利用分子标记辅助选择优质蛋白玉米近等基因系

为了扩增优质蛋白玉米育种新种质,用普通玉米种质转育创制优质蛋白玉米(QPM)近等基因系;利用SSR标记phi057进行辅助选择,以优质蛋白玉米种质为o2基因供体,转导、构建来自不同遗传背景普通玉米种质为受体的QPM近等基因系。结果表明：利用共显性SSR标记引物phi057在o2基因供体自交系与普通玉米受体自交系间表现多态性,能区分O2O2、O2o2和o2o2等3种基因型,来自不同遗传背景种质所构建获得的QPM近等基因系赖氨酸含量有不同程度提高,赖氨酸含量达到0.36%~0.42%,不同遗传背景受体自交系赖氨酸增加幅度9.1%~64.0%。普通玉米种质导入供体o2基因后能够提高种质赖氨酸含量。     

opaque-2玉米近等基因系的构建与赖氨酸含量快速检测

我国高赖氨酸玉米种质资源狭窄,opaque-2(o2)突变基因能大幅提高玉米赖氨酸含量,通过分子标记辅助选择构建o2玉米近等基因系并检测其赖氨酸含量具有重要意义。其中,要解决的两个关键问题是如何准确地将不同供体的o2突变基因导入受体系和如何快速地检测导入系的赖氨酸含量。本研究利用O2基因内紧密连锁的SSR共显性标记引物phi057检测玉米供体和受体自交系的多态性,利用其特异性和共显性构建o2近等基因系;参考已有研究,改进染料结合(DBL)法,测定18组构建成功的o2近等基因系的赖氨酸含量。结果表明,不仅在不同供体(CA339和山东2548)之间存在多态性,而且在不同受体系间也存在多态性,利用phi057能够成功地将不同供体的o2突变基因导入受体系,构建o2近等基因系;改进的DBL法分析表明,不同受体系赖氨酸含量变化较大,不同背景的受体系导入o2突变基因后赖氨酸含量增加的幅度差异也较大;普通玉米自交系间赖氨酸含量为0.223%~0.368%,构建成功的不同o2近等基因系间,赖氨酸含量为0.373%~0.527%,与受体亲本相比,赖氨酸增加幅度最低为13%,最高为74%。分析表明,phi057能准确筛选导入o2突变基因的受体系,结合改进的DBL法能快速地选择赖氨酸含量高的玉米。     

水稻淀粉脱分支酶基因PUL对稻米理化品质的影响

为了研究PUL基因的变异对稻米蒸煮食味品质的影响,分别以籼稻品种桂朝2号和粳型糯稻品种苏御糯互为供体和轮回亲本,通过分子标记辅助选择,经过多代回交构建了PUL基因的近等基因系,分析了各近等基因系和轮回亲本的蒸煮品质指标。结果表明,近等基因系与轮回亲本在直链淀粉含量、胶稠度和淀粉晶体结构等指标上没有显著差异,而淀粉的热力学特性和淀粉黏滞性等指标存在显著的变化。说明PUL基因是影响稻米蒸煮品质的重要基因之一。来源于籼稻桂朝2号和粳稻苏御糯的PUL等位基因在功能上已经发生明显的分化。本研究中基于PUL基因序列差异设计的分子标记可以直接用于水稻品质的改良。     

玉米o2,o16和wx基因不同聚合类型近等基因系的选育

为研究玉米高赖氨酸奥帕克-2(opaque-2,o2),奥帕克-16(opaque-16,o16)和糯性(waxy1,wx1)突变基因聚合提高营养品质的分子机理,以玉米o2,o16和wx三隐性基因聚合系QCL 8002-11(o2o2o16o16wxwx)为供体亲本,以普通玉米自交系CML 539为受体亲本,构建玉米o2、o16和wx基因不同聚合类型的近等基因系,经过多代回交和自交,利用分子标记辅助选择技术,选育出一批含有o2o16wx三隐性基因,o2o16、o2wx和o16wx双隐性基因,o2、o16和wx单隐性基因的近等基因系材料,为玉米品质的快速改良和阐明优异基因聚合提高玉米营养品质的机理提供材料基础。     

