大穗材料高麦1号/密小穗F_2群体穗长性状的QTL初步定位

为了解小麦穗长性状的遗传特性,并将其应用于分子标记辅助育种,以大穗材料高麦1号/密小穗的292个植株的F2群体为材料,利用SSR标记对穗长进行了QTL定位分析。结果表明,选用500对SSR引物对高麦1号和密小穗两个亲本进行多态性检测,共获得180对在双亲间有多态性的引物,多态性引物检出率为36.0%。利用这180对引物进一步进行F2群体筛选,有96对引物在群体中表现出多态性,占多态性标记的53.3%。利用QTL_IciMapping软件构建出小麦染色体组的8个连锁群图谱,并将96对SSR引物定位到遗传连锁图谱上。图谱全长1 383.29cM,标记间的平均遗传距离15.37cM。平均每个连锁群有11.25个标记,含有标记最多的是4A和6B染色体,各有17个标记,其次是3A和7B染色体,含有9~14个标记,1B和5D染色体含有的标记最少,只有5~7个。共检测出7个与穗长相关的QTL位点,包括6个加性QTL和1个加性+显性QTL。7个QTL的加性效应值均为正值,单个QTL的贡献率为2.04%~15.26%。其中3A染色体上的QTL位点距离其最近标记只有0.58cM,为连锁最紧密的一个位点,并且其加性效应值最大,可解释表型变异的15.26%。因此,3A染色体上存在控制穗长的主效基因。     

扬麦17/ 宁麦18的F2群体穗部性状QTL定位

小麦穗部性状特别是穗顶部、基部结实性对穗粒数的建成及产量具有重要影响。为给QTL精细定位、基因克隆及穗部性状分子标记的开发和辅助选择奠定基础,本研究以扬麦17与宁麦18杂交获得的310个F₂群体及其衍生的F_2:3家系为材料,构建了一个由215个SSR标记组成的全长为1 717 cM的遗传连锁图谱,共覆盖19条染色体（1D和6A未涉及）,标记间平均距离为7.99 cM,并对6个穗部性状进行QTL定位。利用复合区间作图法共检测出22个QTL,分布在1A、1B、2B、2D、3B、3D、4B、5A、5B和7A染色体上。其中,穗顶部结实粒数QTL有7个,穗基部结实粒数QTL有2个,穗长QTL有5个,总小穗数QTL有3个,不育小穗数QTL有2个,穗粒数QTL有3个,表型贡献率为2.56%～13.66%。控制穗顶部和基部结实粒数QTL的增效基因来源于宁麦18,表明该品种可作为具有高产潜力的小麦育种材料加以利用。     

利用人工合成小麦RIL群体进行小麦穗长和穗宽性状的QTL分析

为了挖掘小麦穗长和穗宽性状相关QTL,并为人工合成小麦优异基因资源的开发利用奠定基础,以普通小麦品种西农389×人工合成小麦材料KU98的F_(7∶8) RIL群体为试验材料,基于小麦55K SNP芯片对F_(7∶8)群体分型结果绘制的遗传连锁图谱及2018和2019年调查统计的F_7群体表型数据,对小麦穗长和穗宽性状进行了QTL定位分析。结果表明,在1A、2D、3A、5A和7B染色体上检测到10个与穗长性状相关的QTL,在2D、4D、5A、6A和7D染色体上检测到10个与穗宽性状相关的QTL,其中与穗长相关的 qSL-2D.1和与穗宽相关的 qSW-4D.1、 qSW-5A.1在两年中均被检测到,标记区间分别为AX-111939856～AX-111497351、AX-169335104～AX-110618708、AX-108792246～AX-111048027。 qSW-5A.1连续两年均为主效QTL,且与 qSL-5A.2在同一标记区间,推测该位点具有一因多效的遗传效应或连锁遗传效应。     

利用永久F2群体定位小麦穗部性状相关的QTL

为发掘与小麦穗部性状相关的QTL,利用普通小麦BS366与白玉149杂交组合培育的73个DH群体为材料,构建了一套包含232个杂交组合的小麦永久F2群体,基于90K SNP芯片标记构建了高密度遗传图谱,并利用该图谱对2个环境下的穗长、小穗数、穗粒数和千粒重进行QTL定位.结果发现,所构建的图谱总长19 533 cM,含...     

17个小麦F2群体中单株籽粒GMP含量的分布

为给GMP性状在后代中的选择提供依据,以17个小麦杂交组合的F2群体为材料,分析了单株籽粒GMP含量在不同组合F2群体中的分布状况.结果表明,不同组合的F2代单株籽粒GMP含量的分布是连续的,呈正态或偏态分布,符合数量性状遗传特点.在不同亲本的组合后代中,F2代单株籽粒GMP表现出不同的分布倾向,70.6%的组合以超高亲和倾高亲分布为主,出现23.5%近中亲和5.9%倾低亲分布,无超低亲分离现象.因此,在具有不同GMP含量亲本的杂交组合后代分离群体中,能够筛选出高GMP含量的育种材料.     

