水稻淡黄叶突变体pyl3的鉴定和基因定位

利用⁶⁰Co-γ辐射诱变籼稻骨干恢复系川恢907(R907),从突变体库中筛选获得一份淡黄叶突变体pyl3 (pale yellow leaf mutant 3)。为揭示pyl3突变体淡黄叶表型的调控机制,本研究对该突变体和野生型进行表型鉴定、主要农艺性状和基因定位分析。结果表明,从苗期开始pyl3突变体整个生育期表现淡黄叶表型;与野生型相比,pyl3在苗期叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低;成熟期pyl3的株高、穗长、穗粒数和结实率等农艺性状指标均显著下降。遗传分析结果表明,pyl3突变体的表型由一对隐性核基因控制。利用分子标记连锁分析的方法将该基因初步定位于第3号染色体上InDel标记M4和M6之间,物理距离约为3.2 Mb。进一步基于BSA全基因组重测序和Sanger测序分析发现,pyl3突变体在定位区间内编码Mg-原卟啉Ⅸ螯合酶CHLI亚基的基因编码区第1 034位碱基C突变为碱基T,导致编码的第345位的半胱氨酸(Cys)突变为酪氨酸(Tyr)。pyl3突变体中携带的CHLI^pyl3是已报道黄绿叶基因chl9/chli的新等位基因。qRT-PCR分析结果显示,pyl3突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达发生变化。本研究为进一步解析CHLI基因调控水稻叶色的分子机制提供了新的遗传材料和理论依据。     

水稻短根突变体ksr8的表型分析和基因克隆

本研究前期由籼稻品种Kasalath经EMS诱变获得一个短根突变体ksr8,为揭示该突变体根系发育的分子机制,对其进行了表型鉴定、遗传分析、基因定位、转基因互补验证以及外源精氨酸处理。表型分析表明,ksr8幼苗的株高、主根、侧根和不定根长度均变短,成熟期植株较野生型矮小、分蘖数与每穗实粒数都减少。根尖树脂半超薄切片及醋酸洋红染色显示,ksr8的短根表型与伸长区细胞变短和根尖细胞分裂有关。遗传分析结果表明,ksr8的突变表型受隐性单基因控制,利用图位克隆技术将突变基因定位于3号染色体的分子标记InD3和RM3280之间,物理距离约106 kb,在该定位区间内包含一个编码催化精氨酸合成通路最后一个步骤的精氨酰琥珀酸裂解酶基因OsASL1(LOC_Os03g19280)。测序结果表明,突变体ksr8中OsASL1基因第3外显子内(CDS 653 bp处)的G突变成A,导致编码的218位精氨酸(R)突变为赖氨酸(K);转基因互补试验证实ksr8的表型是由该基因突变引起;进一步分析发现,外源精氨酸添加可以恢复ksr8的根系缺陷表型。本研究结果证明了突变基因ksr8是OsASL1的新等位基因,进一步明确了OsASL1在水稻根系发育过程中的重要作用,为解析水稻根系发育的分子机制提供了基因资源和理论依据。     

水稻淡黄叶突变体xws的光合特性与基因定位

为了解析水稻叶绿体发育和高光效育种中光合作用的机理,本研究以不育系P88S群体中发现的一株淡黄叶自然突变体xws为试验材料,对该突变体进行表型鉴定和光合特征分析,并对其进行精细定位和候选基因分析。结果表明,xws在整个生育期叶片、茎和穗均呈淡黄色。与野生型相比,xws叶片、茎和穗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。透射电镜观察结果发现,与野生型相比,xws嗜锇小体消失,类囊体数量减少。xws的净光合效率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度和叶绿素荧光参数与野生型相比均降低。以xws与R032杂交的F₂群体作为定位群体,将基因精细定位至水稻第3号染色体分子标记WY242和WY119之间,其物理距离为51.7 kb。本研究结果为进一步研究水稻叶绿体发育,从而提高水稻光合作用和分子调控网络途径提供了理论支撑。     

