹属特有的三倍化事件之前形成,还是在其之后形成。【结果】通过对拟南芥中的1 651个花粉特异表达基因进行共线性分析,在白菜中总共找到了1 962个花粉特异表达候选基因。拟南芥特异基因集里有182个串联重复基因,而白菜包含了137个串联重复基因。白菜与拟南芥在花粉特异表达基因数目上没有明显差异,因此推测这些基因的大部分拷贝可能在三倍化复制事件后发生了丢失。549个拟南芥花粉特异表达基因在白菜上找不到相应的共线性基因,白菜在进化过程中可能丢失掉了这部分基因。拟南芥花粉特异表达基因中有898个串联重复基因在白菜中对应单或多拷贝的非串联重复基因。在白菜中对应单拷贝基因的拟南芥基因数目为480个,而且所占比例高达53.5%。另外,322个基因在白菜中对应两拷贝,比例约为35.8%。而在白菜中对应三拷贝的拟南芥基因只有96个,大约占总数目的10.7%。在白菜中,单拷贝和两拷贝的基因数目显著高于三拷贝,这说明三倍化后白菜中大部分花粉特异候选基因发生了丢失,部分两拷贝和三拷贝的基因也可能处于进化选择的过程中。白菜三拷贝基因功能在7个GO分类上的比例高于单拷贝和两拷贝,而白菜两拷贝在所有GO分类上都有分布。白菜花粉特异候选基因中的大部分串联重复基因可能在三倍化事件以后发生了基因丢失,变成了非串联重复基因。也有部分非串联重复基因在三倍化事件之后形成了串联重复基因。【结论】白菜花粉特异候选基因在芸薹属特有的三倍化事件之后处于进化之中,并且三倍化事件可能促进了3种拷贝类型基因的功能差异。     

基于遗传算法的乡级土地利用规划空间布局方案研究

针对乡级土地利用规划中如何将确定的土地利用数量结构方案优化配置到具体的地域空间,以及常规的精确算法求解每次只能产生一个空间布局方案的问题,提出了辅助产生可供选择的乡级土地利用规划空间布局方案的遗传算法。首先根据目标规划原理建立了乡级土地利用规划空间布局问题的数学模型,以最大化布局方案的综合指数及最大化布局方案中每类用地在空间布局上的紧凑度作为目标函数;其次针对该数学模型多目标、非线性的特点,提出了基于遗传算法的求解方法,主要包括编码方法确定、种群初始化、适应度的计算及遗传操作等过程。利用该方法,在北京市平谷区王辛庄镇的土地利用规划空间布局中,得到了多种规划方案,结果表明,遗传算法是一种辅助乡级土地利用规划的有效优化方法。     

猪不同生长阶段肠道微生物组的变化及其影响因素

肠道是机体重要的消化与免疫器官,维持肠道健康对猪的生长发育和疾病预防具有十分重要的意义。高通量测序技术的发展极大地促进了人们对肠道微生物功能的认知,猪肠道微生物组的研究正逐步成为热点。目前,尽管对某一生长阶段猪的肠道微生物组已有较为深入的理解,但仍缺乏有关商品猪整个生命周期范围内肠道微生物组动态变化的全面纵向研究。而从出生到出栏,猪在整个生长周期内的肠道微生物组并不是一成不变的,是一个动态的发育过程。作者综述了猪哺乳期、断奶期、育肥期和妊娠期等从出生到育肥过程中不同阶段肠道微生物组的纵向变化及其主要影响因素：一方面,肠道微生物群落结构的显著变化主要发生在断奶期;另一方面,虽然肠道微生物组成随着时间始终在不断变化,但仍有一部分优势菌是一直存在的,这部分优势菌被称为核心菌群,而只在特定时期才出现的菌只是胃肠道中的"过客",也最易受外界因素影响。肠道微生物组与多种因素相关,如年龄、饮食、环境、抗生素使用等,其中饮食对塑造肠道微生物起到至关重要的作用。本文可为理解猪在不同生长发育阶段肠道微生物的动态变化规律及改善猪生长性能和健康水平的微生物技术手段提供理论参考。     

