一个新的玉米silky1基因等位突变体的遗传分析与分子鉴定

前期试验发现一个玉米雄性不育突变体(male sterile mutant),命名为msm-6。经过连续多代杂合单株自交发现该突变体性状能稳定遗传,遗传模式分析表明该突变体为单个隐性1核基因控制。以msm-6与自交系B73杂交构建F2遗传定位群体,利用BSA (Bulk Segregant Analysis)方法,筛选到与msm-6位点连锁的4个SSR标记,即C6-24、C6-30、C6-34和C6-40。进一步采用444个F2单株对这4个连锁标记验证,将msm-6定位于标记C6-24与C6-34之间,即玉米第6染色体68.5～98.1 Mb之间。通过基因组序列信息分析发现,在此定位区间内存在一个已报道的Silky1基因。Silky1基因编码MADS-BOX蛋白,是参与花器官建成ABCD模型的B功能基因,该基因的突变会造成雄花不育、雌花花丝增多等表型。利用杂合体+/silky1-mum3与纯合突变体msm-6/msm-6杂交进行等位测验,杂交后代中正常植株与突变植株分离比例符合1∶1。基因组序列以及转录本序列分析发现,msm-6突变体中第6个内含子5'端供体位点AG/GTAAG (外显子/内含子交接处)的序列+1位G突变为C,导致第6外显子被错误剪切掉,产生了第6个外显子缺失的Silky1异常转录本。以上实验证据表明,msm-6与所报道的由mutator转座子插入造成的Silky1突变体silky1-mum2、silky1-mum3和silky1-mum4的突变方式不同,是一个新的Silky1基因等位突变体。msm-6的发现与鉴定为进一步深入解析玉米穗花器官决定的遗传机制提供丰富的实验材料,同时也为RNA加工过程中剪接位点保守性提供重要证据。     

玉米tasselseed突变体ts12的遗传分析与分子鉴定

性别决定与玉米雄穗和雌穗发育密切相关,性别决定基因功能研究对性别决定分子机制的解析具有重要意义。利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理B73花粉,获得了一个玉米雄穗结实突变体tasselseed12(ts12)。用扫描电镜对ts12突变体雄穗的形态学观察,发现未成熟雄穗长13 mm时,小穗呈现出明显的雌性化特征。利用图位克隆的方法,把ts12定位于分子标记LM4和RM5之间,物理距离约为290 kb,该区间共有9个注释基因,其中包括已报道的性别决定基因Tasselseed2(Ts2)。通过克隆ts12突变体中Ts2基因编码序列,发现Ts2基因编码区第196个碱基鸟嘌呤被替换为腺嘌呤,导致该位点编码的甘氨酸被替换为精氨酸,由此推测该保守位点突变可能是tasselseed表型产生的原因。ts12和ts2等位性测验结果表明所有F1、F2代植株雄穗均可产生花丝,推测ts12是ts2基因一个新的等位突变体。以加外源茉莉酸(JA,1 mmol L^-1)处理ts12突变体,发现处理后的小穗大部分可恢复正常。Ts2基因表达分析揭示在正常植株未成熟雄穗中的表达量最高,其次是未成熟雌穗及叶片中;在ts12未成熟雄穗和雌穗中,该基因的表达量极显著降低。Ts2保守位点的突变及其引起的表达量的降低可能是tasselseed表型产生的原因。     

