玉米主要株型性状与产量的全基因组关联分析

为了深入剖析玉米的株型性状和产量性状的遗传基础及其相关关系,本研究以204份玉米自交系作为关联群体,利用分布于玉米全基因组上的558 529个单核苷酸多态性标记(SNPs)对5个相关性状进行全基因组关联分析。结果表明,供试自交系各性状基本呈正态分布,且各性状间存在丰富的变异,变异系数在9.00%~50.00%之间;通过相关性分析和热图层次聚类分析株型和产量相关性状间彼此紧密关联;且由主成分分析筛选出总体方差累计贡献率达到71.667%的主成分2个;以P≤1×10^-5为显著阙值,利用Q+K模型对供试材料的5个相关性状进行全基因组关联分析,在株高、穗位高和单穗重间共检测到13个显著的SNP位点,分别分布于玉米的第3、第5、第6、第7号染色体上,而在总叶片数和穗上叶数间未检测到显著的SNP位点;在显著SNP上下游各50 kb范围共搜索到39个相关候选基因,其中有注释的基因12个,并对株高与穗位高最佳候选基因进行了预测。本研究通过对玉米株型及产量相关性状进行全基因组关联分析,为后期基因功能的验证与新功能的开发奠定了良好的基础。     

基于两个相关群体的玉米7个主要农艺性状遗传分析和QTL定位

株高、穗位高、穗位比、叶面积、叶形系数、散粉-吐丝时间间隔(ASI)和雄穗分枝数等是影响玉米生态适应性、抗倒性、耐密植能力及生产潜力的重要农艺性状。因此,以TS141为共同亲本,分别与廊黄、昌7-2杂交,构建2套F2群体(LTpop、CTpop)为试材,分析了7个农艺性状的杂种优势,探讨了其与单穗重间的相互关系,并进行相关性状QTLs的检测及效应分析。结果表明:1)2个F1杂交种的穗位比和ASI表现为明显的中亲优势,其余5个性状均呈明显的正向超亲优势;F1杂种优势指数和相对杂种优势均表现为株高穗位高雄穗分枝数叶面积叶形系数ASI穗位比,而F2优势降低率表现为叶面积株高穗位高雄穗分枝数ASI叶形系数穗位比。2)单穗重与ASI呈显著负相关,与其余性状间均呈显著正相关;除雄穗分枝数外,利用逐步回归分析成功构建了单穗重与其余6个农艺性状间的最优多元线性回归方程。3)利用CIM法在2套F2群体间总共检测到56个QTLs位点,单个QTL的表型贡献率介于4.22%~15.74%。其中株高、穗位比、ASI和雄穗分枝数均受加性和非加性效应的调控,而其余性状均受非加性效应的调控;进一步分析,在2套F2群体中总共检测到12个稳定表达的sQTLs位点,分别位于Bin1.07(umc1278~bnlg1025)调控株高、Bin1.08~1.10(mmc0041~phi308707)调控叶面积、Bin2.02(umc1823~umc2363)调控ASI、Bin4.06(bnlg1621a~umc2027)同时调控穗位高和穗位比、Bin4.09(umc2287~umc2360)同时调控ASI和雄穗分枝数、Bin6.05(umc2040~bnlg1174a)调控ASI、Bin7.00(umc2177~umc1378)调控雄穗分枝数、Bin8.08(umc1005~umc2218)调控穗位比、Bin10.01~10.02(bnlg451~umc1337)同时调控株高和穗位比。为玉米相关性状的育种应用、精细定位及基因克隆提供有益参考。     

“种子生物学”教学课程改革、建设与实践——以甘肃农业大学为例

以培养学生创新和探索能力为基本点,从完善教材体系,加强教师队伍建设,丰富教学内容,改进教学模式,加强实践教学,改善课程考核综合评定方式等方面阐述了甘肃农业大学种子科学与工程专业"种子生物学"课程改革、建设的思路和途径。通过课程建设与改革,不仅改善了学生学习的积极性、主动性,增强了学生分析问题、解决问题的能力和实践创新能力,而且也提高了教师的教学能力,使"教"与"学"达到了双赢。     