扬麦17/宁麦18的F2群体株高QTL定位及分析

扬麦17和宁麦18均为高产小麦品种,为研究两者的株高遗传机制,以扬麦17与宁麦18杂交获得的310个F_2单株及其衍生F_(2:3)家系为材料,利用已构建的覆盖19条染色体的遗传连锁图谱,对株高性状进行QTL定位。应用复合区间作图法定位到8个株高QTL,分别位于2D、4B、5A、5B和7A染色体上,4个QTL在两世代中均检测到,其中 QPh-YN-5A.1为一主效株高QTL位点,矮秆效应来自扬麦17,LOD值为8.69和12.81,可解释14.36%和20.46%的表型变异; QPh-YN-2D.1、 QPh-YN-5B.2和 QPh-YN-7A的矮秆效应来自宁麦18,可在两世代中分别解释2.84%和6.37%、4.26%和5.46%、2.15%和3.16%的表型变异。另外4个QTL仅在单世代检测到,其中 QPh-YN-2D.2、 QPh-YN-4B和 QPh-YN-5B.1的矮秆效应来自宁麦18,可分别解释5.05%、11.24%和4.62%的表型变异, QPh-YN-5A.2的矮秆效应来自扬麦17,可解释7.72%的表型变异。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

大麦穗长和株高QTL的鉴定

为挖掘大麦穗长和株高的QTL位点,以1个大麦重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体（以J36528和BMJ89为亲本,包含125个F₁₀代）为材料,基于本课题组前期利用DArT标记构建的连锁图谱,结合4年2点共6个不同生态环境测得的穗长和株高表型数据,鉴定大麦穗长和株高QTL。结果表明,共鉴定到3个穗长QTL和2个株高QTL,分别分布在2H、3H、6H和7H染色体上,其中,穗长位点 Qsl.sicau-JB-2H在2个环境中被检测到,能够解释11.38%~14.66%的表型变异; Qsl.sicau-JB-7H在6个环境中均被检测到,能够解释35.10%~46.34%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-6H仅在1个环境中被检测到,可解释17.99%的表型变异。株高位点 Qph.sicau-JB-6H在5个环境中均被检测到,能够解释16.36%~21.18%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-3H仅在1个环境中被检测到,可解释15.40%的表型变异。本研究为解析大麦植株形态和产量性状遗传机制以及分子辅助育种奠定了基础。     

玉米F1、F2代穗粒性状的遗传效应分析和适宜群体筛选

利用2个优良爆裂玉米自交系与6个Reid类群普通玉米自交系杂交组配12个杂交组合,研究穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重、穗重、穗粒重和出籽率8个穗粒性状的F1表现、杂种优势和F2群体表现、分离特征及其与亲本的相关性。结果表明,不同组合F1表现、中亲优势(MH)、超高亲优势(HH)和F2群体的平均值(F2M)、变幅、变异系数、优势衰退(HDR)等均存在不同程度差异,各穗粒性状杂交早代的遗传背景效应突出;F2群体各性状均呈连续正态分布,存在超双亲分离,为多基因控制的复杂数量性状;杂种优势较小的穗行数、出籽率和穗粗可以根据两类亲本或其均值初步预测其组合F1和F2M值的表现,对于杂种优势较大的穗重、穗粒重和百粒重不宜进行预测;除穗行数和出籽率外,其余性状F1表现与F2M、MH和HH以及F2M、MH、HH间多呈显著或极显著正相关,HDR与F1、F2M、MH和HH均呈显著或极显著负相关;R2×N04、R4×N10和R5×N10组合为进一步开展遗传作图和改良爆裂玉米自交系穗粒性状的最佳群体。     

基于小麦55K SNP芯片检测小麦穗长和株高性状QTL

为了进一步挖掘小麦穗长和株高的QTL位点,将小麦品系‘20828’和国审小麦品种川农16杂交后得到的重组自交系群体(RIL)于2016-2018年种植在四川崇州、温江和雅安以及孟加拉国库尔纳市,进行穗长和株高的遗传分析。结果表明,在RIL群体内,穗长和株高均呈正态分布,符合数量性状遗传特点。在3年8个环境中共检测出44个控制穗长和株高的QTL,其中稳定的穗长QTL有5个,分布于2D、4B和5B染色体上,贡献率为2.90%～26.26%;控制株高的稳定QTL有3个,分布于2D、4B和4D染色体上,贡献率为1.96%～21.22%。在2D染色体AX-86171316～AX-109422526标记区间和4B染色体AX-109526283～AX-110549715标记区间均同时检测到了控制穗长和株高的QTL,推测为一因多效位点。 QSl.sau.2D.1、 QSl.sau.2D.2、 QSl.sau.4B.1、 QSl.sau.4B.2、 QSl.sau.5B、 QPh.sau.2D和 QPh.sau.4B可能为新的稳定QTL。本研究鉴定的这些位点对增加穗长、降低株高以及提高小麦的产量具有重要作用。     

