青海大黄油菜粒色性状分子标记的开发和图谱整合

利用青海大黄油菜和褐籽白菜型油菜09A-126构建BC₄和F₂分离群体, 结合AFLP与群体分离分析法(bulked segregant analysis, BSA)筛选引物, 获得5个与黄籽基因Brsc1紧密连锁的分子标记Y11~Y15。5个AFLP特异片段的序列, 均与白菜型油菜的A9染色体部分序列表现同源。将5个AFLP标记成功转化为5个SCAR标记(SC11~SC15)。利用目标基因所在染色体区段序列筛选到7个与目标基因紧密连锁的SSR标记(BrID10607、KS10760、B089L03-3和A1~A4)。利用SCAR和SSR标记扫描F₂群体中部分单株, 发现SC14和A1为共显性标记。用BC₄群体将Brsc1定位在标记Y06和A4之间1.7 Mb的区间内, 遗传距离分别为0.115 cM和0.98 cM。标记Y05和Y12与Brsc1共分离。本研究为黄籽油菜分子标记辅助选择育种体系的建立及目标基因的进一步精细定位和图位克隆奠定了基础。     

芥菜型油菜多室基因Bjmc2的精细定位

芥菜型多室油菜的产量比普通两室油菜更高,定位乃至克隆多室基因可为油菜遗传改良及解释多室角果形成机制创造条件。本研究通过验证JD11-2家系衍生群体仅在BjMc2位点上存在差异,可用于BjMc2的定位。采用AFLP结合BSA法分析BC₅和BC₆群体,筛选到1个与BjMc2连锁的AFLP标记并转化为SCAR标记SC1。基于该AFLP标记序列信息,利用白菜同源序列设计SSR引物和SCAR引物,获得11对SSR标记和1对SCAR标记。通过在芥菜型油菜BAC文库中的挑选,获得2个覆盖目标区域的单克隆,由此开发1个SSR标记。将获得的SCAR和SSR标记扫描BC₇群体,构建了两室性状基因BjMc2的遗传连锁图,两侧最近标记ZX17和BACsr96与目标基因之间的遗传距离分别为0.048 cM和0.340 cM,并定位到白菜A7 scaffold000019的946~1014 kb之间,约68 kb物理距离。     

水稻半矮秆基因iga-1的鉴定及精细定位

在前期通过空间诱变获得半矮秆隐性突变基因iga-1的基础上,进一步对iga-1进行鉴定。农艺性状调查表明携带iga-1的矮秆株系CHA-2、CHA-2N与原种特籼占13相比存在明显变异。节间长度测量显示CHA-2、CHA-2N节间比例正常,属dn型。外源GA₃处理、内源GA₃测定和α-淀粉酶活性检测揭示iga-1与GA₃调控无关。利用CHA-2与粳稻品种02428杂交获得的F₂群体将iga-1定位在水稻第5染色体两个InDel标记DL18和DL19间32.01 kb的物理距离内。该区域有5个阅读框架,其中包括赤霉素信号传导调控基因D1。序列分析表明CHA-2、CHA-2N和特籼占13在D1位点上基因组序列不存在差异,推测D1并非iga-1的候选基因。比较水稻第5染色体上其他矮秆基因发现iga-1可能与半矮秆基因sd-7来自同一位点。     

甘蓝型油菜隐性上位互作核不育基因(Ms1)精细定位

甘蓝型油菜细胞核雄性不育是杂种优势利用的重要途径.隐性上位互作核不育系9012A已经广泛用于杂交种子生产,其不育性受两对隐性重叠不育基因(ms1和ms2)与一对隐性上位抑制基因(rf互作控制.ms1和ms2同时纯合(ms1ms1ms2ms2)表现不育,但隐性纯合rf(rfrf)对ms1ms1ms2ms2的表达起抑制作用...     