基于两个相关群体的玉米6个穗部性状QTL定位

深入剖析玉米(Zea mays)穗部性状的遗传机理,可为利用穗部性状选育高产玉米品种提供参考。因此,本研究利用大穗型玉米自交系TS141为共同亲本组配了2个F_1杂交组合,分别自交产生了202个(POP1)和218个(POP2)个体的F_2群体,利用复合区间作图法(composite interval mapping,CIM)对2套F_2群体的雌穗个数、单穗重、穗轴重、百粒重、穗长和出籽率等6个穗部性状进行QTLs分析。结果表明,2个F_1杂交种的雌穗个数、单穗重、百粒重和穗长呈明显的正向超亲优势,穗轴重虽呈正向超亲优势但不明显,出籽率表现为明显的中亲优势。2个F_1杂交种的F_1杂种优势指数和相对杂种优势表现一致,均为单穗重雌穗个数穗长百粒重穗轴重出籽率,而2套F_2群体的F_2优势降低率表现为单穗重雌穗个数穗长百粒重穗轴重出籽率。2套F_2群体间总共检测到了49个QTLs,这些QTLs分布于玉米10条染色体上,单个QTL的表型贡献率介于4.10%~15.73%。单穗重和出籽率QTLs以加性遗传为主,雌穗个数、百粒重和穗长QTLs以非加性遗传为主,穗轴重QTLs的加性和非加性遗传同等重要。在POP1和POP2群体中同时检测到8个稳定表达QTL(stable QTL,sQTL),分别为位于Bin1.03-1.04处同时调控单穗重、穗轴重和出籽率的sQTL,Bin1.06-1.07处调控出籽率的sQTL,Bin4.04处调控百粒重的sQTL,Bin6.05处调控雌穗个数的sQTL,Bin7.02处调控出籽率的sQTL和Bin9.04处调控穗轴重的sQTL。这些研究结果可为进一步剖析玉米穗部性状分子遗传机理奠定基础,且这2个遗传背景下稳定表达的sQTLs可作为玉米穗部性状分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)、精细定位及基因克隆的候选位点。     

干旱胁迫对玉米耐旱自交系与旱敏感自交系苗期生理特性的影响

为了探讨玉米(Zea mays)的耐旱机理,为玉米耐旱种质改良提供材料,本试验以前期筛选出的玉米耐旱自交系廊黄、昌7 2和旱敏感自交系TS141为试验材料,在自然干旱条件下,用盆栽法对其形态与生理变化进行研究。结果表明,干旱胁迫条件下,3个玉米自交系的存活率降低,叶片中的相对含水量呈下降趋势,相对电导率、游离脯氨酸含量、保护酶SOD和POD的活性增加。干旱胁迫下,与旱敏感自交系TS141相比,耐旱系廊黄和昌7 2存活率较高,叶片的相对含水量、游离脯氨酸含量、保护酶SOD和POD的活性也比较高,相对电导率则较低。     

外源一氧化氮对玉米幼苗抗低温胁迫的影响

利用盆栽试验,用不同浓度的外源NO处理低温胁迫下的玉米幼苗,研究外源NO对玉米幼苗抗低温胁迫的影响。结果表明:低温明显抑制了玉米幼苗的生长,与常温对照相比,玉米幼苗叶片相对含水量下降了46.7%,叶绿素含量降低了19.19%,细胞膜的通透性增大,相对电导率增加了44.2%,丙二醛(MDA)含量增加了35.1%,可溶性蛋白含量下降了22.0%,可溶性糖含量下降了72.3%;适当浓度的外源NO可缓解低温胁迫造成伤害,其中浓度为0.10 mmol·L-1SNP处理效果最明显,与低温对照相比,MDA含量和相对电导率分别减少了24.4%和11.1%,相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白和可溶性糖含量分别增加了40.2%、11.0%、19.25%、123.0%;外源NO能有效改善低温胁迫下玉米幼苗的光合作用,其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均较低温胁迫条件下未加NO处理有明显的增加,细胞间隙CO2浓度(Ci)则明显下降。表明适当浓度的外源NO可以缓解低温胁迫对玉米幼苗生长的抑制效应。     

