利用CRISPR/Cas9技术编辑BADH2-1/BADH2-2创制香米味道玉米新种质

【目的】香味是作物的重要食味品质之一。2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline,2-AP）是主要香味物。BADH2是控制水稻等作物香味性状的关键基因,敲除该基因可以产生香味稻米。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在北京市农林科学院自育的玉米骨干亲本京724上敲除BADH2同源基因,以期获得有香米味道的玉米新种质材料。【方法】利用Ensembl数据库在线BLAST工具,将水稻OsBADH2蛋白序列在拟南芥、水稻和玉米蛋白序列数据库中进行序列比对,获得上述3个物种的BADH基因家族成员,并利用UniProt蛋白数据库中的结构域信息进行验证。进一步使用MEGA软件进行系统进化分析,获得玉米BADH2同源基因作为候选编辑靶标。基于CRISPR/Cas9基因编辑技术的原理,在候选基因的外显子处设计特异性靶点,并构建入CRISPR/Cas9基因编辑载体。再以玉米自交系京724为受体,利用农杆菌介导的遗传转化方法,通过磷酸甘露糖异构酶基因（phosphomannose isomerase,PMI）抗性筛选获得阳性转基因植株。转基因株系经测序明确其在靶基因中产生的突变类型。利用气相色谱质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）检测基因编辑株系T₁籽粒中香米主要香味物质2-AP的含量,以确认京724在基因编辑前后2-AP含量的变化。【结果】系统进化分析发现,玉米中存在2个BADH2同源基因,分别命名为ZmBADH2-1和ZmBADH2-2。ZmBADH2-1位于第4染色体,ZmBADH2-2位于第1染色体。2个基因均包含15个外显子和14个内含子,第4外显子间的核苷酸序列高度同源。在2个基因的第4外显子区域设计靶点并构建入CRISPR/Cas9基因编辑载体,通过遗传转化获得28株转基因株系。PCR扩增及测序分析结果显示,其中10株材料的2个ZmBADH2s在靶点区域均发生突变,突变基因型包括双等位突变和多等位突变,突变类型为不同数量的碱基缺失和插入。质谱检测结果显示玉米ZmBADH2双基因突变体籽粒中存在与香稻同样成分的2-AP。随机选取的4个T₁代基因编辑株系籽粒中,2-AP平均含量分别为438.29、404.63、348.65和161.82 μg·kg^-1,而未经过编辑的京724中未检测到2-AP。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对玉米ZmBADH2-1和ZmBADH2-2同时进行定点敲除,创制出籽粒中具有香米味道的玉米骨干亲本新种质材料。     

玉米骨干自交系京2416杂种优势及遗传重组解析

【目的】 玉米骨干自交系京2416是以（京24×5237）×京24构建基础选系群体,利用高大严及同群优系聚合等选系技术选育的优良黄改群自交系。以其为父本育成的审定品种已有20多个,其中代表性品种京农科728,突破了黄淮海夏玉米籽粒机收技术瓶颈,成为中国首批通过国家审定的机收籽粒品种。通过分析京2416与X群种质的杂种优势,及其形成过程中的重组事件和黄早四基因组片段传递规律,解析京2416形成的遗传机制,以期为黄改系的进一步遗传改良提供参考。【方法】 选用黄早四、京2416及其2个选系亲本（京24和5237）为材料,与5份X群代表性自交系根据NCII遗传设计组配杂交组合,利用F₁产量相关性状单穗粒重的中亲优势、超高亲优势值和配合力效应值评估4份黄改系的杂种优势。对4份黄改系及5份X群自交系进行测序深度约为18×的全基因组重测序,用BWA、GATK等软件进行序列比对和变异检测,基于获得的SNP和InDel标记信息,利用GCTA和Treebest软件进行主成分分析和系统发生树构建,同源传递片段（identity-by-descent,IBD）使用IBDseq软件识别。【结果】 通过比较分析黄早四、京2416、京24、5237与5份X群代表系所配杂交组合的F₁产量相关性状发现,与其他3份材料（黄改系京24、5237和黄早四）相比,京2416具有更高的超高亲优势和一般配合力。基于全基因组重测序数据,分析重现了京2416形成过程中的重组事件,明确京2416的基因组组成,选系亲本京24和5237在京2416基因组中保留的比例分别为80.96%和19.04%。利用基因组测序数据解析从黄早四到京2416的IBD片段,结果表明,京2416从京24和5237 2个选系亲本中聚合了全部的9个重要黄改系特征性选择区域。【结论】 骨干自交系京2416在遗传改良过程中,通过染色体重组聚合选系亲本京24和5237所有的9个重要黄改系特征性选择区域,从分子水平解释了京2416与X群代表系表现出更高配合力的遗传基础。     