水稻不同源库相关基因聚合的产量效应分析

水稻产量的高低取决于源和库的大小及彼此间的协调程度。为了了解不同源库基因聚合后对产量及其相关性状的影响,本研究以4个已克隆的水稻源库基因NAL1^LT、GNP1^TQ、Ghd7^MH63和Ghd8⁹³¹¹构建的不同遗传背景的近等基因系为材料,彼此杂交培育不同源库基因的F₂分离群体,标记辅助筛选遗传背景近似的不同单基因及双基因纯合聚合单株,考察其F₃家系的源、库及产量相关性状。结果表明,不同基因聚合的产量效应差异较大,其中NAL1 ^LT +Ghd7 ^MH63、NAL1 ^LT +Ghd8⁹³¹¹和Ghd7 ^MH63+Ghd8⁹³¹¹这3种基因聚合方式表现出较明显的增产效应,聚合系的单株产量分别比高值亲本显著增加26.45%、45.47%和48.03%,表明这3种基因聚合对聚合系的产量性状具有正向协同作用。相反,另外3种聚合方式(NAL1 ^LT +GNP1 ^TQ、GNP1 ^TQ +Ghd7 ^MH63和GNP1 ^TQ +Ghd8⁹³¹¹)的聚合系的产量相关性状有增有减或基本与双亲持平,产量聚合效应不明显。研究认为,复杂性状的聚合育种必须首先开展基因间的产量聚合效应研究,明确不同基因的聚合效果,以确保聚合育种的事半功倍。本研究结果为分子聚合改良水稻源库性状提供了理论依据。     

大麦白粉病抗性的遗传分析与QTL定位

为探究大麦白粉病抗性遗传,定位其抗性QTL,本研究以抗病品种Gairdner和感病品种扬饲麦1号杂交F₁花药培养构建的DH群体及亲本为材料,对大麦白粉病抗性进行鉴定与遗传分析,并利用91对在亲本间多态性好的SSR标记构建了群体的遗传连锁图谱,采用Windows QTL IciMapping 4.0软件中的完备区间-加性模型对大麦白粉病抗性QTL进行定位。结果表明,DH群体各系间存在丰富的大麦白粉病抗性遗传变异。共检测到5个与大麦白粉病抗性相关的QTLs。其中3个时期均检测到qPM-2Ha位于Bmag0711-AWBMS56区间,可解释的表型变异为7.48%~12.50%;qPM-4Ha位于EBmac0906-HVM68区间,可解释的表型变异为23.07%~32.09%;2个时期均检测到qPM-2Hb位于Bmag0749-GBM1475区间,可解释的表型变异为6.22%~8.13%。qPM-2Ha、qPM-4Ha及qPM-2Hb白粉病抗性基因均来源于抗病亲本Gairdner, qPM-3Ha和qPM-4Hb白粉病抗性基因来源于感病亲本扬饲麦1号,qPM-2Hb和qPM-3Ha可能是2个新的大麦白粉病抗性QTLs位点。本研究结果为大麦白粉病抗性基因的发掘、精细定位、克隆及分子标记辅助选择育种奠定了基础。     

两个水稻细卷叶等位突变体的基因定位

叶片形态是水稻重要的农艺性状之一。本研究分离了两个水稻突变体F2-102和S1-4,其表型为叶片宽度减小,叶片半卷及半矮化。遗传分析表明,这两个突变体均受单一核编码隐性基因控制,并利用Indel标记将其定位在第12号染色体长臂上。对定位区间内的编码类纤维素合成酶D4的基因OsCSLD4进行序列分析表明,突变体F2-102在第二个外显子缺失了8bp,而S1-4在第二个外显子发生单碱基替换,导致类纤维素合成酶D4功能缺失,引起细卷叶表型。     

水稻秃穗突变体nsp1的遗传分析和精细定位

开展穗相关突变基因的定位与克隆有利于解析穗发育的分子调控机理,对水稻超高产分子设计育种具有重要理论价值。为探究水稻穗发育分子机理,在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的水稻突变体库中鉴定到了一个能稳定遗传的秃穗突变体nsp1。遗传分析表明,该突变性状是由一对单隐性核基因控制。通过SSR和STS分子标记对F2分离群体进行遗传定位,最终将NSP1精细定位在4号染色体分子标记zd38和zd30之间约41.6 Kb的区间内,发现该区间共有7个预测基因,其中LOC_Os04g56780为一个与分生组织发育相关的WUSCHEL的同源基因,可能为NSP1的候选基因。本研究结果为进一步克隆该基因和功能分析奠定了基础。     

