芸薹属及其他异源多倍体植物的基因表达特征研究进展

远缘杂交及异源多倍化导致许多重要作物的起源与进化,而芸薹属栽培异源四倍种是研究作物异源多倍化的模式系统之一。异源多倍体是如何调控及协调来自不同二倍体祖先的不同基因组的遗传行为及基因表达,是过去二十年间的研究热点和重要的生物学问题。利用不断发展的分子生物学技术,一方面揭示出芸薹属及其他多倍体物种基因组表现出动态性质,即在形成初期及长期进化过程中持续发生遗传及表观遗传的变化;另一方面发现异源多倍化过程中伴随着大量的基因表达模式改变,包括非加性表达、超亲表达、表达水平显性、部分同源偏向表达、基因剂量平衡效应等现象。上述基因组结构、表观遗传改变以及基因表达模式的调控,使新产生的多倍体得以成功进化为新物种。     

芸薹属异源多倍体减数分裂行为的遗传研究进展

减数分裂中的二倍体化是异源多倍体物种形成与进化的细胞学基础。本文综述了芸薹属异源多倍体中细胞学行为及遗传机制的研究进展。虽然芸薹属三个栽培二倍体种间的成对杂交进化形成了三个栽培异源四倍体种,但自然界没有发现包含三个基因组的芸薹属异源六倍体种。通过芸薹属六个栽培种间的几种杂交途径人工合成的芸薹属三基因组异源六倍体（2n=54,AABBCC）均同时表现二倍化与非二倍化的减数分裂行为、产生整倍体与非整倍体后代,显示不同的基因组稳定性（B>A>C）。芸薹属异源四倍体、六倍体所具有的细胞质背景、染色体组的组合及亲缘关系均可影响它们的减数分裂行为、后代的染色体数目及组成,进而为遗传育种产生新材料。     

芸薹属二倍体种的基因组结构及细胞遗传学研究进展

本文综合分析了细胞遗传学及比较基因组学在芸薹属栽培种基因组结构及进化方面的研究进展。测序物种的DNA序列比较分析显示,芸薹族特有的六倍体祖先基因组的进化途径为,先由芸薹科x=8的祖先核型衍生出染色体数减少的x=7的核型,然后该核型经过三倍化事件产生古老的六倍体基因组,最后才分化产生3个芸薹属栽培二倍体种。根据3个二倍体种测序基因组的比较分析,构建了具有9条染色体的芸薹属祖先基因组及所形成的二倍体的染色体组成。传统及分子细胞遗传学研究为二倍体种基因组的多倍体性质及部分同源性关系提供了直观的证据,特别是二倍体间的异源染色体附加系的减数分裂配对行为揭示了单条染色体间的同源性程度。最后,对依据近缘物种的基因组结构进行芸薹属作物种质资源的创建与利用提出建议。     

芸薹属作物原生质体融合及基因转移

用于芸薹属作物原生质体融合的主要方法有PEG诱导融合法和电场诱导融合法，融合方式有对称融合与非对称融合。已在芸薹属种内、种间、属间及族间通过体细胞杂交实现了胞质基因组的转移，改良或创造了细胞质雄性不育系。从远缘物种中转移了一些有用的外源基因到芸薹属作物中，如抗性基因、品质性状基因及控制其它一些重要农艺性状的基因。讨论了体细胞杂种鉴定技术及原生质体融合技术应用于芸薹属作物改良的前景和局限性。     

芸薹属重要作物的比较基因组研究进展

从比较基因组学的概念和内容、芸薹属重要作物的比较遗传作图、比较QTL定位等方面阐述了各物种间基因组的共线性关系、染色体内和染色体间的同源性、重要性状基因在QTL区域的映射,对芸薹属作物分子育种改良等方面的研究进行了展望.     

诸葛菜与芸薹属属间杂交亲和性研究

诸葛菜与芸薹属属间杂交存在高度的不亲和,很难得到杂种。芸薹属植物的不同种、同一种不同品种与 诸葛菜亲和力不同。F1 种子的产生不仅与亲本的基因型有关,而且与杂交的组配方式有关。以芸薹属做母本的杂 交亲和性高于以诸葛菜做母本的组合的杂交亲和性。授粉子房离体培养能够提高属间杂交种产生的频率。F1 植 株的形态大多数偏向母本。     

植物异源多倍体中特定染色体组的剥离与重建

由于异源多倍体物种的进化时间久远,难以知晓确切的二倍体亲本,现在推测的自然界现存二倍体种又经历过独立的演化,因此,通过特定的实验方法从天然的异源多倍体物种中剥离出特定染色体组并重建异源多倍体的基本种,将为研究异源多倍化过程中祖先基因组的遗传与互作提供独特的材料。现已通过不同的杂交策略,从异源六倍体普通小麦和异源四倍体种甘蓝型油菜中成功重建它们的一个基本种。例如以人工合成的芸薹属异源六倍体（如埃塞俄比亚芥与白菜杂交的AA.BBCC)为桥梁,其中的C染色体组被选择性的丢失后产生的芥菜型油菜（AA.BB）与埃塞俄比亚芥杂交形成的杂种（BBAC）自交后便可重建黑芥(BB)祖先种;将四倍体与二倍体种之一杂交后形成的同源异源六倍体（如AAAACC）连续自交,使处于同源四倍体状态的染色体组（A）快速丢失而重建另一个二倍体基本种（CC）。     

