芝麻发芽期耐盐性鉴定方法研究及耐盐候选基因的挖掘

【目的】确定芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的NaCl胁迫浓度和评价指标,发掘耐盐种质和耐盐相关重要基因,为芝麻耐盐性大规模鉴定、遗传改良和耐盐机理研究提供方法借鉴和优异基因资源。【方法】以8份耐盐性差异较大的芝麻种质为材料,在不同浓度的NaCl（0、50、100、150、200和250 mmol·L^-1）胁迫下发芽,测定其发芽势、成苗率、根长、芽长和鲜重等指标,通过对指标值的方差分析、主成分分析、隶属函数和相关性分析等,筛选芝麻发芽期耐盐性鉴定适宜的NaCl处理浓度和评价指标。以100 mmol·L^-1 NaCl溶液为处理浓度,相对成苗率为鉴定指标对71份芝麻核心种质进行发芽期耐盐性鉴定和全基因组关联分析,并对获得的候选基因进行功能注释;通过NaCl胁迫下芝麻幼苗叶片转录组测序和荧光定量PCR分析候选基因的表达模式,筛选耐盐相关候选基因。【结果】对不同浓度NaCl胁迫下8份芝麻材料发芽各指标进行统计和方差分析表明,100 mmol·L^-1的NaCl处理下,除发芽势外,发芽指数、活力指数、成苗率、根长、芽长和苗鲜重的标准偏差值均较大,所有指标在0.05水平上均存在显著差异,100 mmol·L^-1的 NaCl溶液可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜胁迫浓度;相对成苗率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、相对芽长、相对根长和相对鲜重7个指标与芝麻发芽期耐盐性关系密切,贡献率较高,可以作为芝麻发芽期耐盐性鉴定的评价指标。71份芝麻核心种质材料的相对成苗率变异比较丰富,符合正态分布;通过对71份芝麻核心种质相对成苗率与SNP标记进行全基因组关联分析,检测到7个与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记（LG5:688003、LG7:9582027、LG10:5274091、LG10:10788493、LG11:11924186、LG14:2128695和LG16:3930301）,SNP标记上、下游各100 kb区间内共有基因67个,其中有功能注释的基因34个;通过耐盐材料S04在盐胁迫下的转录组测序和荧光定量PCR对预测的候选基因进行表达模式分析,共有21个候选基因受到盐胁迫诱导显著差异表达。【结论】芝麻发芽期耐盐性鉴定的适宜NaCl胁迫浓度为100 mmol·L^-1,相对成苗率等7个指标可以作为适宜的评价指标;检测到与芝麻发芽期耐盐性显著关联的SNP标记7个,并鉴定出耐盐候选基因21个。     

芝麻高纯度线粒体DNA提取技术研究

以2个芝麻品种黄化苗为试验材料,通过比较植物线粒体DNA(mtDNA)提取过程中的关键影响因素DNase处理时间,建立了一种经济、快速、高效的芝麻mtDNA提取方法.该方法分别通过匀浆化处理、2 400 g离心15min结合12 000 g离心12 min的差速离心方法分离获得粗制线粒体,再经过DNase酶切处理1.5...     

芝麻赤霉素合成相关基因鉴定与表达分析

赤霉素的生物合成是多种酶促反应的过程,与植物植株发育、逆境响应密切相关。为分析芝麻基因组中赤霉素合成相关基因的分布、结构和活性特征,本研究以芝麻基因组序列和不同组织转录组为对象,通过生物信息学方法,从中共鉴定出32个赤霉素合成相关基因,分属7个不同的基因家族,分布在除5号染色体外芝麻所有的染色体上。不同基因家族蛋白质肽链长度存在较大差异,其中CPS家族的蛋白质序列最长,平均包含776个氨基酸残基;KAO家族蛋白序列长度的变异最大,在401-834个氨基酸之间。所有芝麻赤霉素合成相关基因编码的蛋白质预测为亲水性蛋白。与拟南芥、水稻、大豆、葡萄、高粱、番茄等物种相比,芝麻中赤霉素合成相关基因数目处于中等水平,但CPS家族中芝麻的基因数目明显多于其他物种,进化分析表明,在分析的7个物种中,芝麻与番茄具有较近的进化关系。在不同组织中,7个相关基因家族表达模式不同。KS家族基因在种子、茎尖和叶片中表达相对较高;CPS家族基因在心皮和种子中活性较强,但在茎尖和叶片中几乎没有表达;KAO和KO家族基因在不同组织中整体上具有相对较高的活性,而KS、GA3ox家族的基因在不同组织中整体表达量较低。就不同组织而言,种子中的GA合成相关基因活性整体较高;而在根尖、茎尖、叶片等与芝麻植株形态建成密切相关的3个组织中,这些基因表达以根尖较突出、其次为茎尖,在叶片中的活性整体较低。本研究为解析芝麻赤霉素合成相关基因的结构特征及其在不同组织中的作用特点提供了基因信息和理论参考。      

我国芝麻主栽品种耐湿性鉴定分析

采用盛花期人工淹水胁迫36 h,对我国43个芝麻主栽品种的耐湿性进行鉴定,结果发现,湿害胁迫后,品种的正常株率在0～42.4%之间,平均为17.7%;湿害产量变化在0～95.4 g之间,平均为28.5 g,湿害造成产量减少44.8%～100%,平均减产81.3%;湿害产量与正常株率和湿害减产率显著相关,r分别为0.77和-0.64;品种的平均正常株率随育成时间先后而逐渐增大,北方品种耐湿性整体低于南方品种,国审(鉴)品种湿害产量高于省审(鉴)品种。鉴定结果表明,我国当前芝麻品种耐湿性普遍不高,相对而言,熊芝1号的正常株率较高,中芝13的湿害产量较高且湿害减产率较低。     

