玉米粉淀粉含量近红外模型建立与优化

以230份玉米自交系为样本，采用旋光法与一阶导数及去一条直线的光谱预处理法，构建玉米粉样淀粉含量的近红外分析（NIRS）模型。研究标明，该模型可显著提高子粒淀粉含量预测的准确性。该模型的定标标准偏差（RMSEE）、交叉验证标准偏差（RMSECV）、外部验证标准偏差（RMSEP）、定标相关系数（R_cal²）、交叉验证相关系数（R_cv²）、外部验证相关系数（R_cv²）分别为0.609、0.722、0.738、0.909、0.864和0.854。建立的玉米粉样NIRS模型可将预测值与化学值偏差控制在1.7%内，能够准确定量分析玉米子粒淀粉含量，应用于育种材料早期筛选及群体水平粗淀粉分析。     

玉米抗粗缩病毒SCAR分子标记的开发

[目的]通过开发抗玉米粗缩病实用分子标记,实施标记辅助选择可以明显提高抗病育种效率.[方法]在对国内外152份玉米自交系粗缩病抗性鉴定的基础上,利用抗病自交系和感病自交系基因组DNA构建基因池,结合AFLP技术筛选多态扩增片段;在抗池及抗病自交系与感池及感病自交系间筛选出表现一致的多态片段转化为SCAR标记;通过152份玉米自交系粗缩病抗性鉴定验证标记与玉米粗缩病的相关性.[结果]筛选到2个与玉米粗缩病抗性显著相关的SCAR标记,即SCAR69和SCAR74.[结论]开发的SCAR(SCAR69和SCAR74)标记可应用于抗玉米粗缩病毒分子标记辅助选择.     

引进美国玉米自交系在我国的耐旱适应性分析

对210份引进美国解密玉米自交系在正常灌溉和干旱胁迫两种水分处理下进行耐旱适应性分析。通过对美国自交系和国内主要自交系耐旱相关农艺性状调查发现,在两种水分处理下,美国自交系产量略高于国内自交系,其中,行粒数是造成产量差异的主要因素。从育种角度来看,虽然美国自交系株高高于国内自交系,但其穗位高明显低于国内自交系,有利于培育品种的抗倒性。利用耐旱选择系数对自交系耐旱性进行评价,从美国自交系选出LH149、PHBA6、S8326等26份极强耐旱性自交系,耐旱性超过国内自交系豫12和齐319等。     

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。     

玉米Gln1-3 gDNA序列分离、基因结构、保守功能域与等位变异分析

谷氨酰胺合成酶家族是高等植物体内氨态氮同化酶, 是植物体内氮利用与循环的核心构件。玉米Gln1-3基因编码叶肉细胞中的细胞质同工酶, 与全株氮向籽粒蛋白质同化与氮利用效率及产量紧密相关。本研究以玉米自交系辽白371为材料, 采用PCR与接头步移(walking)方法分离得到Gln1-3基因区域基因组DNA(gDNA)全长4 571 bp, 起始密码子至终止密码子序列长3 062 bp。将该基因在GenBank注册, 登录号为EU338535, 并进行了详细注释。该基因由10个外显子、9个内含子组成, 剪接方式主要为5′供位保守的GU与3′受位AG模式。编码的GS1蛋白由356个氨基酸组成, 分子量39.2 kD, 等电点 (pI) 为5.202。保守功能域分析表明, 氨基末端外显子2到外显子6为氨离子结合结构域, 羧基末端外显子8与外显子9构成ATP酶结构域, 在胞内行使催化功能。对50个玉米自交系Gln1-3基因重要分析区域进行了等位变异分析, 鉴定出364个等位变异, 其中313个为SNP变异, 占86%。     

抗真菌蛋白基因的应用

自从人类栽培农作物以来，真菌病害一直是造成作物减产降质的一个主要原因，它占总病害的80％以上。传统的抗病育种因其周期长、耗时费力，远不能满足生产需要。化学农药因其污染环境及食物链，加之病原菌的快速变异，防治真菌病害效果受到限制。所以，运用基因工程技术来改良植物抗病性已成为新的研究热点。有关植物-病原微生物互作机制的研究表明，植物有许多诱导防卫机制，可表现出多种多样的生理生化抗菌途径。抗真菌蛋白（antifungal proteins， AFPs）的产生和积累是一种主要的防卫反应。这些蛋白质对真菌的生长有直接或间接的抑菌…     