水稻抗白叶枯病新基因Xa39分子标记有效性的评价

Xa39是一个对水稻白叶枯病具有广谱抗性的显性新基因,在水稻抗白叶枯病育种中具有良好的应用价值和前景。在前期研究中,我们将该基因定位在水稻第11染色体上。本研究利用携带Xa39基因的供体亲本FF329与受体亲本BT4、BT6、BT12、BT18杂交培育出4FL10、4FL14、4FL17、4FL21四个育种F2分离群体,结合人工接种抗病性鉴定,对3个与Xa39紧密连锁的分子标记进行分子标记辅助选择(MAS)有效性比较,筛选高效的PCR分子标记。结果表明,标记RM26985和RM206在上述4个群体中的MAS准确率分别达到95.81%和93.61%,同时使用两者其准确率达到95.59%,上述2个标记在水稻白叶枯病抗性改良育种中可以提高Xa39的选择效率。     

waxy基因功能标记开发及在糯玉米育种中的应用

为利用分子标记辅助选择加快糯玉米种质资源改良进程,以糯玉米自交系云539和普通玉米自交系昌7-2为材料,通过DNA序列测定和分析,探明糯玉米自交系云539 wx基因属于wx-D7突变类型。根据2个自交系基因组序列差异,开发出waxy基因功能标记FMD7,并通过了表型验证和通用性验证。利用开发的基因功能标记FMD7进行分子标记辅助选择,结合产量、株型和品质性状分析,获得携带wx基因的优良昌7-2改良系6个。利用本研究开发的基因功能标记FMD7进行辅助选择可加快回交转育进程,提高育种效率,为选育高产糯玉米杂交种提供材料基础,同时也为分子标记辅助选择单基因或少数主效基因控制的性状提供理论参考。     

玉米o16基因回交渗入o2系的分子标记辅助选择

在高赖氨酸玉米育种中,主要是以玉米opaque-2(o2)突变体作供体回交转育培育亲本材料,再行培育高赖氨酸杂交种。但是,迄今培育的o2玉米系及其杂交种的籽粒赖氨酸含量约为0.4%,不能满足食用和饲用的需求。为了提高o2玉米的赖氨酸含量,本研究利用一个新的高赖氨酸突变基因opaque-16(o16)的载体QCL3021作供体,o2玉米系太系19为受体,将o16基因回交渗入o2玉米系。在回交的每一世代及随后的自交世代,用o2基因内的SSR标记umc1066和o16基因的连锁SSR标记umc1141进行前景选择,再对中选单株进行全基因组SSR标记的背景选择,最后用染料结合赖氨酸法测定籽粒赖氨酸含量,以便保证筛选出遗传背景恢复率和赖氨酸含量均高的目标单株。在BC₂F₄代,获得携带o2和o16基因的家系17个,其遗传背景与o2玉米系相当(恢复率为92%~95%),赖氨酸含量为0.469%~0.599%。其赖氨酸含量比普通玉米平均提高约122.63%;比高值亲本太系19(o2o2)平均提高约22.33%,增幅为6.11%~35.52%;比低值亲本QCL3021(o16o16)平均提高约65.86%,增幅为43.87%~83.74%。表明采用标记辅助选择技术将o16基因回交导入o2玉米,能有效提高玉米籽粒的赖氨酸含量,对高赖氨酸玉米的遗传改良和育种具有重要意义。     

大白菜抗根肿病近等基因系的选育及其评价

本研究以具有抗根肿病基因CRb的大白菜‘CR Shinki DH’系为供体亲本,大白菜自交系‘91-12B’为轮回亲本,通过回交和4个阶段的分子标记辅助选择,选育出7个携带CRb基因的抗根肿病近等基因系.通过CRb基因所在大白菜A3染色体的分子标记检测和抗病性鉴定,筛选出抗根肿病、并插入有供体亲本最短染色体片段的3个近等基因系B1S1、B2S2和B3S1.表型分析表明这3个近等基因系的结球相关性状与轮回亲本无显著差异,而且保持了‘91-12B’的配合力.所选育的近等基因系不仅能应用于育种实践,也为通过转录组分析研究根肿病的抗病机理提供了材料.     

中国小麦品种对白粉病的抗性反应与抗病基因检测

利用来自不同生态区的8个白粉菌菌株对20世纪80年代以来国家审定(认定)品种、近期参加国家区域试验的品系和核心种质等小麦材料进行抗病性评价,同时利用与Pm4a、Pm8和Pm21基因连锁的分子标记检测了相关抗病基因的存在。在148个国家审定品种中有16.9%的品种能够抗多个菌株,其中大多是近10年选育的品种。不同年代审定的品种中感病品种的频率均超过50%。各个小麦生产区抗病品种的频率高低与该地区白粉病的严重性和育种的关注程度有一定关系。在1 160份小麦核心种质中抗E09菌株的地方品种和育成品种的比例只有3.4%和4.2%。西南冬麦区和新疆冬麦区入选的品种抗病频率较高,华南冬麦区、东北春麦区和北方春麦区没有发现抗E09菌株的品种。多菌株鉴定结果表明,263份微核心种质中33.7%的品种表现抗病性,其中大多数品种能够抗1~2个菌株,因此在核心种质的利用中应注意选用抗性强的品种作为轮回亲本,同时有必要构建抗白粉病的应用核心种质,以提高核心种质的利用效果。根据抗病基因分子标记检测结果,我国小麦品种有43.2%含有Pm8基因,该基因在区域试验参试品种中的频率也很高,特别是在黄淮麦区培育的品种中频率仍高达50%;Pm4a和Pm21基因主要出现在长江流域培育的品种中。有些抗性突出的品种可能含有其他抗病基因。     