谷子花药颜色基因Siac1的精细定位

为从分子水平上揭示谷子花药颜色性状的遗传基础,以‘E1005’为母本,‘品资39号’为父本构建F2分离群体,利用集团分离分析法(BSA)结合隐性群体分析法(RCA),对谷子花药颜色基因Siac1进行精细定位。遗传分析表明,F2植株黄色花药与白色花药分离比例符合3:1的孟德尔分离规律,表明白色花药性状由一对隐性核基因控制。利用SSR和SV标记将Siac1初定位于第VI 染色体上标记GSA07025和GSA07037之间约282 kb的区间内。进一步利用根据亲本重测序结果新开发的InDel标记,最终将Siac1精细定位于标记MRI579和MRI583之间约94.7 kb区段内。生物信息学分析表明,该区间共有10个开放阅读框,初步推测Seita.6G227100、Seita.6G227200、Seita.6G227300和Seita.6G227900为花药颜色性状的候选基因。本研究为克隆Siac1基因、解析花药颜色发育机制奠定了一定基础。     

甘蓝型油菜隐性三系核不育上位基因Rf精细定位

甘蓝型油菜隐性三系核不育系因不育性稳定、不育基因易转育、恢复谱广、无胞质负效应、制种产量高等优点在生产上得到广泛应用.其不育性状受两对隐性重叠不育基因(ms1和ms2)与一对隐性上位抑制基因(rf)互作控制.ms1和ms2同时纯合(ms1ms1ms2ms2)表现不育,但隐性纯合rf(rfrf)对ms1ms1ms2ms2的表达起抑制作用,又使其表现可育(临保系,ms1ms1ms2ms2rfrf).本研究利用BSA群分法,通过AFLP分子标记和SRAP分子标记的筛选,利用Rf基因的BC1分离群体( ms1ms1ms2ms2Rfrf+ms1ms1ms2ms2rfrf)进行遗传连锁分析.结果表明,共筛选到4个与Rf基因均共分离的标记,这些标记在该基因不同遗传背景的BC1群体中均与Rf基因紧密连锁.标记测序序列BLASTn结果表明,其位于大白菜A7染色体Scaffold000017(3.3 Mb)上.根据该Scaffold序列信息,开发了一系列SSR引物,多态性SSR引物在Rf基因的一个BC1群体中进行连锁分析,最终将该基因限定在245kb的一个范围内.其中SSR标记A7-10、A7-24与Rf基因共分离,A7-24为共显性标记.     

水稻香味基因的精细定位

随着现代生物技术的发展,越来越多的报道证明,香稻的香味物质为2-乙酰-1-吡咯啉,水稻的香味性状受位于水稻第8染色体上的1对隐性基因控制。本研究以11个香稻品种和4个非香稻品种为材料,分析了香味基因的遗传;以茉莉花香型的粳稻品种粳香米和非香品种MR63的F2群体为材料,对控制香味性状的基因进行了精细定位。结果表明,水稻香味受1对隐性基因控制,并将香味基因定位在水稻第8染色体上,位于InDeL标记AP05537—17和AP004463—13之间,与标记AP004463—13间的距离为0．4cM,与标记AP05537-17间的距离为1.6cM,在物理图谱上的物理距离大约252kb。分析发现BAC克隆AP004463最有可能包含该基因。最终在该区域内预测有15个基因可能与该香味基因相关。     

水稻白条纹叶突变体wsl1的遗传分析及基因精细定位

从粳稻日本晴和籼稻R1128杂交衍生的重组自交系群体中获得一个稳定遗传的白条纹叶突变体wsl1(white stripe leaf 1),世代为F10。与亲本R1128相比,突变体wsl1表现出白条纹叶,同时叶脉呈现白化,该性状在苗期就出现并持续整个生育期;突变体的株高、每穗总粒数、剑叶长、生育期显著增加,而结实率显著下降,其他农艺性状没有显著变化。分蘖期突变体wsl1的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量较杂交亲本R1128显著下降;透射电镜观察表明,与野生型相比,突变体的叶绿体形状异常,不规则。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。精细定位后发现,目标基因WSL1位于第1染色体短臂上标记M1-54与标记M1-70之间,两者相距89.7kb。生物信息学分析表明候选区间内共有8个开放阅读框,暂未发现已报道的叶色相关基因;其中LOC_Os01g02080编码肽基脯氨酰顺反异构酶,GO(Gene Ontology)分类显示其可能与类囊体形成有关,后续将通过比较测序、qRT-PCR等分子实验来确定候选基因。     

