羊草叶绿体非编码区多态性标记筛选及群体遗传多样性

为筛选多态性丰富的羊草叶绿体非编码区片段,本研究以9个不同地理位置的羊草居群为材料,通过对12个叶绿体非编码区DNA片段测序及其序列间变异分析试图从中找出有遗传差异的叶绿体DNA(cpDNA)片段,并利用有多态性的cpDNA片段进行遗传多样性分析。结果表明,序列ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH具有比较丰富的变异,可作为下一步研究野生羊草群体遗传学和谱系地理学较为理想的分子标记。在37个羊草个体4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态性(Hd)为0.928,核苷酸多态性(Pi)为0.00101;遗传分化指数(Fst)为0.58884,基因流(Nm)为0.17,基因流较小;中性检验Tajima’s D(-1.08542)和Fu’s Fs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P>0.10),推测羊草遵循中性进化理论,可能经历过种群扩张;AMOVA结果显示,65%的分子变异出现在居群间,35%出现在居群内;Mantel检验得到,遗传距离与地理距离具有显著相关性(r=0.449,P<0.05);居群分化值Nst 0.386(0.1865)大于Gst 0.234(0.1506),差异显著(P<0.05),表明羊草居群存在分子谱系地理结构。通过系统发育树分析得到,羊草15个单倍型分为两大分支,H2和H10聚为一支,它们与别的居群个体亲缘关系较远,其余单倍型聚为另一支;单倍型网络图显示,H2和H12、H10和H12亲缘关系较远,与系统发育树分析结果基本一致。本研究为羊草的种质资源保护、谱系地理学研究等工作奠定了基础。     

不同刈割强度下羊草转录组研究

刈割是一种重要的草地管理措施,刈割留茬高度直接影响草地生产力及群落结构,在牧草生产中具有重要意义。为研究羊草在不同刈割强度下的转录响应,利用Illumina HiSeq-PE150高通量测序技术,对不同刈割留茬高度(0,2,4,8,12 cm)处理下羊草再生叶片进行了转录组测序。共得到139767803条读长(reads),41.94 Gb原始数据。经过过滤、质控与从头组装后,总共得到转录本270207条,总长度为191.6 Mb。通过与多种数据库比对得到48097条单基因簇(Unigene)注释结果。筛选出了所有刈割强度处理与不刈割对照组显著差异基因共2579条,经过生物信息分析,将其定位到碳水化合物代谢、损伤应答、过氧化氢分解、植物激素信号转导等功能与代谢通路。利用聚类方法得到了随着刈割强度增强,表达量规律变化的基因,分别富集到了过氧化物酶体、光合作用等代谢途径。对羊草在不同刈割高度下的转录组进行了研究,为草本植物分子生物学研究提供了宝贵的数据资源,对于解析羊草响应刈割的分子调控机制及相关基因挖掘具有重要指导意义。     

羊草叶绿体非编码区多态性标记筛选及群体遗传多样性

为筛选多态性丰富的羊草叶绿体非编码区片段,本研究以9个不同地理位置的羊草居群为材料,通过对12个叶绿体非编码区DNA片段测序及其序列间变异分析试图从中找出有遗传差异的叶绿体DNA(cpDNA)片段,并利用有多态性的cpDNA片段进行遗传多样性分析。结果表明,序列ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH具有比较丰富的变异,可作为下一步研究野生羊草群体遗传学和谱系地理学较为理想的分子标记。在37个羊草个体4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态性(Hd)为0.928,核苷酸多态性(Pi)为0.00101;遗传分化指数(Fst)为0.58884,基因流(Nm)为0.17,基因流较小;中性检验Tajima’s D(-1.08542)和Fu’s Fs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P0.10),推测羊草遵循中性进化理论,可能经历过种群扩张;AMOVA结果显示,65%的分子变异出现在居群间,35%出现在居群内;Mantel检验得到,遗传距离与地理距离具有显著相关性(r=0.449,P0.05);居群分化值Nst 0.386(0.1865)大于Gst 0.234(0.1506),差异显著(P0.05),表明羊草居群存在分子谱系地理结构。通过系统发育树分析得到,羊草15个单倍型分为两大分支,H2和H10聚为一支,它们与别的居群个体亲缘关系较远,其余单倍型聚为另一支;单倍型网络图显示,H2和H12、H10和H12亲缘关系较远,与系统发育树分析结果基本一致。本研究为羊草的种质资源保护、谱系地理学研究等工作奠定了基础。     