基于近等基因导入系发掘玉米抗甘蔗花叶病毒主效基因

利用玉米自交系掖478与中自01构建近等基因导入系群体(BC4F2),通过田间人工接种甘蔗花叶病毒鉴定获得抗病植株。采用38个SSR标记分析抗病株基因型,通过连锁不平衡分析,在玉米第3和6染色体上发掘3个主效抗病QTL。第3染色体上的QTL置信区间为26.1cM-phi053-5cM;第6染色体上的QTL置信区间分别为1.2cM-bnlg161和5.3cM-bnlg1538-7cM。建立了基于近等基因导入系发掘玉米抗甘蔗花叶病毒主效QTL技术,获得了一批含有抗病毒QTL的近等基因导入系,为抗病育种提供了信息和材料。     

玉米杂交种母本自交系的SSR快速鉴定技术

实验以10个我国主要玉米杂交种的正反杂交组合为材料,分别提取杂交组合果皮、种胚以及母本自交系植株叶片的DNA。每一个正反交组合选取10对多态性SSR引物,对正交组合的母本、正交组合果皮、反交组合母本、反交组合果皮和杂交种F1种胚的DNA进行扩增。数据分析显示,97.5%杂交组合果皮的SSR标记带型呈纯合单一带型,与其母本相同;有2.5%杂交组合果皮DNA扩增出双带型,与杂交种胚相同。根据重复分析结果推测,这可能与母本自交系在某些位点处于杂合状态有关。研究结果表明:采用SSR标记分析玉米杂交组合F1果皮DNA,可以快速鉴定出母本自交系的DNA指纹特征。     

opaque-2玉米近等基因系的构建与赖氨酸含量快速检测

我国高赖氨酸玉米种质资源狭窄,opaque-2(o2)突变基因能大幅提高玉米赖氨酸含量,通过分子标记辅助选择构建o2玉米近等基因系并检测其赖氨酸含量具有重要意义。其中,要解决的两个关键问题是如何准确地将不同供体的o2突变基因导入受体系和如何快速地检测导入系的赖氨酸含量。本研究利用O2基因内紧密连锁的SSR共显性标记引物phi057检测玉米供体和受体自交系的多态性,利用其特异性和共显性构建o2近等基因系;参考已有研究,改进染料结合(DBL)法,测定18组构建成功的o2近等基因系的赖氨酸含量。结果表明,不仅在不同供体(CA339和山东2548)之间存在多态性,而且在不同受体系间也存在多态性,利用phi057能够成功地将不同供体的o2突变基因导入受体系,构建o2近等基因系;改进的DBL法分析表明,不同受体系赖氨酸含量变化较大,不同背景的受体系导入o2突变基因后赖氨酸含量增加的幅度差异也较大;普通玉米自交系间赖氨酸含量为0.223%~0.368%,构建成功的不同o2近等基因系间,赖氨酸含量为0.373%~0.527%,与受体亲本相比,赖氨酸增加幅度最低为13%,最高为74%。分析表明,phi057能准确筛选导入o2突变基因的受体系,结合改进的DBL法能快速地选择赖氨酸含量高的玉米。     

基因编辑技术的研究及在玉米中的应用

尽管人类已经发现并应用ZFN、TALEN基因编辑技术来实现对基因的定向改变,但由于操作复杂、成本较高,一直限制着基因组学的研究进展。基因的低成本、高效率、操作简单的编辑技术一直是生物分子领域亟待解决的问题。2013年《科学》(Science)杂志上两篇有关CRISPR/Cas的报道标志着基因编辑技术取得了重大突破。CRISPR是从细菌、古菌基因组中发现特殊的DNA重复序列家族。目前,该技术已经成功应用于水稻、斑马鱼、小鼠等动植物中,实现了对特定基因的定向修饰。简要介绍CRISPR/Cas的发现历史、组成、作用原理和最新研究进展,对该技术在玉米研究中的应用进行展望。