一个调控水稻叶绿素合成基因wl-1的精细定位

为改良优异两系不育系株1S (Z1S)的株型特征,利用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变技术处理株1S (Z1S),得到一个苗期为白条纹的突变体,命名为wl-1。以该突变体与粳稻品种日本晴杂交,得F1种子,进而获得自交F2群体。遗传分析表明wl-1受单个隐性基因控制。利用图位克隆技术将wl-1初定位于水稻第3号染色体上RM15851和RM15880两个标记之间。进一步扩大遗传定位群体,最终将wl-1精细定位于标记inedl3和indel4之间的122 kb区域内。生物信息学分析表明该区域有12个ORF。对这12个ORF编码区逐个测序分析表明,其第10个ORF (LOC-03g52170),编码4-羟基-3-甲基丁-2-烯基二磷酸还原酶的第2个外显子上的第165位碱基处存在1个碱基A替换为T的突变。基因表达分析表明,在幼苗期与野生型株1S相比,突变体中LOC-03g52170的表达量显著低于相应的野生型;同时突变体中叶绿素合成相关基因、光合作用相关基因以及叶绿体发育相关基因的表达量发生了显著变化。对叶色基因wl-1 (LOC-03g52170)的挖掘,有利于进一步阐释叶绿体和叶绿素合成的生物学机理,同时为水稻高光效育种提供理论和技术支撑。     

甘蓝型油菜角果数突变体基因的定位及候选基因分析

角果数是油菜单株产量重要的构成因子之一,其优异等位基因的发掘和利用对产量的提高至关重要。油菜中已定位到上百个角果数QTL,但大多数效应不大且不稳定,难以进行精细定位或克隆。本研究前期发掘到一个油菜突变体(No.7931),其花序顶端在分化出约十朵花后即停止生长,因而成熟期角果极少。利用该少角果突变体和多角果品系No.73290构建F2分离群体,从中挑选角果数极端单株各30株进行BSA-seq,在C02染色体检测到3个关联区间:0～1.1 Mb、4.7～6.2 Mb、11.5～12.4 Mb。该候选区间在油菜参考基因组DarmorV8.1中有522个注释基因,存在SNP或Indel差异且有同源注释的基因235个。在花芽分化初期,选取两亲本(No.73290和No.7931)的茎尖分生组织进行RNA-seq,总共鉴定到8958个差异表达基因(DEGs)。这些DEGs显著富集于20个生物学通路,包括碳代谢、翻译、氨基酸代谢(和花芽分化高度相关)等,其中99个位于关联区间。结合基因功能注释以及序列和表达差异分析确定了9个候选基因(BnaC02g00490.1D2、BnaC02g01030.1D...     

甘蓝型油菜花叶性状的遗传及基因定位

为明确甘蓝型油菜花叶性状的遗传特点,开发与花叶性状连锁的分子标记。以甘蓝型油菜品系2205(圆叶)、1423(花叶)为亲本,构建了3个世代群体:F1、BC1和F2,探讨花叶性状的遗传规律;利用分子标记技术对花叶基因进行定位。结果表明,F1植株叶形表现为花叶,BC1(F1×2205)和F2中花叶与圆叶的植株分离比分别符合1∶1和3∶1,说明甘蓝型油菜的花叶性状受1对不完全显性基因控制。利用集团分离法(BSA)筛选637对SSR引物,共筛选到了3个与花叶基因紧密连锁的SSR标记:CB10079、BNGMS114和BNGMS385。连锁分析发现,这3个连锁标记均位于花叶基因的一侧,其中BNGMS114与花叶基因的遗传距离最近,其遗传距离为2.5 c M。将这3个连锁标记的序列与白菜基因组的序列进行比对,结果发现它们与白菜A10染色体的序列共线性较好,花叶基因位于A10染色体的15.70 Mb下游区段。上述标记的获得为油菜花叶性状的分子标记辅助选择育种以及花叶基因的克隆奠定理论基础。     

