甘薯淀粉产量及相关性状的遗传多样性和关联度分析

甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]是加工淀粉和燃料乙醇的重要原料,是目前我国最具开发前景的非粮食类新型能源作物。选育高淀粉产量的能源型甘薯新品种是甘薯育种的重要目标。为了获得准确筛选高淀粉产量育种材料的性状指标,提高甘薯高淀粉产量育种效率,缩短育种周期,本研究利用不同甘薯品种(系)的自然变异,根据淀粉产量、不同生长发育阶段的5个主要农艺性状和3个淀粉合成关键酶活性测定结果,利用相似系数和遗传距离矩阵,以类平均法对国内48份不同淀粉产量甘薯种质资源进行了遗传多样性分析,通过关联度分析研究了淀粉产量与不同时期农艺性状、淀粉合成关键酶活性的相关性。结果表明:48份甘薯种质资源材料在不同时期农艺特征差异较大;不同时期农艺性状的聚类结果中,栽后100 d的农艺性状与淀粉产量关联度最大,淀粉产量与该时期的基部分枝数呈极显著负相关(r=0.428),与干率呈极显著正相关(r=0.423),而与最长蔓长、单株结薯数和单株鲜薯重相关性不显著。48份甘薯种质材料在不同时期的酶活聚类结果差异明显。不同时期的甘薯淀粉合成关键酶活性聚类结果中,栽后50 d酶活聚类与淀粉产量聚类结果关联度最大,淀粉产量与该时期测得的ADPG焦磷酸化酶(ADPG-PPase)活性呈负相关关系(r=0.163),与蔗糖合成酶(SS)活性(r=0.101)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性(r=0.016)呈正相关,但相关性均未达到显著水平。加之淀粉合成关键酶活性测定步骤繁琐,不适宜作为甘薯高淀粉产量育种早期选择的生理指标。在高淀粉产量育种材料筛选时可于栽后100 d对农艺性状进行综合考察,重点考虑干率较高及分枝数较少的品系。本研究可为甘薯高淀粉产量育种提供一定的理论依据。     

马铃薯晚疫病抗性相关StRIN4基因的克隆及表达模式分析

马铃薯晚疫病是马铃薯生产上的一种毁灭性病害。本研究克隆了马铃薯RIN4基因的全长ORF序列,对RIN4基因在马铃薯整个生长周期的组织特异性表达特性,及其在感染晚疫病前后马铃薯叶片中的差异表达进行了检测。结果表明,StRIN4受马铃薯晚疫病致病菌诱导表达,在不同生长时期的马铃薯各组织器官中具有不同的表达模式。该结果将有助于进一步揭示RIN4基因介导的马铃薯产生抗性机制的信号转导途径及其调控机制。     

中国西南地区甘薯主要育种亲本的遗传多样性及群体结构分析

【目的】探究中国西南地区主要甘薯育种亲本材料的遗传多样性和群体结构,为甘薯亲本材料的保存和利用、甘薯分子标记辅助选择提供参考依据。【方法】利用61个SSR分子标记、13个农艺性状和6个品质性状,对82份中国西南地区主要甘薯育种亲本材料进行遗传多样性分析。利用NTSYS-pc 2.10数据处理软件,分别根据SSR分子标记数据、品质性状、农艺性状计算82份亲本材料的Nei72遗传距离矩阵。利用Mega 6.06数据处理软件,计算82份材料基于SSR分子标记、品质性状、农艺性状的平均遗传距离。利用NTSYS-pc 2.10软件,对供试材料基于SSR标记、品质性状和农艺性状的遗传距离矩阵进行相关性分析。根据遗传距离矩阵,利用Mega6.06软件分别,对82份亲本材料进行基于品质性状的类平均法（unweighted pair group method with arithmetic mean,UPGMA）聚类分析、基于SSR分子标记的邻接法（Neighbor-Joining,NJ）聚类分析和基于农艺性状的类平均法（UPGMA）聚类分析。根据SSR分子标记数据,利用STRUCTURE 2.4对82份供试材料进行群体结构分析。【结果】61对SSR引物共检测出405条多态性谱带,其中,每对引物获得1-17条多态性谱带,平均每对引物检测出6.64条多态性谱带。82份亲本材料基于SSR分子标记、品质性状、农艺性状的Nei平均遗传距离分别为0.3499、0.2210和0.0270。基于SSR分子标记的邻接法（NJ）聚类分析将82份材料聚为7个类群。基于农艺性状、品质性状的类平均法（UPGMA）聚类分析均可将82份材料划分为一个较大的类群和三个较小的类群,但基于农艺性状和品质性状的聚类分析结果差异较大。基于SSR分子标记、品质性状和农艺性状的聚类分析均能将供试材料中来自不同地区的材料聚为同一类群,表明不同地理来源的供试材料间没有明显的遗传差异。遗传距离矩阵之间的相关性分析表明,基于SSR标记、品质和农艺性状的遗传距离矩阵间的相关性很小（r=0.0158）,品质性状与农艺性状间呈负相关（r=-0.0411）。群体结构分析表明,当K等于3时,ΔK说明82份材料可以划分为3个亚群。取得最大值,值其中53份（64.63%）供试材料的Q值大于或等于0.6,分属于3个亚群。29份材料（35.37%）划分为混合亚群。群体结构分析的亚群划分结果与SSR聚类分析结果有一定相似性。【结论】供试亲本材料基因组水平的遗传多样性较为丰富,品质性状有一定差异,农艺性状差异较小。单独利用某一种标记或性状对亲本材料进行衡量都不全面,建议结合分子标记和多种表型性状,进行深入的遗传多样性和群体结构分析。     

