基因差异表达与作物杂种优势分子机理研究

本文在回顾杂种优势机理研究历史的基础上,介绍了用基因差异表达技术来研究作物杂种优势分子机理的原理,以及在作物杂种优势分子机理研究上的进展,并对作物杂种优势分子机理研究的前景进行预测和展望.     

玉米亲本间遗传距离与杂种优势及配合力的关系

以6个玉米自交系及其双列杂交组合进行试验,用3种方法计算的遗传距离来研究距离与杂种优势及配合力的关系。结果为:(1)PD~2(表—主—欧法计算)和GD~2(基—主—欧法计算)与穗粒重平均优势具有显著抛物线关系,PGD~2(表—主—道—欧法计算)与穗粒重平均优势亦有抛物线关系的趋势。(2)亲本的一般遗传距离(GGD~2)和一般表型距离(GPD~2)与亲本吐丝日数的一般配合力呈现高度负相关。(3)GD~2和PD~2与穗粒重、吐丝日数、穗长、千粒重的特殊配合力无确定关系,与穗行数、果穗重、穗位高、株高的特殊配合力略呈抛物线关系。PGD~2与上述8个性状的特殊配合力有抛物线关系的趋势。(4)杂交组配时应考虑:在类间选择亲本;双亲间PGD~2较大;双亲自身产量较高。     

玉米杂交种与亲本雌穗花器官形成期蛋白差异表达谱分析

为探讨玉米穗粒数杂种优势形成的分子机制,以玉米强优势杂交种豫玉22及其亲本综3和87-1的花器官形成期雌穗为材料,采用高通量的2-DE和MALDI TOF MS技术,建立了它们的蛋白差异表达谱,并对差异蛋白进行了质谱鉴定。结果显示,在检测到的1 290个蛋白点中,有114个(8.84%)在杂交种与亲本之间的表达差异达到显著水平,其中表现单亲沉默、偏高亲、中亲表达、偏低亲、杂种上调、杂种下调、亲本特异和杂种特异表达模式的蛋白点分别为27、25、15、13、11、11、10和2个。另外,成功鉴定出其中的104个差异表达蛋白点,涉及代谢、信号转导、能量、转录、蛋白质合成、蛋白运输与储藏、细胞生长与分裂、细胞结构、抗病防御、次生代谢、转座子及功能未知和假定蛋白等12个功能类别。玉米杂交种与亲本蛋白在丰度上的明显差异及涉及多个功能类别,可能与玉米穗粒数杂种优势的形成有关。     

杂交种亲本配合力和杂种优势群概述

<正>杂交种亲本改良是提高杂种优势应用水平的必经之路,杂交玉米发展的初期从品种间杂交改变为自交系间杂交,大幅度提高了杂交种的产量,而自交系的继续改良得益于亲本配合力和杂种优势群理论的运用和推动,使杂交玉米的产量在几十年里持续提高,至今仍然保持良好的发展势头。在作物杂种优势利用的数量遗传学原理中,配合力理论起着承上启下的作用,它是杂交玉米育种工作数十年的经验总结,又是后来杂种优势群理论的基础,配合力理论的建立和发展使杂交亲本的选育和     

鹅掌楸属植物生长旺盛期叶芽基因差异表达与杂种优势关系的分析

为了探讨鹅掌楸属植物杂种优势形成的分子机理,以其亲本及其杂种生长旺盛期的芽为材料,利用DDRT-PCR技术,分析了杂种及亲本基因表达的差异,并与杂种的4个生长性状杂种优势表现进行相关分析。结果发现,杂种和亲本之间存在显著的基因表达差异,可归纳为：双亲共沉默型（Ⅰ）、杂种特异表达型（Ⅱ）、单亲表达一致型（Ⅲ）和单亲表达沉默型（Ⅳ）。通过相关分析发现：单亲表达一致型（Ⅲ）与杂种鹅掌楸的叶面积杂种优势呈显著正相关;单亲表达沉默型（Ⅳ）与杂种鹅掌楸的地径和株高都呈显著负相关。进而推测,基因的差异表达可能与鹅掌楸属植物甚至林木杂种优势的形成相关。     