Effect of floral morphology on pollination in Brassica rapa L

Summary Flower structure, especially the anther–stigma separation (ASS), is well known to affect pollination efficiency, and thus to potentially increase or decrease seed production in crops. Therefore, investigating the relationship between flower characteristics and pollination ability is crucial to a full understanding of mechanisms to improve F₁ seed production in Brassica rapa. We used image analysis to measure three flower characteristics: short stamen height (SSH); long stamen height (LSH); and pistil height (PH) in seven cultivars. We calculated the ratio of PH to LSH as an index of anther–stigma separation (ASS). We investigated the number of pollen grains (NPG) deposited on the stigma and the seed-set percentage (SSP) under open-pollination and self-pollination conditions (with and without insects, respectively). Nested ANOVA indicated significant differences between the seven cultivars in the floral characteristics except for PH. Moreover, much larger variation was observed in NPG and SSP than in floral characteristics. Although stepwise multiple regression analysis indicated that plants with relatively high PHs produced more seed under self-pollination, the number of seeds that resulted from self-pollination did not affect seed production because of incompatibility. Therefore, the effect of the spatial position of pistils on the F₁ seed production was low. Possibly other factors such as the total pollen production and visiting times of pollinators were important factors in the low yields observed in some cultivars     

Identificaiton of a clubroot resistance locus conferring resistance to a Plasmodiophora brassicae classified into pathotype group 3 in Chinese cabbage (Brassica rapa L.)

In Chinese cabbage (Brassica rapa), the clubroot resistance (CR) genes Crr1 and Crr2 are effective against the mild Plasmodiophora brassicae isolate Ano-01 and the more virulent isolate Wakayama-01, but not against isolate No. 14, classified into pathotype group 3. ‘Akiriso’, a clubroot-resistant F₁ cultivar, showed resistance to isolate No. 14. To increase the durability of resistance, we attempted to identify the CR locus in ‘Akiriso’. CR in ‘Akiriso’ segregated as a single dominant gene and was linked to several molecular markers that were also linked to CRb, a CR locus from cultivar ‘CR Shinki’. We developed additional markers around CRb and constructed partial genetic maps of this region in ‘Akiriso’ and ‘CR Shinki’. The positions and order of markers in the genetic maps of the two cultivars were very similar. The segregation ratios for resistance to isolate No. 14 in F₂ populations derived from each of the two cultivars were also very similar. These results suggest that the CR locus in ‘Akiriso’ is CRb or a tightly linked locus. The newly developed markers in this study were more closely linked to CRb than previously reported markers and will be useful for marker-assisted selection of CRb in Chinese cabbage breeding.     

Characterization of FAE1 in the zero erucic acid germplasm of Brassica rapa L.

The modification of erucic acid content in seeds is one of the major goals for quality breeding in oil-yielding Brassica species. However, few low erucic acid (LEA) resources are available, and novel LEA genetic resources are being sought. Fatty acid elongase 1 (FAE1) is the key gene that controls erucic acid synthesis. However, the mechanism for erucic acid synthesis in B. rapa lacks systematic study. Here, we isolated zero erucic acid lines from 1981 Chinese landraces of B. rapa and found that the formation of LEA is not attributable to variations in FAE1 coding sequences, as reported for B. napus, but may be attributable to the decrease in FAE1 expression. Moreover, the FAE1 promoter sequences of LEA and high erucic acid materials shared 95% similarity. Twenty-eight bases deletions (containing a 24-base AT-rich region) were identified approximately 1300 bp upstream from the FAE1 start codon in the LEA accessions. The genotype with the deletions co-segregated with the LEA trait in the segregating population. This study isolated an LEA B. rapa resource that can be exploited in Brassica cultivation. The promoter variations might modify the expression level of FAE1, and the results shed light on novel regulation mechanisms for erucic acid synthesis.     

