对生叶序与互生叶序玉米细胞分裂素调控基因差异分析

在明晰对生叶序玉米生长点的3大类内源细胞分裂含量不仅显著高于互生叶序玉米,而且随互生到对生到螺旋畸形叶序逐渐增大,以及CTK/IAA值是控制玉米叶序分化类型关键因素的基础上,搜索玉米细胞分裂素调控基因ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10的基因序列及其cDS序列,设计特异性上下游引物,通过对对生叶序玉米及其近等基因系的互生叶序玉米基因组进行PCR扩增、测序,证实了对生叶序玉米、互生叶序玉米在ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因序列结构上未见差异。RT-PCR分析结果证实ZmRR1,ZmRR2是根特异性表达基因,ZmRR3在根和叶中不表达,而ZmRR6在茎尖中不表达,对生叶序玉米与互生叶序玉米在不同时期、不同发育组织中其ZmRR1,ZmRR2,ZmRR3,ZmRR4,ZmRR5,ZmRR6,ZmRR7,ZmRR8,ZmRR9,ZmRR10基因的表达均未见差异,表明安徽农业大学作物生物学实验室的对生叶序玉米突变体的形成机制与冷泉港实验室关于ZmRR3基因的Mu转座子插入突变导致对生叶序玉米突变体形成的机制不同。     

叶序

叶序指叶在茎枝上排列的方式。 1.互生叶每茎节上出1片叶,叶片交互生长。如桃、杏、李、樱桃等。2.对生叶每茎节上相对着生2片叶,如忍冬、丁香、卫矛和八仙花。3.轮生叶每茎节上生3片以上的叶,如轮叶黄精、茜草等。4.簇生叶在短     

新的玉米矮秆突变基因的鉴定与遗传分析

Dt基因是玉米显性矮秆基因,被定位于玉米的第10条染色体长臂,目前报道的显性矮秆基因只有D8(Mpl1)和D9,它们分别位于染色体1的长臂和染色体5的短臂;Dt矮秆突变体属于赤霉素敏感型,含有D8,D9基因的材料对赤霉素不敏感;Dt基因与D8,D9基因的等位性分析表明,Dt与D8,D9为非等位基因,进一步证明了Dt基因是一个新发现的玉米显性矮秆基因.     

玉米苯丙氨酸解氨酶家族基因的鉴定与纹枯病的抗病分析

玉米纹枯病是中国西南玉米产区的主要病害之一,苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性变化在不同纹枯病抗性的玉米材料中存在差异,目前对PAL家族基因还缺乏系统深入的研究,尤其是参与玉米-纹枯病菌互作的研究甚少。本研究利用RT-qPCR方法,结合芯片数据库和转录组测序结果,鉴定了玉米PAL家族基因和组织表达特征,并分析了其在纹枯病菌诱导前后抗病和感病自交系中的表达情况。结果显示,玉米基因组中共有13个PAL基因,Zm PAL2、ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL8、ZmPAL9和ZmPAL10均为组成性高表达,ZmPAL1、ZmPAL4、ZmPAL6和ZmPAL7均为组织特异性低表达,而同源度极高的ZmPAL11、ZmPAL12和ZmPAL13在所有检测组织中均不表达。在强致病力纹枯病菌诱导前,10个PAL基因的本底表达量在抗病和感病自交系的叶鞘中均无明显差异,但在诱导后都增强高表达,以应对纹枯病菌的侵染。这些结果说明不同抗性的玉米材料中可能存在类似但响应程度不同的PAL家族基因参与玉米-纹枯病菌互作的机制。     

玉米小G蛋白ZmRab7基因克隆及其盐胁迫响应分析

为探讨小G蛋白在玉米盐胁迫响应中的作用,克隆玉米ZmRab7基因并对其生理功能进行初步分析。生物信息学分析表明,ZmRab7基因编码206个氨基酸,包含保守的G1-G5基序和C末端Cys位点;系统进化分析显示,玉米ZmRab7蛋白与同为单子叶植物的高粱SbRab7亲缘关系最近;ZmRab7蛋白在二级结构和三级结构上由4个α-螺旋和多个β-折叠、无规卷曲组成功能域,且与双子叶植物拟南芥AtRab7空间结构高度相似。进一步研究发现,ZmRab7主要在玉米的根及幼胚中表达;该基因启动子区含有4个GT1GMSCAM4和2个DRECRTCOREAT盐胁迫响应元件,高盐能够轻微抑制其表达;酵母生长试验证实,ZmRab7-pYES2转基因酵母表现出盐胁迫不耐受表型。这些结果说明,玉米ZmRab7基因编码1个响应盐胁迫的Rab类小G蛋白,为进一步详细阐明玉米中Rab类蛋白的生理功能奠定了基础。     