玉米植株不同部位青枯病菌的检测

一般认为，玉米青枯病病原主要是从根部侵染而后向地上部扩展，继而导致发病。但作者在研究中发现一些没有发病的植株茎节也可分离到病原菌。为进一步证实这一现象，作者通过对不同的发病时期和部位进行了观察。发病时期分为发病前、正发病和已发病（l周左右）3期；分离部位分为地上第一望节和节间，第二茎节和节间。试验用玉米琼脂培养基分离培养，24h后观察结果。观察发现，玉米青枯病各病原菌的分离频率随分离部位、分离时间和品种的不同而有变化。不同分离节位相比较，镰刀菌在节上的分离频率高于节间髓部，第一节高于第二节；腐霉在节…     

氮肥减施对京科968与郑单958氮效率及产量的影响

以郑单958与京科968为材料,在减施氮肥(正常施氮量210 kg/hm~2)14.3%~28.6%水平下,比较玉米品种氮效率与产量。结果表明,施氮肥150~180 kg/hm2,郑单958产量下降2.39%~4.03%,京科968产量下降1.67%~2.99%。随着施氮量减少,氮肥偏生产力、氮肥利用效率,氮肥农学利用效率升高,氮肥表观利用效率、100 kg子粒需氮量降低,氮收获指数保持基本稳定。适度减施氮肥,可有效提高玉米生产效率。施氮处理下不同器官的氮转运率与对子粒的氮贡献率高于不施氮处理,不同器官的氮转运率顺序为穗轴叶片苞叶叶鞘茎秆;对子粒的氮贡献率表现为叶片茎秆穗轴叶鞘苞叶。京科968氮收获指数、氮肥偏生产力、氮肥表观利用效率均优于郑单958,氮肥农学利用效率、氮肥利用效率与子粒吸氮量与郑单958相当。京科968氮吸收效率优于郑单958,具备较好的耐低氮特性。     

基于SNP芯片揭示中国玉米育种种质的遗传多样性与群体遗传结构

【目的】选择具有重要育种价值的玉米自交系进行遗传多样性与群体遗传结构解析,为玉米育种实践提供指导和参考。【方法】选用344份具有广泛代表性和时效性的玉米自交系,其中包括美国主要杂种优势群、由国内地方种质发展来的杂种优势群、由美国商业化杂交种选系发展来的杂种优势群以及近年来在中国玉米育种中应用的新种质。利用北京市农林科学院玉米研究中心自主研发的包含3 072个SNP位点的MaizeSNP3072芯片对供试自交系进行全基因组扫描,揭示其遗传多样性与群体遗传结构。【结果】在344份自交系中,3 072个SNP标记所检测到的基因多样性为0.028-0.646,平均为0.442;多态信息含量（PIC）为0.028-0.570,平均PIC值为0.344。群体遗传结构分析表明,K=8时,△K值最大,即本研究所采用的自交系群体可以划分为8个类群,分别为旅大红骨群、黄改群（又称塘四平头群）、Iodent群、兰卡斯特群、P群、改良瑞德群、瑞德群和X群,其中前7个群已有报道且基本被育种家所公认,第8个群为近年来以X1132X等杂交种作为基础材料选育出的优新种质,命名为X群。比较8个类群,遗传分化系数（Fst）为0.319-0.512,遗传距离为0.229-0.514。AMOVA结果表明类群间存在显著的遗传变异,占总遗传变异的38.6%,类群内的遗传变异占58.1%。PCA（主成分分析）结果显示,X群与黄改群、兰卡斯特群遗传关系较远,与Iodent群遗传关系较近。各类群平均基因多样性分析结果表明,随着类群改良年代的增加,类群平均基因多样性降低,其中X群种质平均基因多样性最高;进一步分析表明,美国种质类群（兰卡斯特群、瑞德群和Iodent群）和国内地方种质改良系（旅大红骨群和黄改群）核心材料多样性下降幅度较大,P群和改良瑞德群核心材料下降幅度较小,X群核心材料则没有下降趋势,说明X群核心材料仍然保留了较高的遗传多样性,未来还有很大的育种潜力可挖掘。【结论】近年来,以X1132X等杂交种所构建的基础材料选育而成的京724等系列优良自交系,区别于其他已知的7大类群,可以单独成群,称之为X群。该群与黄改群之间存在较远的遗传距离,从分子水平验证了“X群×黄改群”这种强杂优模式具有良好的应用潜力。     