甘薯产量、品质及农艺性状的基因型与环境效应研究

选育具有优质淀粉或花青素性状的甘薯新品种是甘薯育种的重要目标。本研究利用5个白肉(薯肉颜色为白色或淡黄色)甘薯品种(系)和5个紫肉(薯肉颜色为紫色)甘薯品种(系)的自然变异,于2012年和2013年对重庆市6个地点2年间甘薯淀粉和花青素等性状测定结果进行方差分析、变异分析和相关性分析,以期对甘薯产量、品质和农艺性状的自然变异规律和环境影响因素进行探索。结果表明,基因型效应和环境效应下甘薯产量性状(鲜薯产量、淀粉产量、薯干产量)和品质性状(干率、淀粉含量、花青素含量)差异均达到显著水平(P0.05)或极显著水平(P0.01)。供试的所有甘薯品种(系)淀粉含量的基因型效应环境效应年份效应,白肉甘薯产量性状的环境效应基因型效应年份效应,紫肉甘薯产量性状的环境效应、年份效应大于基因型效应。重庆中海拔地区(万州区或酉阳县)甘薯产量相对较高,低海拔地区(合川区、北碚区)甘薯薯块熟食性较好,并且薯块熟食适口性评分低海拔地区中海拔地区高海拔地区(黔江区或巫溪县)。甘薯农艺性状(茎粗、最长蔓长、基部分枝数)和产量性状平均变异系数较大(CV=0.30,0.28),品质性状(干率、淀粉含量、薯块熟食适口性评分)平均变异系数较小(CV=0.11),但花青素含量平均变异系数较大(CV=0.28)。相关性分析显示,甘薯鲜薯产量、淀粉产量、薯干产量之间均呈极显著正相关(r≥0.700);淀粉产量、薯干产量均与淀粉含量呈极显著正相关(r≥0.363)。白肉甘薯茎粗与最长蔓长呈极显著正相关(r=0.439),与淀粉含量呈极显著负相关(r=?0.433),与淀粉产量呈显著负相关(r=?0.318)。紫肉甘薯商品薯率与基部分枝数、淀粉产量、薯干产量均呈显著正相关(r=0.345,0.368,0.357),基部分枝数与最长蔓长呈显著负相关(r=?0.397)。白肉甘薯和紫肉甘薯在产量、品质及农艺性状的影响因子上存在不同,在品种选育时应针对不同甘薯类型和育种目标采取不同选育方案。本研究可为筛选有利于甘薯品质性状形成的环境因子、促进育种手段和栽培技术的改进、加快甘薯品质改良提供理论依据。     

甘薯种质资源的SRAP鉴定及遗传多样性分析

为了拓宽甘薯育成品种的遗传背景,筛选优良亲本,提高育种效率,本研究利用SRAP标记对48份主要甘薯种质资源进行了遗传多样性分析.结果表明,随机选用的37对SRAP引物中29对引物具有多态性,引物多态性比率为78.4％,共获得126条多态性谱带,平均每对引物产生4.3条多态性谱带,表现出较高的多态性.48份种质材料的SRAP遗传距离为0.037～0.601,当遗传距离L1=0.46时,48份材料被聚为6个类群,包括1个复合大类群和5个独立类群,其中第Ⅰ复合大类群又包括7个亚类群,聚类结果与系谱吻合性较好.采用5个重要农艺性状对供试材料进行了聚类分析,L1 =3.20时,48份材料也可被聚为6个类群,聚类结果与依据SRAP标记聚类分析的结果差异较大.甘薯种质资源间的遗传差异与地理来源无必然联系.     