芸薹属种子贮藏蛋白质亚基构成及亲缘关系分析

采用线性梯度SDS－PAGE分析芸薹属4个种17个品种（系）的种子贮藏蛋白亚基组成,表明种子贮藏蛋白比较复杂,共有58条带,分子量范围是8000～300000D,不同种不同品系带型不同,种间差异主要表现在8000～70000D之间,品种（系）的差异主要在70000～300000D之间,相似度指数也表现出同种内不同的品种之间相似度高,种内品种间相似度大于种间。     

甘蓝与芸薹属5个近缘物种的基因组原位杂交分析

利用基因组原位杂交(GISH)技术，研究了甘蓝基因组与芸薹属其它5个近缘物种基因组间的相互关系。以标记的甘蓝(CC，2n=18)的基因组总DNA为探针，分别同二倍体甘蓝、白菜型油菜(AA，2n=20)、黑芥(BB，2n=16)和异源四倍体芥菜型油菜(AABB，2n=36)、埃塞俄比亚芥(BBCC，2n=34)、甘蓝型油菜(AACC，2n=38)的中期染色体杂交，甘蓝、白菜型油菜和甘蓝型油菜的所有染色体上都有杂交信号，不能区分A、C基因组。黑芥染色体上只有零星的弱小信号，埃塞俄比亚芥的中期染色体显示出18个明显的信号，可以区分出C、B基因组；芥菜型油菜的中期染色体显示出20个明显的信号，其余染色体上信号很弱或无，可以区分出A、B基因组。说明在长期的进化过程中，甘蓝与白菜型油菜、甘蓝型油菜的亲缘关系较近，基因组的分化程度较小，而甘蓝与黑芥的亲缘关系较远，基因组的分化程度较前者高；甘蓝与芥菜型油菜和埃塞俄比亚芥间的亲缘关系介于上述二者之间。     

“芸薹属作物基因组学与分子育种高级研讨会”在武汉中油所圆满召开

2005年4月22—23日，由中国农科院油料作物研究所、华中农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农科院蔬菜花卉研究所、国家油菜工程技术研究中心和中国作物学会油料作物专业委员会联合举办的“芸薹属作物基因组学与分子育种高级研讨会”在武汉中油所召开。中国农科院生物技术研究所范云六院士、湖南农业大学官春云院士、     

氮素营养对油菜宁杂1号结角层中角果性状的影响

采用不同施氮处理,研究了甘蓝型冬油菜宁杂1号结角层中角果经济性状的变化,结果表明：（1）油菜的角果数有85％－90％分布在结角层上部的10－60cm之内;（2）每角粒数和千粒重一般以结角层中上部最高,下层减小,每角粒数下降的幅度较大,千粒重下降幅度相对较小;（3）单位角果皮面积生产力（PPA）一般以结角层上部最高,下层只有最大值的2／3左右;（4）适量施用氮肥,能促使各结角层角果的经济性状较为协调,形成高效结角层。     

氮素对油菜角果生长及结角层结构的影响

对4个甘蓝型油菜品种在不同氮素水平下的结角情况进行了研究，结果表明，施氮使根、茎的干物质分配比例下降，叶和分枝的干物质分配比例上升，而角果的变化不大，但不同品种有差异。4个品种的单株角果数随氮肥水平的提高而不断增加，特别是从低氮到中氮水平，各产量性状指标都有显著的提高，但高氮水平下每角粒重开始下降。增施氮肥明显提高各品种下部分枝的结角起止点，并使各种结角层厚度增加。     

白菜型春油菜果喙生长与其生产特性研究

通过不同品种（系）的田间小区试验及剪喙处理,研究白菜型春油菜果喙生长状况、叶绿素含量及生产力。结果表明：果喙长度在开花后14d基本定型,平均果喙长度占果身长度的38．9％。叶绿素含量为叶片大于果喙,果喙大于果壳,果喙叶绿素含量平均为果壳叶绿素含量的2．7倍以上。剪喙后,角果长度、宽度、果壳干重、角粒数、千粒重和角粒重均呈下降趋势。剪喙时间愈早,对角果生长及其生产力的影响程度愈大。开花后14d剪喙处理的角粒重下降率为20％左右。     

不同氮水平下冬油菜各枝序结角高度与生产力关系的研究

不同施氮量对冬油菜宁杂1号各枝序生产力和结角起止点影响的研究表明：(1)不同枝序的生产力以主序最高,一次分枝生产力则以中上部最高,向上、向下依次下降;合理施肥能明显增加群体中高效分枝的比例。(2)各分枝的结角起点一般以中上部分枝较高,上部分枝略低,下部分枝最低;各分枝的结角终点以上部较高,下部较低。适量施肥可提高各分枝的结角起点和终点,特别是上部8个高效分枝。(3)各枝序的生产力占全株的相对体积质量与其结角起点、终点以及两者之和都呈极显著的正相关,说明各分枝果序在结角层中的相对位置越高,其生产力也越高。     

