玉米茎秆抗倒伏遗传的研究进展

茎秆倒伏严重影响玉米产量、品质和机械化收获,是当前玉米生产和育种亟待解决的主要问题之一。加强对玉米茎秆抗倒伏性的研究,对提高品种抗倒伏能力具有重要意义。本文综述了玉米茎秆倒伏的主要影响因素及其遗传特征。茎秆倒伏与茎秆自身的强度密切相关。茎秆强度越高,抗倒伏性越强。茎秆强度受茎秆所处的发育阶段、茎秆内部结构和外部形态,及其细胞壁成分等影响。处于分生组织的茎秆细胞分裂旺盛,较易折断,而进入生殖生长后,茎秆表皮、厚壁组织增厚,维管束发育成熟,对茎秆的支撑作用增强。茎秆细胞壁的主要成分——纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖、无机物等均可提升茎秆强度。目前,研究者借助高通量表型平台,利用玉米连锁群体和自交系群体,采用各种定位方法,鉴定到一系列影响茎秆形态、强度、细胞壁成分的相关QTL和候选基因。研究表明,基于单倍型的QTL定位方法比基于单个SNP的定位效果好。一致性QTL分析将不同遗传群体的研究整合到一起,能够提高QTL结果的通用性。茎秆强度的遗传基础复杂,受微效多基因控制,位点间具有加性效应。茎秆成分QTL中的候选基因涉及细胞壁代谢、转录因子、蛋白激酶等。MAIZEWALL是玉米细胞壁相关基因的重要数据库。目前该数据库包含1 156个玉米细胞壁生物学相关的候选基因,为该领域的深入研究提供强大的资源。已鉴定到一系列影响玉米茎秆细胞壁成分、茎秆形态和强度的基因,其功能涉及纤维素合成路径,如纤维素合成酶类、Cobra类、糖基转移酶和核糖转运蛋白类;苯丙烷路径基因,如控制bm1—bm5的相关基因;植物激素类,如赤霉素、生长素、油菜素甾醇相关基因;转录因子如NAC、MYB;miRNA（ZmmiR528）以及F-box基因（stiff1）等。今后应积极探索不同发育时期玉米茎秆倒伏的力学机制;广泛发展自然群体或育种群体进行遗传分析;采取多种定位策略,提高抗倒伏相关基因鉴定的功效;针对优良等位基因,开发各类分子标记,加强抗倒伏分子标记辅助选择。本文将为玉米茎秆抗倒伏遗传机制解析及抗倒伏玉米品种的分子育种提供参考。     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

Effects of DHRS3 in C2C12 Myoblast Differentiation and Mouse Skeletal Muscle Injury

Myoblast differentiation is an essential process during skeletal muscle development. C2 C12 myoblast is a commonly used experimental model to study muscle cell differentiation in vitro. Dehydrogenase/reductase(SDR family) member 3(DHRS3) is a highly conserved member in short-chain alcohol dehydrogenase/reductase superfamily and has been shown to be involved in the metabolism of retinol. Previous experimental results showed that the expression of DHRS3 increased significantly during the differentiation of myoblasts differentiation. However, the effect of DHRS3 on mouse muscle cell differentiation was unclear. The objective of current study was to determine if DHRS3 affected muscle cell differentiation, and if DHRS3 was involved in muscle regeneration. Protein expression was determined by western blot and immunofluorescence analysis. The activation and inhibition of DHRS3 increased and decreased C2 C12 myoblast differentiation respectively, which indicated that DHRS3 could affect C2 C12 myoblast differentiation. DHRS3 expression was significantly changed during muscle regeneration, with the regeneration of muscle injury, the expression of DHRS3 tended to increase first and then decrease. It suggested that DHRS3 might be involved in muscle regeneration. In summary, this study confirmed the involvement of DHRS3 in C2 C12 myoblast differentiation and mouse skeletal muscle regeneration and provided a theoretical basis for further elucidating the molecular mechanism of muscle development.     

Genetic analysis and QTL mapping of growth period traits and plant height traits in soybean recombinant inbred lines from Dongnong 47 × PI 317334-B

High and stable yield is the main goal of soybean genetic improvement. In this study, association analysis was used to detect the quantitative trait loci (QTL) for the plant height, and soybean growth period using 182 SSR markers in the RIL population of 136 F_4:8 lines, which developed from a cross between photoperiod-insensitive cultivar ‘Dongnong 47’ and photoperiod-sensitive variety PI317334–B. The results showed that 33 QTLs related to soybean growth period and plant height traits were detected by compound interval mapping, and were located on 12 linkage groups including N, C1, C2, J, D1a, B2, E, G, A2, O, L, I, with the contribution rate of 7.85–33.84%. These QTL loci and linkage markers related to soybean photoperiod sensitivity, would be helpful to identify key genes that control soybean photoperiod sensitivity, and provide an important basis for the breeding of new photoperiod-insensitive soybean varieties based on molecular design breeding.     