津田芜菁BrSIZ1基因克隆、定位及表达

SIZ1是植物细胞蛋白质翻译后修饰SUMO化的E3连接酶,参与植物蛋白相互作用、定位和抗逆反应等。为研究BrSIZ1在津田芜菁中的表达特性,本研究克隆了津田芜菁SIZ1基因全长cDNA序列,命名为BrSIZ1 (GenBank登录号为KY441465),该基因全长2754 bp,其ORF全长2571 bp,编码856个氨基酸残基的多肽。构建了BrSIZ1-GFP表达载体进行亚细胞定位研究,结果显示BrSIZ1-GFP定位于细胞核内,可能在细胞核中发挥其功能。利用荧光定量PCR检测表明,该基因表达量在叶子中最高,幼苗和红色根皮中次之,表达具有组织特异性。而且BrSIZ1在芜菁根皮中的表达受长波紫外线(UV-A)诱导,在4°C、37°C胁迫的幼苗中,表达量增加。     

芸薹属作物分子连锁图及QTL研究进展

本文综述了分子标记、作图群体及图谱构建在芸薹属作物中的发展现状,详细介绍了芸薹属作物重要功能性状相关QTL定位的研究进展,讨论了芸薹属作物在分子遗传领域的研究方向和存在问题。     

甘蓝型油菜BnTT3基因的表达与eQTL定位分析

类黄酮途径中,TT3编码的4-二氢黄铜醇还原酶是参与原花色素和花青素合成的关键酶。为了明确该基因可能的上游调控网络,利用黄籽母本GH06和黑籽父本ZY821构建的遗传图谱,以Bn TT3基因在高世代重组自交系群体中随机选取的94个株系花后40 d种子的表达量作为性状,采用复合区间作图法进行e QTL分析。结果共检测到5个表达量相关的e QTL,分别位于A03、A08、A09和C01染色体,单个e QTL解释表型变异的5.22%~24.05%。A09染色体上存在2个主效e QTL,单个e QTL分别解释24.05%和16.55%的表型变异,分别位于标记KS10260~KBr B019I24.15和B055B21-5~KS30880之间,微效e QTL分布于A03、A08和C01染色体上。A09染色体上的2个主效e QTL区间(包含200 kb侧翼序列)与拟南芥、白菜、甘蓝和芸薹族近缘物种基因组同源区段具有很好的共线性关系。基因注释结果表明检测到的e QTL均为trans-QTL,2个主效e QTL区段共包含78个基因,包括MYB51、MYB52和b ZIP5转录因子,可能为Bn TT3基因的上游直接调控因子,对这些基因功能的深入分析将有助于阐明甘蓝型油菜黄籽性状形成的分子调控机制,为黄籽候选基因的克隆筛选奠定基础。     

甘蓝型油菜苗期耐淹性状主基因+多基因遗传分析

长江中下游是中国油菜主产区,该地区油菜播栽期间雨水多,易产生湿害,造成产量下降。所以研究甘蓝型油菜苗期耐淹性的遗传规律,对选育耐淹性强油菜新品种,提高油菜产量意义重大。本文应用甘蓝型油菜品种WR-4 (耐淹)和WR-5 (不耐淹)杂交后代衍生的6个世代(P₁、F₁、P₂、B_1:2、B_2:2、F_2:3)群体为材料,全淹6 d后去水恢复生长,去水后第7天调查死苗率,以此为耐淹性指标,于2012和2013年对6个世代群体家系进行耐淹性鉴定。应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法对耐淹性进行遗传分析。结果表明,2个年度该家系群体苗期耐淹性的最适遗传模型分别是E-0和B-3,即2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因和2对加性主基因模型。由此可见,该家系群体甘蓝型油菜苗期耐淹性主要受2对主基因控制,主基因存在加性、显性和上位性效应。当有显性效应存在时(2012年),主基因显性效应值|h_a|=0.3475,|h_b|=0.0069,大于主基因加性效应值|d_a|=|d_b|=0.0036。B_1:2、B_2:2和F_2:3群体的主基因遗传率(h²_mg),2012年分别为36.25%、61.40%和61.84%,平均为53.16%;2013年分别为8.30%、30.48%和43.13%;平均为27.30%。2年平均,环境变异占表型变异的59.77%。上述结果表明,甘蓝型油菜苗期耐淹性受2对主基因型控制,但环境对耐淹性状的表型影响较大。F_2:3家系群体苗期耐淹性遗传率较高,因此育种上可在早期世代对耐淹性状进行选择。