水稻窄叶突变体nal20的表型分析与基因定位

叶片作为植物光合作用的主要器官, 其面积的大小影响着光能利用率和最终产量。为了研究水稻叶片形态建成的分子机制, 利用 ⁶⁰Co-γ射线诱变粳稻品种春江06, 在M₂代中得到1份窄叶突变体, 命名为narrow leaf20 (nal20)。该突变体叶片变窄、株高降低、分蘖增多、茎节间缩短、抽穗期提前。本研究重点调查了3片功能叶的形态, 发现突变体叶片宽度减少了50%, 叶片长度变化较小。细胞学观察表明, 叶片变窄主要是由于表皮细胞数目的减少, 而细胞大小变化不大。遗传分析表明, 该突变体表型受1对隐性基因控制。利用具有多态性的InDel分子标记及nal20与Dular配制的F₂定位群体, 将该基因定位于第7染色体着丝粒区1.9 Mb范围内。二代测序结果表明, 在该范围内有455 kb的大片段缺失。本研究结果为窄叶基因NAL20的克隆和功能分析奠定了良好基础, 也为水稻株型改良提供了基因资源和育种材料。     

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。     

水稻甜质胚乳突变体m5788的鉴定及基因定位

胚乳发育是种子形成的关键,其决定水稻的外观品质和食味品质。m5788是从粳稻品种中花11的组织培养后代中发现的甜质胚乳突变体,其籽粒皱缩,千粒重与穗粒数均显著降低,淀粉合成受阻,可溶性糖含量显著增加。通过对m5788与IRAT129杂交产生的F₂代群体分析表明,甜质胚乳性状受1对隐性核基因控制。对569个F₂隐性极端单株进行连锁分析和定位,将目的基因定位在8号染色体长臂端Z8-25.8和Z8-25.9之间110kb的区域内。该区间内存在1个与玉米甜质基因Sugary 1氨基酸序列相似性高达82.2%的基因LOC_Os08g40930,编码一个属于淀粉去分支酶（DBE）途径的异淀粉酶ISA1。测序结果表明,该基因序列和启动子在野生型和m5788中不存在碱基差异。qRT-PCR分析结果表明,与野生型相比,突变体中LOC_Os08g40930的表达量明显降低。同时,DBE途径中支链淀粉酶的编码基因表达量也显著降低。因此,m5788携带的isa1基因是一个新发现的等位变异。     

水稻咪草烟抗性的遗传分析及其紧密连锁分子标记的筛选与应用

抗除草剂水稻的培育及推广能够提高除草效率, 取得巨大经济效益。本研究中金粳818为抗咪草烟资源, 以其与常规粳稻苏垦118杂交产生的F₂群体对抗性基因进行遗传分析与分子定位表明, 其抗性表型受1对显性核基因控制, 位于水稻第2染色体SSR分子标记RM7413和RM7426之间。对该区间候选基因预测和测序发现, 咪草烟靶基因-乙酰乳酸合酶基因(ALS)在重要功能位点发生1个碱基的突变(G变为A), 导致一个氨基酸由丝氨酸(S)突变为天冬酰胺(N), 初步确定ALS是抗性表型的重要候选基因。标记RM7413、RM7426与ALS的物理距离分别为165 kb、1612 kb。以金粳818与南粳9108为亲本, 检测标记RM7413在辅助育种实践中的应用潜力, 对杂交种及其自交后代进行连续表型及标记选择, F₇群体能够稳定遗传抗咪草烟性状, 表明RM7413在粳稻抗咪草烟辅助育种中具有巨大应用潜力。本研究结果为粳稻抗除草剂分子标记辅助改良奠定了基础。     

陆地棉光敏雄性不育基因ys-1的遗传分析与初步定位

【目的】精细定位和克隆陆地棉光敏雄性不育基因。【方法】从陆地棉中040029的航天诱变后代中选育出新型光敏雄性不育系中9106,以中9106与11个陆地棉材料配制杂交组合,初步分析了中9106的杂种优势。以中9106为母本与陆地棉乐土603构建遗传分离群体F1、F2,分析不育性状的遗传特征。利用集团分离分析法筛选简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR),并在包含186个单株的中9106×乐土603 F2群体中用上述SSR初步定位不育基因。【结果】中9106为母本×陆地棉乐土603的F1单株育性均表现正常,而F2群体中的可育单株数∶不育单株数符合3∶1的分离比,推测中9106的不育性状受1对隐性核基因控制。利用集团分离分析法从16 544对SSR中筛选到18对与该不育基因连锁的标记。利用中9106×乐土603的F2群体和18对SSR标记,将不育基因定位于D12染色体,位于标记NAU3442与CGR6339之间,遗传距离均为0.2c M,将该不育基因命名为ys-1。【结论】本研究有助于ys-1的精细定位及其克隆。     