以性状和分子标记为基础的水稻近等基因系的分离

以珍汕97/明恢63的一个含234个重组自交系的F6：7群体为材料, 通过以性状和分子标记为基础的方法在该群体中分离了每穗实粒数和千粒重这两个性状的近等基因系及对这两个性状有效应的QTL标记位点和两两互作位点的近等基因系。 在重组自交系RIL65和RIL197家系内分别分离了每穗实粒数和千粒重的近等基因系。 在重组自交系RIL54     

播期对糯玉米籽粒产量及品质的影响

为满足农户对糯玉米种植的不同需求,探讨山西中晚熟地区播期对糯玉米产量与品质的影响。以晋糯18和晋糯20为试验材料,4月26日-7月5日,设置6个播期处理,研究其对产量、穗长、百粒重、穗粒重及籽粒蛋白质、淀粉、粗纤维素及赖氨酸相对含量的影响。结果表明,播期与品种对糯玉米产量及品质都有显著影响。其中B3播期（5月24日）处理下2个糯玉米品种产量、穗长、百粒重及穗粒重都高于其他播期处理,说明糯玉米适宜在小满前后播种。提前播期有利于籽粒蛋白质、赖氨酸相对含量的提高,而推迟播期降低籽粒粗纤维素、赖氨酸相对含量。B1与B6播期下籽粒淀粉相对含量低于其他播期,且B4、B5播期下籽粒淀粉相对含量高于其他播期。说明适当推迟播期有利于籽粒淀粉相对含量的提高,但过早或过迟播种均显著降低籽粒淀粉含量。糯玉米籽粒中粗纤维素含量与品种遗传背景密切相关,且推迟播种后品种差异对籽粒淀粉含量的影响降低。通过相关性分析发现积温、降水量与产量、穗粒重以及赖氨酸相对含量均达到极显著正相关关系,与穗长、百粒重均达到显著正相关关系,说明播期对产量性状及籽粒赖氨酸相对含量有显著影响。在山西中晚熟地区糯玉米在小满前后播种时产量最高,适当提前有利于籽粒蛋白质、赖氨酸含量的提高,适当推迟有利于籽粒粗纤维素、淀粉含量的提高。     

中国糯玉米wx基因种质资源遗传多样性

Waxy(Wx)基因是众多作物导致糯性突变的关键基因,在玉米作物群体内深入研究Wx基因对中国糯玉米品质育种和种质创新具有重要意义。本研究利用325份(309份来自中国,11份来自泰国和5份来自韩国)糯玉米种质材料做了wx基因突变类型的调查和表观直链淀粉含量(AAC)测定。结果表明, 中国糯玉米的wx基因的遗传多样性很低,主要存在wx-D7和wx-D10两种突变类型,占96.9%;中国北方及韩国的糯玉米wx基因突变类型都是wx-D7类型,南方及泰国糯玉米wx基因突变类型都是wx-D10类型;糯玉米地方品种的wx基因型以wx-D10为主,占78.9%,而商业杂交种和自交系的wx基因型以wx-D7为主,分别占88.7%和86.6%。分析表明,中国糯玉米商业杂交种和自交系的AAC均值较低(小于2.2%)且无显著差异,但地方品种的AAC均值较高;wx-D7基因型糯玉米的AAC均值低且变化幅度较小,而wx-D10基因型糯玉米的AAC均值最高且变化幅度较大。本文还讨论了中国糯玉米主要wx基因型的地理分布、起源以及其他的wx基因突变类型。     

西南糯玉米地方品种waxy基因序列多态性分析

为了解我国西南地区糯玉米和硬粒玉米waxy基因核苷酸多态性, 对23份中国西南玉米地方品种(16份糯玉米和7份硬粒玉米)、2份美洲糯玉米种质的waxy基因第9外显子至第14外显子之间核苷酸序列进行测定, 将所得序列与GenBank中的16份同源序列(来自小颖大刍草、繁茂大刍草和美洲地方栽培品种)进行序列比对。结果表明, 西南糯玉米、西南硬粒玉米和小颖大刍草分别具有14、19和40个多态性位点, 西南糯玉米waxy位点核苷酸多态性为西南硬粒玉米的30%, 是小颖大刍草的14%, Tajima’D检验仅在糯玉米群体D值显著, HKA检验表明waxy位点未受选择作用; 序列比对发现12份西南糯玉米第10外显子同一位置缺失15个核苷酸, 该位点恰为糖基转移酶结构域的起始位置。可见我国糯玉米通过较为独特的突变机制而形成, 在进化过程中经历了驯化瓶颈, 奠基者效应使西南糯玉米waxy位点核苷酸多态性大大降低, 从近缘物种中引入等位变异是改良玉米淀粉质量和产量的关键。     