玉米杂种优势与相关酶活性的关系

玉米淀粉的杂种优势表现最优,本试验对普通玉米8个自交系和配组的杂交组合的淀粉合成酶活性进行了研究,通过比较玉米淀粉合成过程中的酶活性,研究玉米杂种优势与几种酶活性的关系。结果表明,AGP、SSS、GBSS、SBE和DBE酶的活性在8个亲本(自交系)之间没有差异。除DBE酶活性在F1杂交组合中差异显著,其它4种酶差异均不显著;另外,GBSS酶活性在亲本(自交系)自交系与F1杂交系之间存在差异。组合中GBSS的中亲优势最高,中亲优势平均值为8.14%,范围在-60.50%～130.85%之间,有15个组合表现出正向超中亲现象。本研究中,AGP、SSS、GBSS、DBE和SBE这5个酶对玉米的产量、株高、穗粒重和千粒重等性状影响不大,而AGP、SSS、GBSS、SBE和DBE这5个酶对穗长有影响。     

玉米的杂种优势群和杂种优势模式

划分玉米育种材料的杂种优势群和构建杂种优势模式表明,杂交育种技术向理论思维方式的靠近,反映出指导思想与观念的飞跃。尽管至今还不了解杂种优势的形成原因,但杂种优势群的划分具有重要的指导意义,使自交系选育、尤其是二环系的选育技术,群体合成与改良技术和杂交种选配技术及育种研究管理技术等在一定程度上摆脱盲目性。数量遗传学方法与分子生物学技术的结合,将促进对杂种优势群的划分研究,同时也推动了相关学科的研究进展。     

不同优势抗虫棉杂交组合不同生育期基因表达差异初探

采用DDRT-PCR技术对3个产量优势差异较大的杂交棉组合及其亲本在4个生育期叶片cDNA进行扩增和差显,结果表明,产量高、中、低优势组合与其亲本基因差异表达比例从蕾期到花铃期总体上呈递减趋势;杂种特异表达在前3个生育期高优势组合高于中或低优势组合,特异表达可能对杂种优势的产生起一定作用;单亲表达一致是基因差异表达中最主要表达模式,但在各生育期高、中、低优势组合之间变化幅度较小,表明此模式可能与杂种优势发挥无明显关系。     

以旅大红骨群自交系为父本的玉米杂优组合F1杂种优势研究

以5个来源不同的玉米自交系组成的杂交组合为材料,对旅大红骨群自交系为父本的F1产量等性状的杂种优势进行了初步研究,结果表明:旅大红骨群与Reid,PA,PB群组合的F1的杂种优势均随性状不同而有所差异;在种质改良过程中PA×旅组合后代的杂种优势较强,从抗旱性角度来看Reid×旅组合具有显著优势;旅大红骨群自交系作为父本对后代在多个性状上的影响大于母本自交系,在利用不同性状对后代进行改良时应注重旅群与其他群不同组合模式的应用。     

CIMMYT群体与中国骨干玉米自交系杂种优势关系的研究

本文旨在采用NCⅡ遗传交配设计,通过在武汉的两年试验研究10份CIMMYT群体与我国骨干玉米自交系之间的杂种优势关系,以探讨利用外来种质拓宽我国玉米种质遗传基础的途径.试验结果表明:在与我国优良骨干自交系交配的组合中,群体Staygreen、群体43-C11和群体21-C2三个群体穗部性状表现较好,单株产量一般配合力高,表现出较高的利     

同源四倍体高粱与约翰逊草种间杂种优势利用研究

采用６个同源四倍体高粱品系及其与约翰昌的种间杂种为材料,分析了种间杂种的生物学特征、饲用价值、杂优表现及其稳定性。发现杂种Ｆ１在生物产量上表现了巨大优势（７０．０％￣９０．０％）,Ｆ１￣Ｆ３在生物产量上优势相对固定,比双亲有显著提高,杂种低世代用做饲草是可行的。     