玉米籽粒突变体dek48的表型鉴定与基因定位

籽粒是玉米的主要营养储存器官,也是禾本科植物种子发育研究的模式器官。本研究对玉米自交系郑58进行甲基磺酸乙酯(EMS)诱变,获得一个稳定遗传的籽粒缺陷突变体,命名为defective kernel 48 (dek48)。该突变体籽粒皱缩扁小,百粒重显著降低,胚和胚乳发育严重缺陷,不能成苗。在玉米授粉后12 d即可观察到明显的发育缺陷,表明该突变发生在籽粒发育的早期阶段。扫描电镜观察发现dek48与野生型相比淀粉粒显著变小。石蜡切片显微观察发现dek48淀粉胚乳填充不饱满,糊粉层细胞发育不规则。遗传学分析表明,该突变性状受隐性单基因控制。进一步构建F2遗传定位群体,将该突变体基因精细定位于3号染色体7.39 Mb～7.52 Mb之间。生物信息学分析发现该区间内有6个开放阅读框,暂未发现与籽粒发育有关的已知基因,后续将通过测序和基因表达分析进一步确定候选基因。     

水稻光温敏核不育基因tms5与pms3的互作效应

tms5与pms3是水稻的光温敏核不育基因,其功能位点已经明确,然而它们在两系不育系中的效应尚不清楚。本研究针对tms5与pms3基因功能位点,分别设计了功能标记AS-TMS5和CAPS-PMS3。经鉴定发现,这2个功能标记能准确区分不育、可育性状对应的隐性纯合、杂合和显性纯合3种基因型。利用AS-TMS5和CAPS-PMS3对培矮64S/9311、广占63S/湘恢47和粤光S/宁恢108的F_2群体单株的基因型及育性的关系分析发现,tms5基因是广占63S和粤光S控制光温敏不育性状的主效基因,而pms3基因在培矮64S和粤光S中并不能独立起作用,还需要与其他基因共同调控。进一步分析粤光S/宁恢108的F_(2:3)群体基因型与育性的关系,发现在粤光S/宁恢108背景下,携带pms3基因的株系几乎都表现可育,而携带tms5基因的株系在较高气温条件下表现不育,但育性转换温度可能较高;而携带tms5与pms3基因的株系育性转换温度比仅携带tms5基因的株系低,这为聚合2个基因选育不育性状稳定的光温敏不育系提供了思路和方法。     

金花葵染色体倍性分析及属间远缘杂交研究

为了研究‘金花葵3号’的染色体倍性,以‘金花葵3号’新生根尖为材料,采用常规压片法,对‘金花葵3号’进行染色体倍性分析,显示金花葵为二倍体,共含有66条染色体,核型公式为K(2n)=2x=66。以‘金花葵3号’和含有52条染色体的异源四倍体陆地棉‘邯818’为父母本进行杂交,并进行反交,结果显示：以‘金花葵3号’为母本的杂交组合可以得到杂交种F₁,以其gDNA为模板PCR扩增检测结果为含有双亲特异性条带的杂合条带,杂交种可正常发育,但是花粉败育,无法结实;以‘金花葵3号’为父本的杂交组合幼铃全部脱落,未得到杂交种。以杂交种F₁新生根尖为材料,压片结果显示其含有59条染色体,进一步证实杂交种F₁为双亲杂交所得。本研究首次揭示金花葵这一物种的染色体倍性及其属间杂交的遗传规律,为进一步研究金花葵的细胞遗传学提供了理论依据。