农杆菌介导的smt1富硒基因转化紫花苜蓿研究

利用遗传转化,将硒富基因转入紫花苜蓿（Medicago sativa）是提高苜蓿富硒能力,解决当前硒不足问题的有效途径之一。本研究以“中苜1号”紫花苜蓿为受体材料,通过农杆菌介导法将来自硒超富集植物二沟黄芪(Astragalus bisulcatus)的硒代半胱氨酸甲基转移酶基因(smt1)转入苜蓿,并以3 mg·L-1潮霉素进行筛选,获得转化植株10株。结果表明,5株均能扩增出与smt1基因大小相符的条带。RT PCR检测结果表明,2株目的基因表达呈阳性,这表明smt1基因已成功转入紫花苜蓿基因组中,且可以在植株中正常表达。     

苜蓿种子空间诱变生物学效应研究初报

[目的]了解苜蓿种子空间诱变的生物学效应。[方法]3个品系的苜蓿种子搭载"实践八号"育种卫星飞行,返地后,对其种子出苗率、株高及生长速度等指标进行测试。[结果]卫星搭载对苜蓿种子有显著的诱变效应,主要表现在子叶畸变、株高变异范围和生长速度等方面。通过初步筛选,在搭载当代获得了高株变异,但该变异是否可遗传还需进一步研究确认。搭载的3个品系在子叶畸变率(10%~18%)、株高变异范围(比对照增加30%~150%)、入选变异高株数(5~7株)等方面不同,说明3个品系的搭载效率存在差异。[结论]通过空间诱变可获得有价值的变异材料,服务于现代农业。     

17份苜蓿品种种子萌发特性研究

以17个不同苜蓿品种为试验材料,对苜蓿种子千粒重、发芽率、萌发10d后的根长、苗长、根鲜重、苗鲜重进行测定,计算得出根长/苗长和根鲜重/苗鲜重的比值,并对其主要萌发特性进行了相关性及隶属函数分析.结果表明,不同苜蓿品种的萌发特性存在明显差异,其中巨能2号的发芽率最高,根长最长;中苜3号苗长和苗鲜重优势突出;巨能418 Q的根长/苗长比值最高;在根鲜重及根鲜重/苗鲜重中,巨能CR表现最高.萌发期性状相关性分析表明,发芽率与根长、根长/苗长板显著正相关,与千粒重及根鲜重/苗鲜重呈显著正相关,与其他性状相关性不显著.通过隶属函数平均值对不同品种苜蓿进行排序并综合评价,结果显示:巨能CR＞巨能2号＞巨能7号＞巨能418 Q＞巨能551＞中苜蓿1号＞肇东＞中苜3号＞巨能601＞.巨能耐盐＞斯贝得＞巨能耐湿＞金皇后＞准格尔＞公农1号＞皇冠＞驯鹿.研究结果将为这17个苜蓿品种的相关研究及推广应用提供一定的依据.     