水稻早衰快腐突变体ad1衰老特性的研究

本研究前期利用重离子诱变水稻品种科辐粳7号获得受环境响应的水稻早衰快腐突变体ad1(automatic degradation 1)植株,为研究该突变体衰老腐解的发生机制,对其进行生物学特性及遗传分析。结果表明,突变体ad1在抽穗期时遇到高温茎叶会快速腐解,引起整个植株坍塌。衰老发生时,突变体ad1净光合速率、气孔导度和蒸腾速率极显著低于野生型(WT),胞间CO₂浓度极显著高于WT。突变体ad1总叶绿素含量及类胡萝卜素含量低于WT。石蜡切片观察发现突变体ad1叶肉细胞受损,排列松散,气孔结构受损;茎秆表皮变薄,厚壁组织细胞排列松散、细胞变少。透射电镜观察发现突变体ad1叶绿体结构异常,淀粉颗粒明显增多,类囊体排列紊乱,片层结构模糊,基粒垛叠松散。组织化学染色表明ad1突变体中死细胞、过氧化氢以及超氧阴离子含量比WT高。与WT相比,突变体ad1叶片中总超氧化物岐化酶(T-SOD)、过氧化氢酶(CAT)、总抗氧化力活力(T-AOC)及丙二醛(MDA)含量显著升高,可溶性蛋白(SP)含量显著降低。遗传分析表明ad1突变表型受一对隐性核基因控制。本研究结果为进一步研究突变体ad1基因定位和基因功能奠定了一定的理论基础。     

中国南瓜突变体库构建及表型变异的初步分析

为促进中国南瓜功能基因组学的研究,以中国南瓜高代自交系N87的种子为试验材料,构建中国南瓜突变体库。将材料在不同浓度的甲基磺酸乙酯(EMS)溶液中处理不同时间,并对诱变后代的表型变异特征进行分析。结果表明,以诱变后南瓜种子的发芽率、成苗率及幼苗生长状况为指标,筛选出1.6% EMS处理12 h为中国南瓜种子最佳诱变条件。使用最佳诱变条件处理10 000粒中国南瓜种子,构建了由725个M₂家系组成的中国南瓜突变体库,该突变体库在叶片、株型、生殖器官、果实等性状上均存在丰富的变异,总变异频率达11.2%。通过构建和分析F₂分离群体,明确白花突变和短蔓突变为单基因隐性突变。本研究成功构建了中国南瓜突变体库,不仅丰富了中国南瓜种质资源,还为中国南瓜功能基因组学研究和新品种选育奠定了基础。     

一个水稻黄绿叶突变体ygl15的鉴定和基因定位

由籼稻品系杂交后代中发现1个黄绿叶突变体,命名为ygl15。为揭示突变体ygl15叶色变异机制,对其进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,突变体ygl15从苗期开始表现为黄绿叶,叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量较野生型显著下降,并最终导致其农艺性状受到影响,表现为株高、有效穗数、单株总粒数和单株实粒数显著下降,穗长、每穗粒数和结实率的变化不显著,千粒重略有提高;基因表达分析表明,突变体ygl15叶片中,叶绿素合成和光合系统相关的基因表达上调,但血红素合成相关的基因表达下调或不变。遗传分析表明,ygl15的突变表型受1对细胞核隐性基因控制。以突变体ygl15和中花11杂交的F_2群体为定位群体,经过初步定位和精细定位,将ygl15基因定位在水稻第3号染色体上的分子标记M08124～M08175之间,物理距离约79 kb。本研究结果为进一步克隆ygl15突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。     