外源24-表油菜素内酯对逆境胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的影响

为探讨不同胁迫对玉米种子生物化学特性的影响,采用不同浓度的24-表油菜素内酯(EBR)处理玉米种子,研究Na Cl和低温(15℃)胁迫下,外源EBR对玉米幼苗电解质外渗率(REC)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脯氨酸、可溶性糖和各生长指标的影响。结果表明,在180 mmol·L~(-1)Na Cl胁迫下,0.050 mg·L~(-1)EBR可以显著缓解Na Cl的胁迫伤害,使玉米种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数显著提高,盐害指数降低;幼苗株高、根长、植株鲜重、相对含水量、根冠比也显著提高;抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)活性相应增加,脯氨酸和可溶性糖含量也相应提高,MDA含量和相对电导率降低。低温(15℃)胁迫下,与正常温度(25℃)相比,0.001~1.000 mg·L~(-1)范围内,EBR对提高玉米株高、根长、单株干鲜重、发芽率均有促进作用,0.100 mg·L~(-1)作用效果最好,对提高发芽势有一定促进作用,但无明显的规律性。由此可知,一定浓度的EBR浸种能缓解盐和低温对玉米的胁迫损伤,其作用机制可能是EBR可以激活细胞合成自由基清除酶的能力,且酶类物质通过相互协调作用减轻胁迫伤害。本研究为玉米的抗逆性研究提供一定的理论依据。     

转录组和iTRAQ技术联合揭示玉米根系的耐旱机制

采用RNA-Seq技术和iTRAQ技术对耐旱性不同的两玉米自交系(昌7-2和TS141)的幼苗根系差异基因(DEGs)和差异蛋白(DEPs)进行关联分析.定量关联分析结果表明,Chang 7-2 D1 vs CK1、Chang 7-2 D2 vs CK2、TS141 D1 vs CK1和TS141 D2 vs CK2等...     

玉米逆境响应基因ZmGST23克隆和表达分析

谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是植物抗氧化系统的重要成员,在初生代谢、次生代谢、细胞信号转导及逆境响应等生物学过程中发挥着重要作用.本研究以GenBank中公布的玉米谷胱甘肽-S-转移酶23基因(ZmGST23)mRNA序列(GenBank登录号:NM_001111524)为依据,采用RT-PCR方法从玉米(Zea mays)自交系F83中克隆得到ZmGST23基因669 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码222个氨基酸,蛋白分子量为24.84kD,理论等电点为5.68.保守结构域分析表明,该基因具有GSTs所特有的N端及C端结构域,并含有典型的G位点及H位点,属于Tau类谷胱甘肽硫转移酶.系统进化分析表明,ZmGST23编码蛋白与高粱(Sorghum bieolor)GST蛋白亲缘关系最近,且在不同物种间存在明显的种属特性.启动子序列分析结果显示,ZmGST23基因启动子区含有多个响应逆境及植物激素的作用元件,包括脱落酸(abscisic acid,ABA)响应元件、生长素(auxin,IAA)响应元件、赤霉素(gibberellin,GA)响应元件、厌氧响应元件、防御及逆境响应元件以及干旱诱导的MYB转录因子(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)结合位点.胁迫诱导表达分析表明,ZmGST23的表达显著受干旱脱水、水涝、盐、ABA、IAA、GA、低温及高温等非生物胁迫的诱导.组织特异性表达分析表明,ZmGST23基因在幼芽和成熟叶片中表达量较高,在幼根、花丝、苞叶、雌穗及雄穗中表达量较低,存在明显的组织特异性.将ZmGST23基因片段连接至原核表达载体pEASY-E1中,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21,用0.5 mmol/L的异丙基硫代半乳糖苷(isopropylβ3-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)诱导表达1～4 h后获得30 kD的诱导蛋白.本研究结果为进一步利用该基因进行玉米抗性改良提供了一定的理论依据.