山羊TNNT3基因可变剪切及其对骨骼肌细胞分化的作用

【目的】快速骨骼肌肌钙蛋白T（fast skeletal troponin T3,TNNT3）作为肌钙蛋白(troponin, Tn)家族成员,调节横纹肌收缩、参与骨骼肌的生长发育并影响家畜肉质性状。通过获得山羊TNNT3基因的可变剪切体,分析山羊TNNT3基因可变剪切的表达模式及其在肌细胞分化中的作用,深入解析TNNT3基因在山羊骨骼肌生长发育过程中的作用机制。【方法】基于NCBI已公布山羊TNNT3基因（NM_001314210.1）和牛TNNT3基因（XM_010821200）mRNA序列,使用软件Primer Premier 6.0设计引物,以简州大耳羊胚胎期和出生后7个阶段骨骼肌为试验材料,克隆测序获得山羊TNNT3基因的CDS区可变剪切体,利用软件ORF Finder、EditSeq、DNAMAN、ClustalW和MEGA_X_10.1.8等对序列进行生物信息学分析;进一步设计实时荧光定量（real-time PCR,RT-qPCR）及半定量引物,研究TNNT3基因剪切体在7个不同组织（背最长肌（longissimus dorsi muscle,LD）、半膜肌（semimembranosus muscle,SM）、心、肝、脾、肺、肾）和7个发育阶段（胚胎期E75、E90、E105和出生后B3、B45、B150、B300）肌肉组织（背最长肌和半膜肌）中表达模式;此外,对转录本TNNT3_3进行体外编码能力检测确定其具有编码蛋白的能力,并在山羊骨骼肌卫星细胞（skeletal muscle satellite cells,MuSCs）中过表达,观察细胞形态变化以及检测标志基因的表达变化,研究其对山羊MuSCs分化的作用。【结果】①TNNT3（NM_001314210.1）CDS区全序列主要含有18个外显子,其中外显子16/17相互排斥,转录后单一表达。克隆发现山羊TNNT3基因 5个新转录本（TNNT3_1—5）,其外显子数分别是15、15、20、16、14。②生物信息学分析结果显示山羊TNNT3基因核苷酸序列和氨基酸序列与绵羊、牛、猪等哺乳动物具有很高的一致性,而与鱼类和爬行类动物的一致性较低,说明TNNT3基因序列在哺乳动物高度保守。③TNNT3 mRNA在背最长肌、半膜肌、心、肝、脾、肺、肾7个组织中都有表达,其中在骨骼肌中高度富集(P < 0.01),心脏及肺次之,其余组织中较低;TNNT3 mRNA在背最长肌和半膜肌中的表达始终处于一个动态变化中,胚胎期TNNT3在半膜肌的表达量高于背最长肌（P<0.05）;出生后则背最长肌中高于半膜肌（P<0.05）。④山羊TNNT3基因转录本TNNT3_3重复出现保守的外显子9—11（138bp）,体外翻译实验显示其可编码蛋白且蛋白大小与预期基本相符（37 kD）;相较于对照组,在山羊MuSCs中过表达该转录本使肌分化标志基因Myomaker、MyoG和MyH4 mRNA极显著升高(P < 0.01)。【结论】获得了山羊TNNT3基因具有完整CDS区5个新可变剪切体,TNNT3主要在肌肉组织（背最长肌和半膜肌）中高表达,在哺乳动物中高度保守且促进成肌分化。初步表明TNNT3基因在动物肌肉生长发育中具有重要的生物学功能。     

SSCP Marker Development and Analysis of Candidate Restorer Gene Rf1 for Cotton Cytoplasmic Male Sterility

[Objective] Locating the cotton cytoplasmic male sterility (CMS) restorer gene Rf₁ is important for investigating restorer gene mechanisms and improving restorer lines. In our previous study, a gene cluster, with nine Pentatricopeptide repeat(PPR) genes and nine other genes, was found within the 160-kb Rf₁ target region in Scaffold 333. The objective here was to improve the density of Rf1-linked markers in the target region and determine the expression profiles of candidate genes. [Method] Using the sequences of the 18 genes, we designed 155 single-strand conformation polymorphism (SSCP) primers covering all of the gene sequences to identify the polymorphic SSCP markers between the fertile and sterile pools. Additionally, real-time polymerase chain reaction(PCR) was performed to analyze the expression profiles of eight candidate genes in the four developmental stages of buds of sterile, maintainer and restoring lines, respectively. [Result] In total, 15 polymorphic primers were identified. A genotype analysis of the F₂ population was conducted using the 15 primers and 3 other polymorphic simple sequence repeats (SSR) markers. The markers were distributed in a 4.8 cM range. In addition, owing to the influence of sterile cytoplasm or restorer genes, most of the genes showed different expression patterns in the four developmental stages of the three lines' buds. [Conclusion] SSCP markers tightly linked to Rf₁ were identified and the expression profiles of candidate genes were determined. This study provides a basis for the further fine mapping of restorer genes and for candidate gene screening.     