玉米光周期敏感类Hd6基因的克隆和实时定量表达分析

水稻Hd6基因在调节水稻光周期敏感中起重要作用。本研究以热带玉米自交系CML288为材料, 利用同源基因克隆法结合3¢RACE技术克隆了与水稻Hd6基因同源的玉米类Hd6基因。该基因序列中999 bp的开放阅读框可编码332个氨基酸。BLAST分析发现, 该基因与玉米中编码蛋白激酶CK2的一个基因高度同源, 所推测的氨基酸序列包含2个CK2活性区域, 1个N末端区域, 1个ATP结合位点和1个丝氨酸/ 苏氨酸蛋白质激酶活性位点,与玉米、小麦、水稻和拟南芥的CK2氨基酸序列也有较高的同源性。建立了SYBR GREEN法实时荧光定量RT-PCR表达分析系统, 研究了不同光周期处理下类Hd6基因在光周期敏感自交系CML288茎尖和叶片中的表达。结果发现, 该基因在茎尖和叶片中均有表达。在短日条件下, 该基因在6~8叶期茎尖中的表达量存在明显差异, 在光周期敏感的7叶期出现表达高峰, 在叶片中的表达量均低于茎尖。在长日条件下, 该基因在茎尖中6叶期表达量较低, 在光周期敏感的9叶期在叶片中高量表达。由此可推测, 该基因与玉米光周期敏感密切相关, 可能在光周期敏感调节过程中发挥一定的作用。     

玉米穗发芽突变体vp-like8的遗传分析及突变基因鉴定

玉米突变体vp-like8具有明显的穗发芽性状且能稳定遗传,遗传分析表明该突变性状受隐性单基因控制。用vp-like8与自交系郑58杂交构建F2遗传定位群体,利用BSR-Seq方法,将基因初定在玉米第3染色体160.4 Mb～165.6Mb区间内。参考玉米基因组信息,发现已报道的穗发芽基因Vp1位于此定位区间内。分别利用vp1、vp-like8的杂合突变体进行等位测验,发现杂交后代中正常与穗发芽籽粒符合3∶1遗传分离比。经序列分析,发现vp-like8突变体中Vp1基因在第2内含子有343 bp碱基的缺失,且第3内含子有222 bp重复序列的插入,而已报道的vp1突变体只在第2个内含子有343 bp碱基的缺失。通过实时定量PCR检测发现,与正常籽粒相比, vp-like8与Vp1突变籽粒中Vp1基因的转录水平均明显降低。以上证据表明, vp-like8是一个新的Vp1基因等位突变体。     

粳糯谷子Waxy基因序列变异及其与禾谷类作物的相似性

为了探讨糯谷子Waxy基因序列多态性及其与禾谷类作物的相似性,采用特异PCR扩增产物测序和DNAStar软件分析糯谷子"十里香"Waxy基因序列变异以及与小麦、玉米、水稻、糯谷子Waxy基因序列的相似性,以非糯类型"赤谷16"的Waxy基因作为参考序列,Gen Bank提取的糯谷子"十里香"Waxy基因为测试序列进行比对,结果表明,"十里香"Waxy基因(登录号为KF372879)序列总长度9 467 bp,直链淀粉含量1.22%。KF372879共检测到碱基颠换36个、转换21个、插入5个、缺失5个、插入序列3个。Waxy基因编码区第3外显子存在6 852(G-T)、6 854(G-T)、6 856(A-C)、6 857(T-A)、6 858(A-T)等5个颠换、6 814~6 815(A)的缺失;exon8的7 867(A-C)颠换。Intron1、exon8和exon13分别有484~512(28 bp)、7 811(54 bp)和9 274(130 bp)的插入片段。内含子Intron1检测到6 492(T-C)和6 493(C-T)的转换,Intron3和Intron7分别检测到6 931(G-T)和7 793(C-A)的颠换,intron9在8 384位点插入T。绘制了小麦、玉米、水稻、糯谷子4种禾谷类作物Waxy基因序列系统进化树;糯谷子"十里香"与小麦、玉米、水稻Waxy基因序列相似性分别为26.8%、25.8%、25.5%。     