油菜结实特性与库源关系的研究

以4个油菜品种的结实特性研究表明，开花后20d内油菜角果体积和表面积急剧增长，角果和籽粒干重随成熟进程而增加，籽粒干重在开花25d后增重加热，40d左右超过果皮干重。具有生殖生长优势品种的单位角果皮面积的生产力（PPA）和单位角果皮表面积负担的籽粒数（SNPA）较高。果皮与种子的生理代谢进程不同，二者的全氮，叶绿素以及可溶性糖含量的动态变化与角果形态及干物质积累转化进程有明显的相关性。初花期去叶处理可使4个品种明显减产，去叶对分枝产量的影响大于主花序，主要减少分枝的每角粒数；去短叶的减产幅度大于去无柄叶。     

甘蓝型油菜DH群体抗裂角性的遗传分析

提高抗裂角性是培育适合机械化收获油菜品种的基本要求。为了明确油菜抗裂角性的遗传规律,本研究利用抗裂角性差异显著的两个甘蓝型油菜品系配制杂交组合,通过小孢子培养构建了一个双单倍体(doubled haploid,DH)群体。采用随机碰撞法对该群体进行连续两年的抗裂角性鉴定,并利用植物数量性状的主基因+多基因混合遗传模型及偏度和峰度分析对抗裂角性进行遗传分析。结果表明,甘蓝型油菜的抗裂角性受3对主基因+多基因控制,涉及的基因数目为8~10对,存在基因的加性效应及基因间的互补作用;两年试验中抗裂角性的主基因遗传率均大于85.00%,主基因遗传率较高,表明该性状主要受主基因控制,受其它微效多基因及环境的影响有限。因此,在油菜抗裂角性遗传改良中,应通过杂交聚合不同抗性等级材料中的主效抗裂角基因,在早期世代加强对抗性的选择,并可以忽略环境因素的影响。     

油菜内源激素与角果长度发育的关系

以甘蓝型油菜特长角H218、H203,短角4101和增11,普通角果中油821、MSP334为材料,采用酶联免疫 测定技术分析了发育1～20d内角果内源激素含量的动态变化。研究了内源IAA、GA3、iPA和ABA含量与角果长 度发育的关系。结果表明: (1)特长角材料IAA含量在角果发育第1～5d低于短角材料,第5、20d角果的IAA含量 分别与最终角果长呈极显著和显著负相关; (2)特长角材料iPA含量在第5～20d低于短角材料,第1d角果的iPA 含量与最终角果长呈显著正相关,第5、10、15d角果的iPA含量分别与最终角果长呈显著负相关; (3)第5d角果的 GA3 含量与最终角果长呈显著正相关; (4)第1d角果的ABA含量与最终角果长呈显著负相关。iPA和IAA可能在 油菜角果长度发育中扮演重要角色。     

Management of peanut pod rot II: Comparison of calendar and threshold-based fungicide timings

Peanut pod rot, which can be caused by Pythium spp. and Rhizoctonia solani, is difficult to manage with fungicides. The objective of this study was to compare the effects of a calendar-based (CB) versus threshold-based (INC) fungicide application timings on pod rot incidence, yield, value of the crop, and returns minus fungicide cost. Large plot replicated trials were conducted in five fields with a history of pod rot. Pod rot was assessed weekly throughout the season following development of pods. Disease incidence was reduced by the preventative CB compared with INC or the non-fungicide treated control (NONE) in three of five sites. Disease was very low in the remaining two sites. Yield was not affected by treatment at individual sites, but in a combined analysis, INC at 1–2% incidence had higher yields than CB treated with mefenoxam or NONE. Occurrence of segregation 2 kernels, which results in a substantial reduction in price, was more frequent with INC and NONE than with CB at two sites. CB and INC had a higher value/ha than NONE, but there were no differences in return minus fungicide costs. CB had less pod rot during the season and a lower risk of segregation 2 kernels at harvest than INC. These results suggest that preventative CB applications made at early pegging should be used to manage pod rot. This recommendation is based on the reduction of risk to segregation 2 kernels, not because of a higher value/ha of the crop.     

施氮对宁杂1号油菜各枝序角果性状的调控

通过不同施N量处理,研究了N素营养对油菜各枝序角果质量的影响,结果表明：(1)油菜各枝序的角果数以主序和中上部分枝较多,并随施N量的增加而明显增加,过多地施用N肥会造成结角层角果过多而严重影响其它产量因素。(2)每角粒数以主序和中上部分枝较多,下部分枝较少。各枝序的千粒重和单位角果皮面积生产力(PPA)以主序最高,上部分枝较高,下部分枝较低。(3)适量施N可使上部8个分枝的每角粒数、千粒重和PPA都维持较高的水平。