大豆蛋白含量主效位点qPRO-20-1的精细定位

蛋白质含量是大豆重要的品质性状,受多基因控制,定位大豆蛋白质含量相关位点并挖掘候选基因,对定向培育高蛋白含量大豆品种具有重要意义。本研究以优良品种黑农88作为母本与高蛋白优异种质P73-6B作为父本杂交,构建了一个由265个单株组成的F₂群体,利用中豆芯1号对F₂群体进行基因型鉴定并构建图谱,结合蛋白质含量表型数据,采用IciMapping 4.2软件在20号染色体上定位了一个QTL,物理距离为2.46 Mb,在区间附近筛选出11个多态性SSR标记并分析群体,将定位区间从2.46 Mb缩小至100.8 kb。增加Gm20＿28349696、Gm20＿30805913、Gm20＿31341532和Gm20＿31483719共4个SNP位点,进一步将区间缩小到95.8kb。对区间内包含的4个基因的9个不同组织在Phytozomev13.1和PPRDRNA-seq2个数据库中的表达量分析得到了2个候选基因,分别为Glyma.20g081800和Glyma.20g082000基因,本试验结果为大豆蛋白质含量基因克隆及蛋白质调控机制研究提供了理论基础,...     

甜玉米雄性不育突变体ms2020的表型分析和基因定位

为将雄性不育基因应用于甜玉米杂交制种中，达到降低劳动成本且保证种子纯度的目的。以来源于甜玉米自交系K78的雄性不育自发突变体male sterility 2020(ms2020)为材料，构建ms2020与甜玉米自交系M08的F₁及相应的F₂遗传群体，通过表型鉴定、遗传分析和基因定位研究ms2020甜玉米雄性不育突变体。表型鉴定结果表明：F₁群体均表现为雄性可育，F₂群体出现了育性分离。不育植株能够正常抽雄，但花药不开裂、散粉异常，花药变小且颜色淡黄；1%I₂-KI染色发现不育植株的花药内包含不能正常着色的败育花粉粒。遗传分析结果表明：育性正常植株与不育植株的比例符合3∶1,表明ms2020雄性不育突变体是由单基因控制的隐性突变体。利用BSA技术，初步将目的基因定位在7号染色体短臂上；随后利用初定位区间内的20对SSR标记对不育基因进行定位，将不育基因精细定位在标记S1和W10之间，物理距离为11.30 kb。该区间内包含Zm00001d018802和Zm00001d018803...     

玉米雄性不育突变体x50的基因定位与遗传分析

为了挖掘雄性不育种质资源，鉴定雄性育性基因，为玉米雄性不育化制种提供基础材料。以玉米雄性不育突变体x50为试验材料，研究突变体雄性不育表型，构建x50与自交系Mo17的F₁和F₂群体，确定突变体x50雄性不育性状的遗传模式。以F₂群体为材料，应用图位克隆技术定位雄性育性基因X50,通过基因等位性测验确定候选基因。结果显示，与野生型相比，雄性不育突变体x50花药不能从颖壳露出，花药体积较小且萎蔫，无成熟花粉粒形成。F₁群体植株均表现为雄性可育，F₂群体植株出现雄性育性分离，可育植株与不育植株分离比例符合3∶1,说明突变体x50不育性状受1对隐性核基因控制。通过图位克隆方法将雄性育性基因X50定位于玉米第2染色体分子标记2-4901与2-4963之间，物理区间为237.42～241.39 Mb。定位区间内候选基因分析发现，区间存在玉米雄性不育基因ZmMs33。以ms33纯合突变体ms33-6029和ms33-6052分别与x50杂合型+/x50杂交，杂交后代可育植株与不育植株分离比...     

基于GBS高密度遗传图谱初步定位西瓜种皮斑块基因

西瓜(Citrullus lanatus L.)种皮斑块是种皮覆纹类型之一,是西瓜种子的一个重要外观性状,为了深入研究种皮斑块的调控基因,本研究以种皮无斑块的西瓜自交系K2和种皮有斑块的西瓜自交系L1为亲本构建F₂代分离群体,选取F₂群体中的120株个体进行种皮斑块的遗传分析和GBS测序,测序获得所有个体的基因型,结合120株F₂群体的基因型与表型初步定位种皮斑块基因。遗传分析结果表明,F₁代种子全部为有斑块,F₂代种子出现有斑块和无斑块两种表型,且有斑块:无斑块接近于3:1,说明种皮斑块性状是由显性单基因调控。利用GBS技术所构建的西瓜高密度遗传图谱将种皮斑块基因初步定位到10号染色体物理距离为2.28 Mb[17876993~20156867(97103 V1.0)]的区间内。通过CAPS分子标记加密,将种皮斑块基因候选区段缩小到10号染色体[24581840~26210948(97103 V2.0)]区间内,其物理距离为1.63 Mb。本研究结果为后期精细定位种皮斑块基因打下了基础。     