化学诱变玉米的幼苗性状分析

将上年化学诱变所得玉米材料 178,187和齐3 10 种植 ,分析了玉米的形态特征和生理代谢特性。结果表明 ,不同诱变玉米材料的幼苗性状都得到改良 ,但改良幅度不同。诱变玉米的种子萌发率提高 4 5 7%～ 14 5 6 % ,叶绿素含量提高 13 3%～ 17 7% ,硝酸还原酶活性提高 9 2 %～138 0 % ,叶片厚度增加 4 7%～ 30 3% ,气孔长度增加 1 3%～ 3 9% ,玉米 5 0日令幼苗的地上部和地下部生长量均增加 ,形成壮苗。可以认为秋水仙碱诱变处理 ,引起了玉米可遗传的有利变异。     

外源细胞分裂素对玉米叶原基分化类型的调控

以互生玉米自交系H4d、8701d为材料,取自交授粉12 d的幼胚,分别在含不同浓度6-BA的脱分化培养基上诱导愈伤组织,筛选II型愈伤组织,分别转入0~3 mg L1 6-BA浓度梯度的分化培养基上诱导出芽。芽点出现时,在解剖镜下剥离顶端分生组织,电镜扫描观察叶原基形态,并用ELISA反应测定顶端分生组织细胞分裂素6-BA、ZRs、DHZRs、iPAS和生长素IAA、NAA含量。结果表明,外源细胞分裂素6-BA可调控互生基因型玉米材料幼苗叶原基转换为对生甚至畸形叶原基类型,6-BA浓度越高、处理越早,出现对生叶原基、畸形叶原基的频率越高。ELISA反应显示,生长点激素含量的改变是外源激素的吸收累积造成的,内源细胞分裂素的含量并未明显改变,在互生基因型下通过增加外源细胞分裂素6-BA提高细胞分裂素/生长素值可导致叶原基分化类型向对生、畸形类型转换,解除外源激素作用后,生长点细胞分裂素/生长素值的恢复导致叶原基分化类型返回原始基因型类型。这进一步证实生长点细胞分裂素/生长素是决定玉米叶原基分化类型的关键因素。     

玉米杂交种及其农艺性状的系统聚类分析

为了研究玉米杂交种间的遗传差异以及性状间的相互关系。以 11个玉米品种的 13个农艺性状为依据, 采用系统聚类分析法计算其品种间的遗传距离及性状间的相关系数。结果表明： 11个品种共划分为 4 个类群, Ⅰ类为 QIV9、 QIV10、 QIV5、 QIV6, Ⅱ类为 QIV1、 QIV2、 QIV4, Ⅲ类为 QIV3、 QIV11、QIV7, Ⅳ类为 QIV8; 13个性状进行变量聚类分析, 被划分为 4类, 穗重、 单穗粒重、 产量、 穗行数和秃尖长聚为一类, 穗位高、 行粒数、 含水量、 轴重和穗粗聚为第二类, 穗长和百粒重聚为第三类, 株高自为一类。明确了品种间的关系亲疏以及性状间的相互关系, 可为玉米杂交种的选育及开发利用提供科学依据。     

玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展

为推进分子标记辅助选择在玉米育种中的应用,总结出近30年玉米子粒产量及其组成性状的QTL研究进展。表明子粒产量的QTL为5~9个,主要分布在第1、2、5、6、7、8、9染色体上,穗行数、行粒数和百粒重的QTL均为3~6个,主要分布在第1、2、3、4、5、6、7、8染色体上,这些QTL成簇分布在几条主要染色体上,形成QTL富集区域,它们能解释性状表型变异的25%左右;多数性状的QTL主要表现为加性、显性、部分显性或超显性效应,部分性状的QTL存在遗传×环境互作效应。预示子粒产量及其组成性状的QTL存在共同染色体载体,育种选择应在多环境、大样本下进行,在不同环境下均能稳定表达的QTL更适用于育种选择;单株穗数、植株性状和抗逆性的QTL研究有待加强。     

玉米抗纹枯病QTL定位

以玉米自交系R15（抗）×掖478（感）的229个F₂单株为作图群体,构建了包含146个SSR标记位点的遗传连锁图谱,全长1 666 cM,平均图距11.4 cM。通过麦粒嵌入法对F2:4群体进行人工接种纹枯病菌,并以相对病斑高为病级划分标准鉴定了玉米纹枯病的抗性。用复合区间作图法分析抗病QTL及遗传效应,共检测到9个抗性QTL,分布于第1、2、3、4、5、6和10条染色体上,单个QTL可解释表型方差的3.72%~7.19%,其中有2个QTL位于染色体6.01抗病基因簇附近。     