磷胁迫下羊草的响应及磷响应相关基因表达分析

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,研究无机磷酸盐（inorganic phosphate,Pi）胁迫下羊草的响应,筛选不同浓度Pi胁迫下的内参基因,并分析Pi响应相关基因的表达,为羊草Pi胁迫响应的分子机制研究提供基础数据。【方法】以羊草幼苗为材料,进行不同浓度Pi处理培养,对羊草的株高和根长进行检测,利用钒钼黄比色法检测羊草植株中Pi的含量。根据羊草转录组数据选取7个候选内参基因,从NCBI核酸序列数据库选取1个候选内参基因,对羊草不同处理材料进行总RNA提取和cDNA合成,利用qRT-PCR对候选内参基因的表达进行检测,并通过geNorm、NormFinder和Bestkeeper软件对其稳定性进行评估。根据筛选获得的较稳定内参基因,对Pi响应基因的qRT-PCR检测数据进行相对定量分析。【结果】表型观测结果显示,无论是低Pi还是高Pi胁迫都使得羊草的生长减缓;株高对低Pi或缺Pi胁迫较为敏感,根长对高Pi胁迫较为敏感;并随着处理浓度的增加羊草中Pi的含量也增加。qRT-PCR溶解曲线分析显示8个候选内参基因均具有单一的溶解峰,基因表达谱分析表明8个候选内参基因的CT值范围是17.16—26.61,其中,LcGAPDH的表达丰度最高为17.16—20.22,Lc18SrRNA的表达丰度最低为23.28—26.61,CT值变异系数最小的为LcARPT（2.09%）,最大的为LcTUA（6.8%）。综合geNorm、NormFinder和Bestkeeper稳定性排名,通过计算几何平均数,获得8个候选内参基因综合稳定性排名,其中排名靠前的3个基因分别为Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α,排名最后的2个基因为LcTUA和LcTUB。分别以Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α作为内参基因,qRT-PCR相对定量表达分析结果显示,与对照相比,LcPHO1-2的表达受低Pi或者缺Pi诱导;LcPAP2的表达受高Pi诱导;而LcPAP27的表达同时受低Pi和高Pi下调。【结论】低Pi和高Pi胁迫均使羊草生长受阻,羊草地上组织与地下组织对Pi胁迫响应的模式不同。筛选出3个表达较为稳定的内参基因Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α。LcPHO1-2和LcPAP2分别参与了羊草对低Pi和高Pi的应答响应,LcPAP27同时参与了羊草对低Pi和高Pi的响应进程。     

空间诱变对紫花苜蓿过氧化物同工酶影响

为了探索空间谤变环境对紫花苜蓿生理生化活动的影响,本研究分别利用分光光度计和聚丙烯酰胺垂直板电泳法对卫星搭栽紫花苜蓿过氧化物同工酶酶带及酶浓度进行研究.结果表明,经过卫星搭载后,紫花苜蓿过氧化物酶活性提高18％,这可能是由于种子在飞行过程中受到重粒子辐射、微重力、极端温度等特殊环境刺激,使得种子内部活性氧大量累积,从而导致过氧化物酶活性上调.同时电泳结果还发现,搭载后过氧化物酶酶带发生显著变化,表现为新酶带的增加,这表明空间飞行因子不仅可以刺激酶活性的上调,还可以改变酶组成.这一发现初步揭示了卫星搭载对苜蓿酶活动的影响,有助于增加对苜蓿空间诱变效应的认识.     

TILLING技术研究进展及其在植物空间诱变上的应用前景

在回顾TILLING/ecoTILLING技术的发展及其应用的基础上,阐述了其在植物空间诱变研究领域的应用前景。     

卫星搭载不同紫花苜蓿品种的生物学特性反应(简报)

太空育种具有变异多、幅度大、高产、优质、早熟及抗病力强等特点,是集航天技术、生物技术、农业育种技术于一体的农业育种新途径。以不同时期株高为指标,对3个紫花苜蓿Medicago sativa品种卫星搭载效应进行研究。结果发现,对于中苜一号,幼苗期卫星搭载株高显著低于地面对照,分枝期和初花期则相反,搭载后株高显著增加;对于龙牧803,卫星搭载后幼苗期和分枝期的株高显著增加,初花期则表现为无显著差异;对于敖汉苜蓿,卫星搭载植株在3个时期的株高都显著高于对照;研究结果表明,卫星搭载的生物学效应因品种和时期而异,这可能是由不同紫花苜蓿品种间诱变敏感性的差异引起的。