玉米杂交种及其亲本苗期性状对低氮胁迫的动态响应

以玉米杂交种先玉335及其亲本（PH6WC、PH4CV）和豫玉22及其亲本（综3、87-1）为试验材料,通过水培方法,设置低氮（0.04mmol/L,LN）和正常氮素（2mmol/L,CK）水平2个处理,分别在培养3、7和14d后,对其幼苗生物量积累、叶片和根系表型、叶绿素及氮素含量等进行分析,探究低氮胁迫下玉米杂交种及其亲本幼苗性状的动态变化。结果表明,玉米苗期根系对低氮的响应要早于地上部,且杂交种对低氮的响应比亲本更为迅速。在CK和LN处理下,杂交种幼苗的多个性状均存在中亲和超亲优势,豫玉22的根尖数、根系氮积累量占比和先玉335的总根长、根表面积及根尖数的杂种优势在3个时间点与CK处理相比均有较大幅度提高。通过耐低氮指数分析发现,杂交种的耐低氮能力介于2个亲本之间或与其中1个亲本接近。     

玉米淀粉含量的杂种优势与基因效应分析

以10个玉米自交系及按10×10完全双列杂交设计的90个F2杂交组合在两个地点的试验资料,研究玉米淀粉含量的杂种优势和基因效应。结果表明,淀粉含量表现正向的平均杂种优势,但变异幅度较小,最大值在10%左右,并在组合间、地点间存在极显著差异;淀粉含量的遗传符合加性-显性模型,不存在上位性效应。基因显性效应的作用远大     

河北省玉米种质基础、杂优群划分和杂交优势利用模式研究

对河北省玉米主要生产用种的种质分析表明：改良Reid系统从1980—1998年所占比例基本上是上升趋势,1999年开始大幅度下降。兰卡斯特系统在1980－1998年为下降趋势,1999年开始上升。唐四平头系统所占比例呈波浪式变化,在20世纪90年代初达到峰值,之后开始下降。旅大红骨所占比例一直最低。河北省玉米种质分为5大杂种优势群、8个亚群,即改良Reid群、兰卡斯特群（包括M017和自330两个亚群）、唐四平头群、旅大红骨群和其它种质杂优群（包括外杂选亚群、综合种选亚群和Suwan亚群）。总结出12种主体杂优利用模式和18种子模式。     

利用cDNA—AFLP技术研究玉米基因的差异表达

利用cDNA-AFLP技术，对玉米强优势组合和弱优势组合及其双亲自交系在苗期和雄穗生长锥伸长期的基因表达进行了分析。结果表明，玉米强优势组合和弱优势组合的基因表达有明显差异，基因表达有多种类型，表现出质和量的差异，不仅有增强，也有双亲沉默，弱优势组合双亲沉默的数量在苗期和雄穗生长锥伸长期均高于强优势组合，杂     

玉米叶片保绿度F1杂种优势与环境互作效应分析

采用加性-显性及与环境互作的遗传模型,利用玉米6个亲本,按完全双列杂交设计组配的15个杂交组合在4种环境条件下的试验资料,分析玉米叶片保绿度F1杂种优势与环境互作效应。结果表明:玉米叶片保绿度F1杂种优势存在着极显著的基因型与环境互作效应。不同杂交组合在同一环境下的F1杂种优势表现不尽相同,同一杂交组合在不同环境条件下表现也不尽相同。玉米自交系沈137是选育保绿性玉米杂交种较好的亲本材料。     

非生物胁迫对玉米杂交种及其亲本自交系产量性状的影响

以抗逆性较强玉米杂交种郑单958及其亲本(郑58、昌7-2)和抗逆性较差的杂交种陕单902及其亲本(K22、K12)为材料, 在不同种植密度(45 000株 hm^-2和75 000株 hm^-2)、施氮量(112.5 kg hm^-2和337.5 kg hm^-2)和灌水量(正常灌水和前期干旱控水)条件下, 分析了2个杂交种及其亲本产量及相关生理特性的变化规律。结果表明, 在非生物胁迫条件下(高密度、低氮和前期干旱控水), 与陕单902相比, 品种郑单958叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲优势值分别增加18%、9%、28%和22%; 与陕单902亲本(K22、K12)比, 郑单958亲本(郑58、昌7-2)叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲值分别增加45%、36%、51%和45%; 郑单958产量的中亲值和中亲优势显著高于陕单902, 且中亲值增幅高于杂种优势值。玉米杂交种郑单958较陕单902增产的同时, 增强了对非生物逆境适应的能力。玉米杂交种的抗逆性来自亲本自交系。玉米杂交种抗逆性强在于增强了花后叶片光合能力(较高的LAI和SPAD值), 促进了花后干物质积累。