基于小麦产量三要素的产量条件QTL分析

为了从单个QTL水平上解析产量与产量三要素的遗传基础,利用花培3号和豫麦57杂交获得的168个家系的DH群体及其遗传图谱,在5个环境下对产量进行了非条件QTL分析和基于产量三要素(穗粒数、千粒重和单位面积穗数)的条件QTL分析,共检测到9个非条件QTL和28个条件QTL。其中,检测到2个主效QTL(QY.sdau-4D和QY.sdau-6D.2),它们可分别解释15.77%和10.16%的表型变异。分别检测到6个"一因多效"QTL和11个微效QTL;其中,QYsdau-4D.2通过影响单位面积穗数、穗粒数和千粒重而影响产量,QYsdau-2D.1和QYsdau-3A.1能提高单位面积产量但不影响穗粒数,即单位面积产量和穗粒数在该位点上几乎没有关联。本研究结果为通过分子设计聚合高产有利基因提供了理论基础,对培育单位面积产量大幅度提高的小麦新品种具有重要意义。     

TaERFL1a转录因子在小麦籽粒淀粉合成中的功能研究

乙烯响应转录因子(AP2/ERF)家族在植物逆境胁迫与物质合成中有重要功能,其成员TaERFL1a参与了小麦响应非生物胁迫过程,然而其在淀粉合成中的功能尚不清楚。本研究利用大麦条纹花叶病介导的基因沉默技术(barley stripe mosaic virus-virus induced gene-silencing,BSMV-VIGS),在田间条件下抑制 TaERFL1a基因在小麦籽粒中的表达,通过测定灌浆期间籽粒内该基因的表达量、成熟籽粒产量性状和淀粉性状,探究TaERFL1a在小麦籽粒淀粉合成中的功能。结果发现,在接种后23 d,接种BSMV-VIGS- TaERFL1a植株籽粒内 TaERFL1a基因表达水平降低了86.5%; TaERFL1a基因沉默植株成熟籽粒的粒长、粒宽、千粒重和淀粉含量分别降低了5.22%、12.70%、9.53%和5.43%; TaERFL1a基因沉默植株的籽粒淀粉粒排列疏松且数量减少。这些结果表明TaERFL1a转录因子在小麦灌浆期间的籽粒淀粉合成中发挥了重要作用。     

小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

小麦β-酮脂酰CoA合成酶基因KCS的克隆与酵母表达

超长链脂肪酸是生物体内众多重要物质的合成底物。KCS基因编码β-酮脂酰CoA合成酶,该酶具有底物特异性,参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,是超长链脂肪酸合成的限速步骤。为了探究小麦KCS基因在超长链脂肪酸合成中的功能,采用同源克隆的方法从小麦(Triticum aestivum L.)中克隆出KCS基因后,利用生物信息学对其编码序列进行分析,并在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中对其进行真核表达。结果表明,小麦TaKCS6基因的开放阅读框为1 287bp,编码428个氨基酸残基。结构域预测结果显示,TaKCS6蛋白含有III型聚酮合酶脂肪酸延伸酶和C末端3-酰基ACP合酶III结构域,属于KCSs蛋白家族。序列比对分析结果显示,TaKCS6氨基酸序列与拟南芥及其他植物的KCS6氨基酸序列在两个功能结构域上和活性位点保守。酵母表达结果显示,TaKCS6基因编码的蛋白参与C24以上超长链脂肪酸的延伸。     

小麦细胞色素P450(TaP450)基因的克隆与序列分析

细胞色素P450是一种多功能氧化酶,在植物体内担当着生物合成、代谢解毒以及抗逆等重要功能。本研究采用RACE方法从普通小麦中同源克隆到一个新的P450基因,命名为TaP450(Genbank No.KJ541960)。该基因基因组序列全长为2 643bp,含有2个外显子和1个内含子,cDNA全长为2 033bp,含有一个1 557bp的开放读码框,推导蛋白含518个氨基酸;序列分析发现其具有保守的P450结构域,但该蛋白与已报道的小麦P450蛋白序列有较大差异,表明它是小麦P450家族的新成员;蛋白结构特征分析发现,该蛋白的分子量为57.092kD,等电点为8.63,N端具有一个含29个氨基酸的跨膜结构和一个含22个氨基酸的信号肽,亚细胞定位分析表明该蛋白属于分泌蛋白。其在小麦叶片、茎、根与种子中均有表达,但在叶片和茎中表达量最高;在胁迫处理下,该基因的表达量均上调,且在盐胁迫处理下上调尤为显著,表明该基因与盐胁迫密切相关。     