广西巴马小型猪BMP2基因克隆、生物信息学及组织表达分析

本研究旨在对广西巴马小型猪骨形态发生蛋白2（bone morphogenetic proteins 2,BMP2）基因进行克隆及其结构和功能的预测,并检测其在广西巴马小型猪和长白猪中的表达差异。以广西巴马小型猪基因组DNA为模板,通过测序鉴定BMP2基因外显子区的单核苷酸多态性（SNPs）,利用多种生物信息学软件对广西巴马小型猪BMP2基因启动子区、编码区（CDS）、3'UTR区进行了分析,预测分析广西巴马小型猪BMP2基因编码蛋白的基本理化性质、磷酸化位点、O-糖基化位点、跨膜区域、亲疏水性、蛋白质修饰结构、二级结构和三级结构等,并对miRNA结合位点及其相关通路进行分析,绘制了广西巴马小型猪和长白猪的组织表达谱。结果显示,试验成功克隆了广西巴马小型猪BMP2基因CDS区,总共1 188 bp,编码395个氨基酸;与猪参考基因组相比,广西巴马小型猪BMP2基因在G1663A、G1897C发生了同义突变,在C1896T（Pro→Leu）、T1971C（Gly→Ser）、G2000A（Leu→Ser）发生了3处错义突变;在3'UTR区域存在miR-142-5p、miR-129-5p等共13个miRNA结合区域;相似性比对结果显示,广西巴马小型猪与野猪、黄牛、水牛、山羊、绵羊、马、澳洲野犬、家犬、猕猴对应区段的相似性依次为99.92%、91.75%、91.84%、91.92%、91.92%、90.50%、89.43%、90.91%和90.91%;系统进化树结果表明,广西巴马小型猪与野猪的亲缘关系最近,与黄牛的亲缘关系相对较近,与猕猴亲缘关系较远;BMP2蛋白分子质量为44.55 ku,理论等电点为8.37,预测其有12个O-糖基化位点,42个磷酸化位点;预测分析发现该蛋白为亲水性蛋白,且是膜外蛋白。组织表达谱发现,广西巴马小型猪生长板软骨中BMP2基因表达量显著低于长白猪（P<0.05）。该研究为进一步探索广西巴马小型猪中BMP2基因的功能提供了理论基础,也为广西巴马小型猪品种资源的利用提供了重要参考。     

耕地整理潜力测算

在GIS支持下，采用样区法测算了延庆县的耕地整理潜力。结果表明：县内平耕地的无效耕地系数平均为6.14%，低、中、高3种整理水平的耕地整理潜力系数是0.68%、2.10%、2.81%，相应的耕地整理潜力为109.29、337.53、451.64 hm²；坡耕地的无效耕地系数平均为9.95%，低、中、高3种整理水平的耕地整理潜力系数是0.70%、3.03%、4.20%，对应的耕地整理潜力为90.68、392.52、544.09 hm²。延庆县采用的测算耕地无效耕地系数的样区法、所取得的平耕地与坡耕地的无效耕地系数、不同耕地整理水平的耕地整理潜力系数可作为同类地区的耕地整理潜力测算参考，依据这两个系数测算的延庆县耕地整理潜力可作为延庆县耕地整理规划及土地整理项目可行性研究的科学依据。     