芝麻核心种质株高构成相关性状的遗传变异及关联定位

以我国216份芝麻核心种质为材料,分析芝麻株高及其构成相关性状的变异、相互关系等,利用79对EST-SSR、AFLP和SRAP引物对供试材料基因组进行检测并进行标记-性状关联分析,检测群体中与株高构成性状相关的DNA变异位点.结果表明,株高及其构成性状的变异均呈现连续变化,变异丰富,变异系数均在10％以上;相关性分析和多元回归拟合株高及其构成因素间的关系表明,主茎始蒴高度、主茎果轴长度是影响株高差异的主要因素.利用GLM(Q)和MLM(Q+K)模型共检测到34个变异位点同时与供试群体两年的株高构成显著关联,对表型变异解释率在1.89％～5.29％,平均为2.82％,其中与主茎始蒴高度显著关联的标记位点M20E12-3被2种模型均检测到.此外,研究发现株高构成因素受基因型、环境和两者互作影响,且均达到极显著水平.     

芝麻含油量及脂肪酸含量QTL分析

本研究以较高含油量芝麻品种“中芝13”（56.31%）和低含油量芝麻材料ZZM2748（48.75%）为亲本构建包含548个株系的RIL群体,采用近红外法对群体在2个不同环境下的含油量、油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸含量进行分析,发现群体含油量及脂肪酸含量存在较大变异,其中含油量变化在42.43%~58.38%,其与油酸和亚油酸含量无显著相关关系,但与棕榈酸显著负相关;应用软件WinQTLCart2.5和ICIMapping3.0基于构建的遗传连锁图共定位到50个相关QTL,分布在芝麻11个连锁群上,贡献率变化在1.59%~40.62%。其中,有21个QTL被两个软件同时检测到,有7个QTL在2个环境下被重复检测到。位于连锁群LG10上的qSOC_10.3和位于连锁群LG11上的qSOC_11.1遗传贡献率较大,分别为34.38%和40.62%,为控制芝麻含油量的主效QTL,其中qSOC_11.1与定位到的油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸位点重合,表现一因多效特征。通过基因组注释和差异表达分析,在两个主效位点发掘出24个候选基因。研究发现的芝麻含油量及不同脂肪酸含量遗传变异特征和获得的QTL及候选基因对相关性状的遗传改良具有指导意义和应用价值。     

芝麻资源群体结构及含油量关联分析

【目的】推测芝麻资源群体材料的遗传变异、群体结构和分子亲缘关系,通过关联分析检测群体中影响含油量表型的位点,为芝麻高油育种及开展其它性状关联分析等提供科学依据。【方法】利用20对SSR引物、43对SRAP引物及16对AFLP引物,对来自芝麻核心品的216份芝麻资源进行遗传多样性分析、群体结构分析和含油量性状关联分析。【结果】共检测到338个等位变异,群体遗传多样性为0.2493、多态性信息含量为0.2090。群体结构分析将216份芝麻资源分为2个亚群（POP1和POP2）;其中,174份资源（80.56%）归属POP1亚群,42份资源（19.44%）归属POP2亚群。POP1亚群的遗传多样性（0.2180）、多态性信息指数（0.1840）等指标值都低于POP2亚群（分别为0.3190和0.2561）,表明POP2亚群内种质遗传变异更为丰富。AMOVA分析表明,亚群内的遗传变异（86.83%）极显著高于亚群间的遗传变异（13.17%）（P＜0.001）。关联分析重复检测出2年环境下与含油量性状极显著关联的分子标记8个（P＜0.01）。这8个标记的性状变异解释率变幅为0.0343（标记M20E16-8）-0.0587（标记SSR12-2),总的变异解释率为0.2846（2008年)和0.3801（2009年）。【结论】以216份来自中国芝麻核心品的资源构成自然群体,群体结构简单、遗传变异较为丰富,可以用于开展芝麻重要目标性状的关联作图。应用关联分析方法在2个年度环境下重复检出8个标记与含油量性状极显著关联（P＜0.01）,这些标记可能与含油量性状存在稳定、可靠相关联。     

我国芝麻主产区茎点枯病病原菌生物学特性分析

在国内首次对我国湖北、河南、安徽、江西等芝麻主产区进行了较大范围的芝麻茎点枯病病原采集和菌株分离,纯化培养得到35个菌株.通过比较病原菌在不同培养基、不同诱孢处理方式、不同诱孢培养条件等,确定适宜培养条件为普通PDA培养基28℃黑暗培养4～5 d切断菌丝,再培养4～5d,建立了一套较成熟的芝麻茎点枯菌株分离培养纯化技术...     

利用抑制差减杂交分离芝麻耐湿性相关基因

为分离芝麻耐湿性相关基因,以敏感品种鄂芝2号和耐湿品种2541为实验材料,通过抑制差减杂交(SSH)构建了芝麻湿害胁迫的差减cDNA文库。在随机挑取的162个阳性克隆中,测序获得146条高质量的EST,含有106条非重复序列(Unigenes)。其中82条非重复序列与GenBank中的基因或蛋白具有较高的同源性,占全部序列的77.36%。对有功能注释的39条同源序列分析发现,其涉及植物的基础物质、能量代谢、信号转导、转录调控和解毒防御等方面,说明这些基因很可能参与到芝麻的耐湿性反应中。