利用单倍体育种技术快速培育糯性小麦新品系

该研究利用关东 10 7和白火麦为亲本做常规杂交 ,用玉米花粉对其杂种F1进行单倍体诱导 ,单倍体加倍后得到 50个DH系 ,对这些DH系进行SDS—PAGE电泳分析 ,有 6个株系是糯性小麦 ,其基因型为wx -aabbdd ;同时进行了这些DH株系种子的I2 -KI染色 ,上述 6株系种子胚乳染色均为棕红色。这 2种方法同时证明该 6个DH系为纯合糯性株系 ,说明SDS -PAGE电泳和I2 -KI染色方法鉴定糯性小麦是可靠的和准确的。该文还分析了 6个小麦株系在株高、单株穗数、千粒重及粒质地等性状上的异同。糯性小麦由于具有支链淀粉含量高、高峰粘度高和膨胀势高等特点 ,成为面条专用小麦 ;支链淀粉在轻工、医药等行业应用广泛。因此 ,糯性小麦的培育成功为小麦品质育种研究和支链淀粉的开发利用开辟了一条新途径     

Particle-Bombardment-Mediated Co-Transformation of Maize with a Lysine Rich Protein Gene (sb401) from potato

Summary Little work has been reported on genetic transformation with maize inbred lines, especially elite inbred lines used in breeding. In this work, 7 self-pollinated inbred lines and 4 hybrid lines have been screened. The results revealed that calli derived from immature embryos from two inbred lines X333 and X301 were compact, hyperhydric and unsuitable for transformation, but the calli induced from other inbred lines and all the hybrid lines were friable and yellow and could be used for genetic transformation. The sb401 gene isolated from potato (Solanum berthaultii) encodes a protein with a high lysine content. Maize calli from 5 self-pollinated inbred lines and 4 hybrid lines were transformed using particle-bombardment with different plasmids to simultaneously introduce the sb401 lysine rich gene and the selectable gene hpt respectively. Two hundred and sixty-eight regenerated plants were obtained from these genotypes. Co-insertion was confirmed in 29 regenerated plants by PCR and Southern blot analysis. Transgene segregation of the R1 plants was observed and one marker-free transgenic maize line was recovered. Analysis of the crude protein content in mature seeds of R1 transgenic plants also showed an increase from 36.8% to 48.2%. This study thus provides a workable system for generating transgenic maize free from selectable marker genes and generates valuable resources for obtaining marker free transgenic maize with a high-lysine protein content.     

Inducer line generated double haploid seeds for combined waxy and opaque 2 grain quality in subtropical maize (<Emphasis Type="Italic">Zea mays.</Emphasis> L.)

The implementation of modern inducer lines in maize breeding can substantially decrease the time required to create elite inbred lines. In industrialized countries, this method has already largely replaced conventional backcross methods. However, the application of in vivo gynogenesis for inducing doubled haploids is still limited to European and US maize germplasms and has still to be adapted for exotic plant material. The reliability of three modern European inducer lines from the University of Hohenheim (Germany) was investigated for the production of haploid progenies from subtropical specialty maize. Three Chinese hybrids heterozygous for waxy maize and opaque 2 were used as maternal donor material, as maize double recessive for waxy and opaque 2 may improve the nutrition of ethnic minorities in Southeast Asia. However, many false positives were detected by flow cytometry among putative haploid seeds based on anthocyanin pigmentation because the color expression was inhibited in almost 50% of the induced seeds from this maternal plant material. Based on flow cytometry, the haploid induction rates were high with 10.2–12.3%, and the chromosome doubling rates were around 50%; therefore the principal potential of producing DH was confirmed for subtropical maize. However inducer lines for the precise and fast recognition of truly induced haploid seeds still need to be developed.     

小麦糯性突变体的筛选

利用SDS－PAGE技术，从河北省小麦地方品种及国内外小麦育成种1270份中，发现Wx-B1突变体63份，Wx-D1突变体4份，Wx－E2份。红蘖麦和白芒白等品种的发现，丰富了品质育种的亲本；长穗偃麦草的蜡质基因与小麦蜡质基因不同，可以进行更深入的分子水平研究。研究表明，地方品种和育成种具有相似的突变规律；国外优良品质材料含有较高的Wx-B1突变频率；国内以源自北京、山西、陕西、云南的材料突变频率最高；河北、河南、山东、江苏等省份突变频率居中；而四川、天津、黑龙江和安徽等省份的样本量太小，突变频率也最低。该频率分布规律为信后育成种筛选的重点提供了帮助。