标准切花菊分枝性状的杂种优势和混合遗传分析

为明确标准切花菊分枝性状的杂种优势及主基因效应,以标准切花菊QD3-71× 精之一世(组合Ⅰ)的97个杂交后代和秦淮春雪×神马(组合Ⅱ)的147个杂交后代作为遗传群体,对其总侧芽数、上部一级分枝数、一级分枝粗、一级分枝角度、一级分枝长度、总侧芽数/叶节数6个相关分枝性状进行杂种优势分析和主基因+多基因混合遗传分析。结果表明,两组合F₁群体各分枝性状呈连续分布,变异系数为10.23%~39.92%;两组合各分枝性状存在不同程度的中亲优势,超亲分离现象广泛存在,总侧芽数、上部一级分枝数在两组合中均存在偏母性遗传效应,一级分枝长度在组合Ⅰ中存在正向超亲优势。混合遗传分析表明,在组合Ⅰ中,总侧芽数/叶节数符合表现为由两对加性效应主基因控制的B-3模型,主基因遗传率为98.84%;在组合Ⅱ中,上部一级分枝数符合表现为由两对加-显-上效应主基因控制的B-1模型,一级分枝长度和总侧芽数/叶节数符合表现为由一对加-显效应主基因控制的A-1模型,主基因遗传率分别为93.04%、36.84%和52.11%;总侧芽数在两个组合中均符合表现为由一对加-显效应主基因控制的A-1模型,主基因遗传率分别为57.39%和46.73%;一级分枝粗、一级分枝角度在两个组合中均符合A-0模型,无主基因控制。本研究表明标准切花菊分枝性状的主基因效应在不同遗传背景中差异较大,这些主基因效应的发现为QTL定位研究提供了参考,对标准切花菊的株型育种具有重要价值。     

西葫芦PRSV-W病毒病抗病种质鉴定及抗性遗传分析

番木瓜环斑病毒西瓜株系(PRSV-W)是危害西葫芦生产的主要病害之一,为减少产量损失,加快西葫芦抗病品种的选育,本研究拟通过人工苗期子叶摩擦接种,结合酶联免疫吸附测定法(ELISA)及反转录PCR(RT-PCR)检测分析,建立西葫芦PRSV-W抗性鉴定技术,并对148份西葫芦品种及高代自交系育种材料进行抗性评价,同时利...     

药用植物金银花Dof基因家族的筛选及表达分析

Dof(DNA-binding one zinc finger)蛋白是一类植物所特有的转录因子,N-末端具有高度保守的C₂-C₂单锌指结构域,C-末端的转录调控区的氨基酸具有高度多样性,其在植物光合、细胞周期及逆境响应等过程中发挥着重要的作用。本研究基于金银花测序数据,利用生物信息学的方法筛选了候选的LjDof基因,并对其理化性质、亚细胞定位、同源序列比对、保守基序、系统进化发育和表达模式进行了深入分析。结果表明,金银花Dof转录因子家族包含11个基因,编码的氨基酸的个数为157~492,理论等电点为5.45~9.48,均为不稳定亲水性蛋白。亚细胞定位显示,LjDof基因都在细胞核中有定位,个别在其他部位也有定位。同源比对和Motif分析发现,11个LjDof基因都含有完整的C₂-C₂单锌指结构。系统进化发育分析表明,金银花Dof蛋白分为五个亚类。实时荧光定量PCR及表达模式分析表明,LjDof基因在金银花低温胁迫不同时间下有着不同的表达规律。本研究结果为进一步研究金银花Dof基因在逆境胁迫下的功能提供了理论基础。     

冬瓜实时荧光定量PCR内参基因的筛选与评价

为筛选适合冬瓜稳定表达的内参基因,以黑皮冬瓜低温、高温、干旱胁迫处理不同时间的叶片和正常处理不同组织为试验材料,利用RT-qPCR技术,结合GeNorm、NormFinder和BestKeeper软件评价7个候选内参基因(28SrRNA、UBQ、RP Ⅱ、GAPDH、EF-1α、UBC21和TUA)稳定性。结果表明,7个候选内参基因在不同组织和不同胁迫处理下表达丰度及稳定性存在差异; EF-1α在低温胁迫处理下表达稳定性最好;UBQ和TUA在高温和干旱胁迫处理下表达稳定性最好; EF-1α 在不同组织中表达稳定性最好。本研究结果为冬瓜内参基因的选择提供了一定的理论参考。     