白菜类作物开花时间的全基因组关联分析

【目的】解析白菜类作物开花时间的调控位点,定位白菜类作物开花时间相关的候选基因,为白菜类作物抽薹开花时间的遗传改良提供依据。【方法】以116份白菜类作物组成的自然群体作为研究材料,分别种植在温室与露地2个独立的环境中,进行开花时间调查。同时,提取试验材料的DNA样品进行深度为1.2x的重测序,对测序数据用Pooled Mapping法进行过滤、与参考基因组比对,获得全基因组高密度SNP集合。经过条件过滤后,对高质量的SNP集合进行生物信息分析,包括试验材料的群体结构分析和全基因组连锁不平衡分析。从高质量的SNP集合中,随机挑选出2 000个变异位点,用Phy ML软件以最大似然法对116份试验材料进行系统发育树分析。用全部的高质量SNP集合位点通过软件Haploview进行全基因组连锁不平衡分析。最后,将高质量的SNP集合与开花时间数据结合,通过TASSEL和GAPIT软件包以及R程序语言进行全基因组关联分析。根据强关联峰值信号点位置和连锁不平衡区间定位开花时间候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析来预测白菜类作物开花时间相关的候选基因。【结果】不同种植条件下、不同类型的白菜类作物在开花时间上存在广泛差异。试验材料在露地环境下的开花时间高峰期明显早于温室环境下的材料;试验材料在露地环境下的开花时间总体表现出偏正态分布,而在温室环境下,开花时间各个阶段呈现出较为均衡的分布。温室与露地环境下的开花时间呈显著正相关。通过生物信息学分析最终得到的高质量SNP位点共103万个。试验材料的群体结构分析表明在系统发育树上各亚群内部分布较为集中,不同亚群之间的分布与材料的地理起源密切相关。全基因组衰减平均LD为2.3 kb,表明在116份白菜类作物构建的群体内存在较为频繁的重组和突变。对不同条件下的开花时间进行全基因组关联分析,用复合模型检测到54个(P4)强关联峰值信号点,一般模型检测到87个(P5)。通过进一步分析强关联信号点的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)区段,得到存在强连锁关系(r20.33)的峰值信号点共33个(温室环境下27个,露地环境下19个)。其中,在温室与露地环境下的共定位位点13个。根据33个关联候选位点,再通过白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析筛选出白菜类作物开花时间相关的候选基因14个,其中温室与露地环境下共定位候选基因3个(FUL、PHYB和FPF1)。在露地条件下定位到开花关键基因FT1。【结论】不同条件下开花时间的相关性分析表明,遗传效应在开花早晚中起着决定性作用。全基因组关联分析共鉴定出33个与开花时间相关的显著关联信号。通过连锁不平衡分析、白菜与同源物种拟南芥的基因共线性关系以及基因功能注释分析初步鉴定出14个白菜类作物开花时间相关的候选基因。     

7种茄科植物染色体的演化关系研究

为了追溯茄科（Solanaceae）物种染色体的演化关系，对7种茄科物种进行了系统的比较基因组学分析，利用模式植物番茄的基因组为参考模板，全面鉴定7个物种间的基因组共线性关系，以此为基础建立了茄科的基因组片段单元系统，并基于该系统重建了具有12条染色体的祖先基因组，阐明祖先基因组主要通过基因组片段的易位和倒位逐步形成目前的茄科基因组结构，且这些重排事件多发生在着丝粒等重复序列富集的区域。研究结果为深入认识茄科以及其他植物的基因组进化和物种分化等提供理论参考。     

基于重测序的民猪与大白猪SLAⅠ类基因多态性及抗病潜能差异分析

不同中外猪种对疾病的抵抗能力有一定差异，原因之一是不同猪种猪白细胞抗原（swine leukocyte antigen，SLA）分子的多样性不同。本研究旨在探究中外猪种的SLA基因差异，为阐明地方猪的抗病机理提供重要参考。本研究首先对健康的8头民猪以及4头大白猪进行基因组重测序，并对所获得的SNP进一步质控用于后续分析。使用VCFtools、GEVALT软件分析SLAⅠ类基因的SNP以及单倍型，并将SNP利用ENSEMBL中的VEP工具进行注释，在全局层面阐述两个猪种的SLAⅠ类基因多样性。通过Mega软件比对两猪种的经典SLAⅠ类基因外显子2和3的核苷酸及编码氨基酸序列，利用Expasy服务器上的ProtParam工具和Protscale程序分析蛋白质特性，并利用DnaSP软件计算核苷酸多样性，分析两个猪种经典SLAⅠ类基因抗原递呈能力的差异。结果表明，民猪的SLAⅠ类基因具有更多的SNPs和长度较短的单倍型块，并且错义突变的碱基数量较多。在经典SLAⅠ类基因的外显子2和3可分别鉴定出2个等位基因，民猪在等位基因上的核苷酸多样性要明显高于大白猪，并且民猪具有更多的碱基突变以及位于抗原结合位点上的氨基酸突变。两个猪种的经典SLAⅠ类基因氨基酸表现为亲水性，民猪的亲水性要强于大白猪。综上所述，SLAⅠ类基因在民猪上有更强的多态性。民猪经典SLAⅠ类基因的碱基突变数量和抗原结合位点上氨基酸突变的数量都要多于大白猪。本研究所检测到的民猪在经典SLAⅠ类基因ARSs上的变异可为猪抗病育种标记的筛选提供参考。