小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL定位

为了发掘更多控制小麦旗叶大小及穗部相关性状的QTL,以兰考906和小偃81创制的133个F6~F7重组自交系为试验材料,在6个环境下利用SSR标记对旗叶大小及穗部相关性状进行QTL定位。结果表明,有202对SSR标记被用于构建遗传连锁图谱,图谱覆盖小麦21条染色体,全长1 678.93cM,标记间平均距离8.30cM。采用完备区间作图法共检测到30个QTL,分布在1B、2A、3D、4A、4B、4D、5D、6A、6B、6D和7D染色体上。其中,旗叶宽QTL有7个,穗长QTL有9个,小穗数QTL有5个,穗粒数QTL有5个,小穗着生密度QTL有4个,不同环境下单个QTL可解释的表型变异率为4.94%~23.14%,有14个QTL的表型贡献率大于10%,有8个QTL可在2个或2个以上环境中被检测到。其中,Qflw-4A在3个环境中被检测到,贡献率为10.13%~20.77%,是控制旗叶宽的稳定主效QTL;Qsl-4D.2在4个环境中被检测到,贡献率为12.58%~23.14%,是控制穗长的稳定主效QTL;Qker-5D在2个环境中被检测到,贡献率为11.44%~14.32%,是控制穗粒数的稳定主效QTL。这3个稳定主效QTL可作为改良叶宽和增加穗粒数的功能QTL作进一步研究。     

小麦LBD基因家族的全基因组鉴定、表达特性及调控网络分析

为深入发掘小麦LBD基因的功能,利用小麦最新基因组数据,通过生物信息学手段,对小麦LBD基因家族进行了鉴定,并对其表达特性及调控网络进行了分析。鉴定结果表明,本研究得到了75个小麦LBD基因,根据系统进化分析结果,可将它们划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族。染色体定位结果表明,除了5D和7D外,其余染色体均含有LBD基因。共表达调控网络分析表明,15个LBD基因参与了小麦功能基因调控。利用RNA-seq数据对所有小麦LBD基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达情况进行分析表明,小麦LBD基因在不同组织间和胁迫下存在着差异表达,多个组织特异和胁迫响应相关LBD基因被鉴定到,可作为后续功能研究的候选基因。     

小麦穗粒数及千粒重主效QTL共定位区QC-7AL的精细定位及遗传效应分析

为了研究小麦7AL染色体上与穗粒数及千粒重相关的基因位点及其遗传效应,对小麦穗粒数及千粒重主效QTL共定位区QC-7AL进行了精细定位及遗传效应分析。结果表明,QC-7AL主要位于小麦7AL染色体的IWA7406～IWA5913标记区间,长度为3.1cM,对应的物理距离约为5.63 Mb,其中包含了473个SNP标记和81个基因。QC-7AL对穗粒数和千粒重具有明显相反的遗传效应,其遗传效应分别为9.3%～14.3%和8.7%～13.7%。QC-7AL与QC-4BS位点对小麦穗粒数具有明显的互作效应,且QC-7AL位点对穗粒数的遗传效应略大于QC-4BS位点。     

Affinity Chromatography with Immobilised Endoxylanases Separates TAXI- and XIP-type Endoxylanase Inhibitors from Wheat (Triticum aestivum L.)

An affinity-based purification procedure allowed the resolution of two distinct groups of endoxylanase inhibitors with different molecular structures and endoxylanase specificities from wheat wholemeal. The first group comprises the so-called Triticum aestivum L. Endoxylanase inhibitor (TAXI)-type proteins which are of approx. M_r 40 000 and occur in two different molecular forms. These inhibitors were removed from a concentrated cation exchange chromatography fraction from wheat wholemeal on a Bacillus subtilis endoxylanase affinity column. The second group of structurally different endoxylanase inhibitors, the so-called xylanase inhibiting protein (XIP)-type, of approx.M_r 29 000–32 000, with pI values varying between 8·8 and 9·2, was purified from the unbound fraction from the B. subtilis endoxylanase affinity column by chromatography on an Aspergillus niger endoxylanase affinity column followed by gel permeation chromatography. The XIP-type inhibitors are not active against the B. subtilis endoxylanase and were consequently not retained on the B. subtilis endoxylanase column. Further analysis of the XIP-type proteins by high-resolution cation exchange chromatography, SDS-PAGE and iso-electrofocusing, revealed several forms. They had similar endoxylanase specificities and N-terminal amino acid sequences.