春夏不同播期对玉米单倍体自然加倍率的影响

研究19个玉米单倍体在春、夏播不同播种期对自然加倍率(显花药率、结实株率)的影响。结果表明,不同播期和不同材料对玉米单倍体自然加倍率有明显差异,显花药率最高为52.6%,最低为8.4%,平均为23.3%;结实株率最高为11.2%,最低为0.5%,平均为2.8%。19个材料的单倍体结实率春播时期明显高于夏播时期,16个材料的显花药率表现为春播时期高于夏播时期,春播和夏播玉米单倍体平均显花药率分别为26.9%和19.7%,平均结实株率分别为3.5%和2.1%,表明春播时期更利于玉米单倍体的自然加倍。     

玉米新品种MC4592选育及栽培制种技术要点

<正>MC4592是以国外优良种质与国内核心种质相结合,利用"高大严"技术手段,结合DH育种新技术,选育而成的适于东华北春播区种植的玉米新品种。在增强玉米品种抗倒伏能力、抗病能力(中抗-高抗多种主要病害)、提高子粒灌浆与脱水速率、提高种植密度和适应机械收获等方面有所创新。2014年通过北京市农作物审定委员会审定,审定编号:京审玉2014001;2015年通过辽宁省农作物审定委员会审定,审定编号:     

玉米新品种MC703选育与配套技术

<正>优良品种在玉米增产中的贡献率约占40%,对我国粮食安全和增产发挥着重要的作用。玉米新品种MC703的选育是针对我国现代玉米生产和市场中的突出问题,通过对亲本材料在大群体、高密度、变换不同生态区严格选择条件下进行遗传改良,增加品种的适应性、抗逆性,具有高产、稳产、优质、脱水快、适合机收、综合抗性强等特点,适合目前及未来几年玉米生产     

吉林省玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的构建及应用

【目的】农作物种质资源具有重要的战略地位。吉林省玉米种质资源库主要存储具有北方春玉米区特色的种质资源。鉴于在传统农作物种质资源管理过程中难以获取真实身份信息的现状,利用分子标记技术构建种质资源分子身份证可以有效鉴定种质资源真实身份,强化种质资源的分类管理。通过深度发掘吉林省玉米种质资源库的优异资源,推动共享利用。【方法】以吉林省玉米种质资源库中的2 918份玉米种质资源为研究对象,采用玉米品种鉴定检测标准中推荐的40对SSR标记,以及61 214个SNP标记来构建其分子身份证。根据获得的分子身份证信息将种质资源划分为核心、同近源、异质和群体等类进行管理,并进一步针对核心种质进行遗传多样性分析。【结果】为2 918份种质资源构建了SSR分子身份证,为除异质性种质外的2 502份种质资源构建了SNP分子身份证。分别制定了玉米种质资源SSR和SNP分子身份证的建设规范。其中,SSR分子身份证由40个SSR位点指纹转化为三位数字和一位字母的编码组合构成,并以二维码形式存储;SNP分子身份证由61 214个SNP位点指纹转化为可视化的条形码。根据样品纯合度和指纹特异性等特征,将样品划分为1 56...     

快速钝化玉米热带亚热带种质光敏性方法及其育种利用研究

利用热带亚热带种质改良和拓宽现有种质基础已是世界各国玉米育种者的共识。针对热带亚热带种质在温带地区存在光敏性、需要时间长、过程缓慢等问题,以温带种质为受体、热带种质为供体,进行了快速钝化玉米热带亚热带种质光敏性方法研究。通过利用冬季南繁、南北区域种植,结合玉米DH(Doubled Haploid)育种技术,经2年4个世代得到可以在温带利用的新材料,既可以直接用于选育新品种,也可以作为新材料扩宽温带玉米种质基础。实践证明,研究的方法切实可行有效,将加快我国热带亚热带玉米种质的利用进程。