马铃薯晚疫病抗性相关StRIN4基因的克隆及表达模式分析

马铃薯晚疫病是马铃薯生产上的一种毁灭性病害。本研究克隆了马铃薯RIN4基因的全长ORF序列,对RIN4基因在马铃薯整个生长周期的组织特异性表达特性,及其在感染晚疫病前后马铃薯叶片中的差异表达进行了检测。结果表明,StRIN4受马铃薯晚疫病致病菌诱导表达,在不同生长时期的马铃薯各组织器官中具有不同的表达模式。该结果将有助于进一步揭示RIN4基因介导的马铃薯产生抗性机制的信号转导途径及其调控机制。     

甘薯羽状斑驳病毒（SPFMV）和甘薯褪绿矮化病毒（SPCSV）荧光定量RT-PCR检测方法的建立

【目的】甘薯病毒病（sweet potato virus disease, SPVD）是甘薯上的毁灭性病害之一,严重时可造成90%以上的产量损失。论文旨在对甘薯SPVD染病植株中甘薯羽状斑驳病毒（Sweet potato feathery mottle virus,SPFMV）和甘薯褪绿矮化病毒（Sweet potato chlorotic stunt virus, SPCSV）2种病毒的复合侵染情况进行研究,建立SPVD荧光定量RT-PCR快速检测方法,为SPVD的早期预警和流行学研究提供技术手段。【方法】选取重庆地区具有不同SPVD典型症状的甘薯品种（系）叶片作为试验材料,对其进行症状和SPFMV、SPCSV的硝酸纤维素膜酶联免疫吸附（NCM-ELISA）检测;对供试材料叶片中的SPFMV外壳蛋白CP和SPCSV热激蛋白HSP70核苷酸序列进行克隆和序列分析,根据保守核苷酸序列设计荧光定量RT-PCR检测引物。以甘薯泛素（ubiquitin,UBI）和组蛋白（histone,H2B）编码基因为内参对供试样品进行荧光定量RT-PCR检测,与感染SPVD典型症状和NCM-ELISA检测结果进行比较,并对取自不同甘薯品种(系)、相同品种(系)不同单株以及相同植株不同部位叶片检测结果进行比较,筛选可快速、精确、定量检测SPVD的荧光定量RT-PCR检测方法。【结果】症状学诊断表明不同甘薯品种（系）的感病叶片可能表现出不同的典型症状特点,同一品种（系）的不同感病植株感病症状相似但也存在差异。序列分析结果表明供试材料中SPFMV至少存在2个株系类型(RC和EA),SPCSV至少存在1个株系类型（WA）。在15份供试材料中,10份材料由NCM-ELISA和荧光定量RT-PCR均检测到SPFMV和SPCSV的共同感染,且荧光定量RT-PCR检测结果与发病症状和NCM-ELISA检测结果相吻合,其检测结果可准确反映甘薯SPVD染病植株中2种病毒复合侵染情况。荧光定量RT-PCR检测结果还表明,不同品种(系)或相同品种(系)不同单株病叶中SPFMV CP与SPCSV HSP70转录水平存在差异;相同植株顶端幼嫩叶片和中部成熟叶片中SPFMV CP与SPCSV HSP70转录水平也存在差异。染病材料中SPFMV中CP转录水平均相对较高,是SPCSV的HSP70转录水平的3-556倍。4份材料经NCM-ELISA检测只有SPFMV而没有SPCSV感染,而荧光定量RT-PCR还可检测到其中2份材料中SPCSV HSP70转录水平,说明这2份材料中也存在SPFMV和SPCSV的共同感染,表明荧光定量RT-PCR比NCM-ELISA检测结果更灵敏、准确。【结论】 筛选出可利用SPFMV CP与SPCSV HSP70转录水平进行检测的荧光定量RT-PCR检测引物,建立了SPVD荧光定量RT-PCR快速检测方法,为SPVD针对性地监测预警提供了极为有效的方法。在建立甘薯SPVD防御体系时,需综合考虑2种甘薯病毒的共侵染特性和甘薯品种差异,采取针对性的监测和预警机制。     

木薯品种华南12号（SC12）同源四倍体诱导及鉴定

多倍化可伴随产生一些优良的农艺性状，如抗逆性增强、器官体积变大、生物量增加等，多倍体育种为木薯新品种培育提供了一个重要途径。本研究以木薯品种SC12离体单芽茎段为诱导材料，比较不同浓度秋水仙素对外植体诱导率的影响，并对木薯二倍体与同源四倍体不同株系进行形态学、解剖学和农艺特性比较。结果表明，以0.03 g/L浓度的秋水仙素诱导SC12同源四倍体效率最高，为7.78%；通过流式细胞仪和根尖染色体数目观察对筛选的20个植株进行倍性鉴定，获得了11个同源四倍体和5个嵌合体植株，同源四倍体为检测株系的55%，变异植株为检测株系的80%；二倍体和同源四倍体植株表现出显著的形态和生理差异，在形态上表现为四倍体植株变矮、茎杆变粗、叶尖盾化，叶片由披针形向拱形过渡，同源四倍体裂叶长/裂叶宽显著降低、叶绿素含量显著增加；通过解剖学发现四倍体叶片保卫细胞的长、宽、叶绿体数目均显著增加，分别比二倍体增加2.33%、28.99%、117.79%；气孔数显著降低，比二倍体减少40.06%；四倍体变异株保卫细胞呈椭圆形，二倍体保卫细胞趋近于圆柱形；四倍体叶片厚度和栅栏组织厚度均显著高于二倍体，比对照分别增加24....