玉米地方种质沃日黄与其选系重组自交后代的SSR分子标记分析

为探讨玉米地方种质与其选系重组的育种效果,利用SSR标记,分析了玉米地方种质沃日黄与其选系重组自交后代的遗传关系.结果表明,31对引物均检测到了重组系与沃30不同的基因型;供试材料间的遗传相似系数变幅为0.47～0.84,平均遗传相似系数为0.61,平均值较大,但变幅也较大;聚类分析可将沃30及8个重组系划分为三类,重组系1、2、3、 5与沃30聚为一类,重组系4、8和重组系6、7分别聚为一类.以上结果表明,不仅部分重组系与沃30存在一定的遗传差异,而且重组系彼此间也存在较大的遗传差异,地方种质与其选系重组具有明显的育种效果.此外,从计算每条染色体上相同基因型百分比的平均值发现,染色体1上相同基因型3对引物的平均值仅为16.67%,远远低于基因组上相同基因型的比例52.40%,这是否揭示沃30与沃日黄的基因重组可能较多发生在染色体1上,值得进一步研究.     

玉米抗病基因一致性图谱的构建

发掘和精细定位玉米抗病基因是构建玉米抗病分子育种技术体系的重要基础。利用生物信息学手段,整理文献和玉米基因组数据库中已有的抗病基因定位的信息,借助高密度玉米分子标记连锁图谱IBM2 2005 neighbors,通过染色体映射的方法,绘制了玉米抗病基因的一致性图谱。结果显示,在试验涉及到的14种主要玉米病害的78个抗病主基因或QTL之中,抗病基因在各条染色体上呈不均匀分布,第3、第6、第10染色体上的主效抗病基因较多,第5和第7染色体上的抗病基因较少,且抗病基因呈簇集分布。研究结果为进一步发掘和鉴定玉米抗病基因和建立玉米抗病分子标记辅助育种技术体系奠定了基础。     

玉米幼胚愈伤组织的诱导和植株再生的QTL分析

以黄早四和Mo17为亲本组配的239个RIL群体，构建了101个SSR标记的遗传图谱，覆盖玉米基因组1 422.7 cM，标记间的平均距离为15.6 cM。以玉米幼胚为外植体、改良N6为基本培养基，对亲本及RIL群体的组培性状进行了评价。采用复合区间作图法在第2、3、5、6、8和9染色体上定位了控制出愈率、Ⅱ型愈伤组织诱导率、绿点及绿苗分化率的8个QTL，并对其遗传效应进行了分析，其基因加性效应能解释相应性状表型方差的4.78%~14.02%。     

玉米抗丝黑穗病QTL分析

以Mo17（抗）×黄早四（感）的F₂分离群体（191个单株）为作图群体,构建了含有84个SSR位点和48个AFLP位点的遗传连锁图谱,全长1 542.9 cM,平均图距11.7 cM。在吉林省公主岭和黑龙江省哈尔滨2个地点通过人工接种方法对184个相应的F₃家系（缺失7个）进行抗病鉴定。采用复合区间作图法对抗丝黑穗病数量性状位点（QTL）进行定位及遗传效应分析。在吉林公主岭地区检测到5个QTL,分别位于第1、2、3、8、9染色体上,解释的表型方差为10.0%~16.3%。在黑龙江哈尔滨地区也检测到5个QTL,分别位于第1、2、3、4、7染色体上,解释的表型方差为4.6%~13.4%。比较分析发现,两地一致在第2、3染色体上各检测到1个QTL,其中第2染色体上的表现为超显性效应,第3染色体上的表现为加性效应。研究结果为玉米抗丝黑穗病种质改良提供了重要信息。     

基于玉米区试的籽粒产量抽样方法研究

选用夏播玉米京玉11, 在北京市昌平区建立面积1 209.60 m2、7 200株的研究总体, 利用金文林、李淼设计制作的“抽样软件”, 对已知总体进行针对普通玉米区域试验籽粒产量的抽样方法研究, 重点对抽样行数和样本容量进行了探讨。结果表明, 以4个样本容量进行1~6行及10行片状随机抽样, 样本平均数方差比较显示, 3~6行抽样效果优于1~2和10行。500次抽样样本平均数次数分布显示, 样本容量为60、120、240和420时, 分别采用3、4、5和6行的片状抽样方法较好。结合精确度与工作量两方面考虑, 4~6行抽样优于3行抽样; 采取工作量较少、精确度较低的抽样策略时, 4~6行抽样采用120样本容量较好; 采取精确度较高策略时, 4、6行抽样采用420样本容量较好, 5行抽样采用480样本容量较好。几个方面结果叠加分析认为, 精确度要求较高时, 应采取6行420样本容量的抽样方法; 精确度要求较低时, 应采取4行120样本容量的抽样方法。