巴哈雀稗PnDREB2基因克隆及时序表达图谱构建

脱水反应元件结合蛋白(DREBs)在植物非生物逆境胁迫中可调节下游一系列抗逆基因的表达。为探究巴哈雀稗DREB2基因在逆境胁迫下的功能,本研究采用RNA-Seq结合RT-PCR技术从巴哈雀稗中获得一个DREB2基因CDS区全序列,命名为PnDREB2(GenBank登录号:MH150946)。核苷酸序列分析表明,该基因开放阅读框全长774 bp,编码257个氨基酸,相对分子质量为28.09 kD,理论等电点为5.25;该植物蛋白中具有DREB类基因家族典型的保守域AP2结构域,属于DREB2类转录因子A类中A2亚类的亚型1。进化和聚类分析结果表明,巴哈雀稗PnDREB2基因与高粱、割手密、玉米、谷子及牛鞭草亲缘关系较近,氨基酸序列同源性分别为91.10%、89.50%、88.20%、87.60%和87.60%。RT-qPCR和生物信息学分析表明,PnDREB2基因在茎中表达量最高,幼穗次之,叶最低;表达产物定位于细胞质中,具有26个磷酸化位点,并具有结构和功能的特异性。PnDREB2表达量受干旱(PEG-6000,20%)和高温(40℃)的强烈诱导,同时也受到高盐(NaCl,300 mmol·L^-1)、低温(4℃)、脱落酸(ABA,100 μmol·L^-1)和赤霉素(GA,100 μmol·L^-1)等非生物胁迫和激素的不同程度诱导,随着处理时间的延长,整体上均呈先增加后降低的趋势。本试验为巴哈雀稗抗逆分子机理研究与抗性增强的转基因材料培育奠定了理论基础。     

培养温度、水分活度对稻谷和大米黄曲霉生长及产毒的影响

为了解析不同培养温度和水分活度对稻谷和大米黄曲霉生长和产毒的影响,揭示温度和水分活度(a_w)调控稻米上黄曲霉生长和产毒的分子机制,以湖南黄华占稻谷和黑龙江稻花香大米为原料,分析稻谷和大米的真菌菌相,并采用高效液相色谱法测定稻谷和大米AFB₁含量,利用荧光定量PCR分析稻谷和大米水分活度及温度对黄曲霉毒素生物合成关键基因表达的影响。结果表明,当a_w降低至0.75以下,稻谷和大米上不适合黄曲霉生长繁殖和产毒。在33℃、a_w为0.96条件下大米黄曲霉产毒最多,33℃、a_w为0.90条件下大米黄曲霉的生长最好;稻谷则是在温度37℃,a_w为0.94和0.92条件下分别为最适产毒和生长,可见黄曲霉在稻谷和大米上生长和产毒的最适条件并不统一。荧光定量PCR结果显示,低温25℃可以促进黄曲霉产毒基因表达,但毒素在转录合成过程中受到了阻抑,高温37℃则抑制部分结构基因的表达,但菌的生长受到极显著影响而导致毒素量极低。因此,稻谷和大米储藏期及加工时,保持较低的a_w是有效预防黄曲霉侵染及AFB₁污染的关键。本研究结果为制定储藏及加工期稻谷和大米黄曲霉毒素污染的防控措施提供了一定的理论依据和数据支撑。     

离子液体[C3mim]BF4对小白菜幼苗抗氧化特性的影响

为探讨离子液体1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸([C₃mim]BF₄)对植物种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响,采用水培法检测不同浓度(0、100、200、300、400、500 mg·L^-1)[C₃mim]BF₄条件下小白菜幼苗的生长状况、活性氧水平、抗氧化酶活性及相关抗氧化酶基因表达。结果表明,浓度高于400 mg·L^-1的[C₃mim]BF₄显著抑制种子萌发;500 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄显著抑制幼苗生长。[C₃mim]BF₄处理使小白菜叶片活性氧$\mathop{{O}}_{2}^{{\mathop{}_{\ ·}^{-}}}$、H₂O₂)水平及丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量升高,且随着[C₃mim]BF₄浓度的增加均呈逐渐升高的趋势。[C₃mim]BF₄使小白菜叶片谷胱甘肽还原酶(GR)活性显著升高;浓度≤300 mg·L^-1的[C₃mim]BF₄对过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)生成有一定的促进作用,而浓度高于400 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜 APX活性,高于500 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜 CAT活性;100~500 mg·L^-1[C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性,且各处理组的SOD活性均显著低于对照。400 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理0~3 h,小白菜Gu/Zn-SOD和APX基因表达量升高,处理13 d时其SOD和APX基因表达量均显著低于对照;处理0~12 h时 CAT基因表达上调,处理24 h处理后CAT表达下调。本研究结果为揭示咪唑类离子液体毒性机理提供了理论依据。