新单系列玉米品种的遗传基础解析以及品质和产量性状变化趋势分析

为探索新单系列玉米品种籽粒品质性状之间的关系以及产量性状的变化趋势,以新乡市农科院2003年以来审定的玉米品种为材料,研究了它们的遗传基础、杂优模式、品质性状以及群体、个体生产力。结果表明：13个玉米品种利用的杂优模式主要有2种,9个品种杂优模式为改良Reid×唐四平头,4个品种为外来种质×唐四平头。品质分析中,‘新单28’、‘新单38’、‘新单66’粗淀粉含量高,‘新单61’、‘新单65’和‘新单68’的粗蛋白和赖氨酸含量高。粗脂肪含量和粗淀粉含量之间呈显著负相关,相关系数为0.610,粗蛋白含量和赖氨酸含量之间呈显著正相关,相关系数为0.491。产量分析表明,‘新单22’单株生产力最大,‘新单33’单株生产力最小,‘新单58’的群体生产力最大,‘新单28’的群体生产力最小。群体生产力随密度增加呈现上升趋势,其中密度为75000株/hm²时的群体生产力较45000株/hm²高62.9%,平均每公顷增加7500株产量增益为12.97%。单株生产力随密度增加开始呈下降趋势,增至60000株/hm²后逐渐平缓,低密度时单株生产力较高密度高5.5%。外来种质×唐四平头杂优模式选育的玉米新品种在品质上优于改良Reid×唐四平头模式选育的品种,且耐密性也显著增加,群体生产力也不断上升。     

2个与HSP70基因连锁的微卫星座位与牛运输应激性状的关联分析

试验探讨了2个与HSP70基因连锁的微卫星座位与牛运输应激性状的关联分析。选择120头12月龄、体重250 kg左右的健康西门塔尔杂种肉牛进行运输应激试验，并根据牛基因组遗传图谱，选择23号染色体上与HSP70基因连锁的微卫星座位BMS468和BM1258检测其在西门塔尔杂种肉牛样本群体中的多态性，采用最小二乘拟合一般线性模型分析微卫星座位与运输应激性状部分指标之间的关联效应。结果显示：微卫星座位BMS468共检测到5个等位基因（128、134、140、146、154 bp），优势等位基因为128和134 bp，有效等位基因数（Ne）、多态信息含量（PIC）和遗传杂合度（He）分别为3.66、0.68和0.73，遗传多态性较高，关联分析显示与运输后7 d平均日增重和发病率显著相关，其中128/128 bp基因型个体的运输后7 d平均日增重最大（P < 0.05），134/128 bp基因型个体的发病率最低（P < 0.05）；微卫星座位BM1258座位共检测到6个等位基因（99、101、103、113、117、119 bp），优势基因为101 bp，Ne、PIC和He分别为4.30、0.73和0.77，遗传多态性较丰富，关联分析显示，其与发病率显著相关，其中99/99 bp基因型个体的发病率最低（P < 0.05）。综上所述，2个微卫星座位可作为牛运输应激性状的潜在遗传标记，为开展牛抗运输应激性状的标记辅助选择提供科学依据。     

基于nSSR和cpDNA序列的城步峒茶群体遗传多样性和结构研究

采用简单重复序列标记(nSSR)与叶绿体DNA序列(cpDNA)分析技术,对城步峒茶群体进行了遗传多样性、遗传结构和遗传分化等研究。结果表明,15对nSSR引物在参试81份资源中共获得142个等位位点,平均每对引物9.47个,城步峒茶群体的观测杂合度(Ho)、期望杂合度(He)和Nei期望杂合度(Nei)分别为0.49、0.62和0.62,具有较高的遗传多样性。Structure分析将79份峒茶资源分成3个类群,但各类群的遗传背景较为复杂,没有明显的群体结构。F检验表明,城步峒茶群体的近交系数F_IS为正值(F_IS=0.177 5),群体间的遗传分化系数F_ST较小(F_ST=0.034 5),分化程度较低,基因流Nm较高(Nm=7.01)。3对cpDNA引物分别获得了473 bp(rbcL)、704 bp(matK)和320 bp(psbH-trnA)的片段序列,变异位点占总位点的比例分别为0.42%、0.71%和1.25%。将3个序列依次拼接,共产生了9个单倍型,单倍型数由多到少的居群依次为TXZ(6)、DZC(4)、DPS(4)、TYS(3)、HJZ(2),群体的单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(π)分别为0.732和0.001 39。9个单倍型中,单倍型H1和H5处于进化网络图的中心节点上,并且包含资源数量最多,属于比较原始的单倍型。同时,nSSR和cpDNA的AMOVA分析结果基本一致,居群内的变异百分比分别达到96.69%和80.54%,城步峒茶的遗传变异主要存在于居群内。