水稻抗稻瘟病基因Pi47的精细定位和候选基因分析

不断挖掘和克隆抗稻瘟病新基因, 是解析水稻抗病分子遗传机制和培育抗稻瘟病新品种的重要基础。Pi47是笔者从广谱、持久抗稻瘟病湖南地方品种湘资3150中鉴定的稻瘟病抗性基因, 前期研究将其初步定位于第11染色体标记RM224和RM5926间。本研究利用3个Pi47单基因系与感病亲本CO39杂交F₂群体1687个感病单株对Pi47精细定位, 利用6个STS标记对3个单基因系进行背景分析, 采用生物信息学方法进行了候选基因分析。结果表明, Pi47被精细定位于CAPS标记S32与K33间0.24 cM区域的171.2 kb物理区间内, 背景分析将Pi47进一步缩小至SC12和K33间67.8 kb的区间内; 该区间含有8个结构基因, 其中2个编码NBS-LRR抗病类似蛋白, 为Pi47的候选功能基因。稻瘟菌抗谱比较分析发现, Pi47单基因系与其定位区间内4个Pik位点的等位基因Pik、Pikm、Pikh和Pikp的近等基因系抗谱不同。这些结果为进一步克隆Pi47和利用其进行分子标记辅助选择培育抗稻瘟病水稻新品种奠定了基础。     

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。     

基于BSA-seq技术对豌豆花色基因的精细定位

BSA-seq技术在挖掘农艺性状相关的新基因中已被广泛应用,随着豌豆首个参考基因组问世,将BSA-seq技术结合豌豆基因组的基因定位策略势在必行。本研究利用紫花亲本G0004562、白花亲本G0002930以及F₂群体,通过BSA-seq技术对豌豆花色基因进行初步定位,获得31.42Mb定位区间,再通过设计InDel分子标记分析进一步缩小定位区间,最终将目标基因定位在包含19个基因的0.99 Mb区间内,通过基因注释信息推测出Psat6g060480.1为豌豆花色候选基因。本研究结果验证了BSA-seq技术快速高效定位豌豆花色基因的可行性,为利用该技术挖掘豌豆其他重要农艺性状相关基因奠定了基础。     

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。     

水稻类病变突变体c5的遗传分析与目标基因的精细定位

水稻类病变突变体c5是由粳稻品种中花11种子经化学诱变剂EMS (甲基磺酸乙酯)诱变处理得到的。该突变体叶片在三叶期开始出现近似圆形褐色斑点,经DAB染色和台酚蓝染色显示这些斑点积累了过多的H₂O₂并引起程序性细胞死亡。与野生型相比,突变体c5的成熟期株高从110.4 cm减少到74.6 cm,有效分蘖数和每穗着粒数分别减少23.7%和28.5%,千粒重和结实率都显著降低,此外,c5还表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,对10个菲律宾生理小种都有强烈的抗性反应。遗传分析表明,c5的突变性状受单隐性核基因控制。利用c5和明恢86配组形成的包含6269个单株的F₂群体和18个分子标记,将c基因限定在水稻第5染色体长臂STS标记S41和S47之间大约102 kb的遗传距离内。序列分析发现该区间内其中有11个编码基因,且它们与现已报道的类病变基因都不同,暗示c5可能是一个新型类病变性状控制基因。     

ph1b、ph2a、ph2b基因在小麦与卵穗山羊草、小伞山羊草、离果山羊草F1杂种中的作用

迄今为止,仅Sharma等1986年研究报道了phlb基因诱导小麦与离果山羊草F₁杂种染色体配对作用,但没有在离果山羊草及其它山羊草中发现染色体配对促进基因或抑制基因,尚无phlb基因诱导小麦与卵穗山羊草F₁及ph2a、ph2b基因诱导小麦与这3个山羊草F₁染色体配对作用的报道。Farooq等1990年报道易变山羊草不同品系影响F₁染色体配对。     

利用PyBSASeq算法挖掘大豆百粒重相关位点与候选基因

基于量化染色体区间上与目标性状相关多态性位点的富集程度这一原理开发的PyBSASeq算法,被证实更适合进行基于BSA-seq技术的复杂数量性状遗传解析。本研究采用该算法,以‘滑皮豆’和‘齐黄26’为亲本杂交所衍生的包含149个RILs为材料,挖掘与大豆百粒重相关位点,共获得11个与目标性状紧密关联的候选区域,分别位于1号、2号、4号、7号、9号、14号和16号染色体,其中qSW4-1、qSW9-1、qSW9-2和qSW7-1与已报道大豆百粒重QTL位置一致。候选区域共包含218个编码基因,根据基因表达特性和单倍型分析结果,最终获得2个与目标性状相关的候选基因Glyma.02G075000和Glyma.04G082500,分别参与蔗糖的运输和维生素E的生物合成。研究结果将有助于大豆百粒重遗传机制的阐释,并为基于BSA-Seq技术的数量性状研究提供参考。     

基于BSA-seq的甜瓜抗枯萎病相关基因的定位与候选基因的注释

为挖掘甜瓜抗枯萎病相关基因,本研究以高抗枯萎病自交系YN为母本,高感枯萎病自交系CG为父本构建F₂群体,基于F₂群体分别构建极端高抗混池和高感混池,对子代混池和双亲池开展30×覆盖深度的全基因组重测序,通过计算2个子代池的SNP-index,比较SNP-index在高抗池与高感池染色体各区段的差异,定位与抗病性的关联区域,根据基因注释信息,预测候选基因。结果表明4个样本获得的SNP位点和InDel分别在91万～250万个之间和17万～45万个之间。基于SNP-index关联分析,在99%的置信区间内将候选区域定位到甜瓜染色体Chr.9的1个区间,总长度为1.37 Mb,位于1～1 370 000 bp区间,包含197个基因,SNP-inDel位点数7 442个。通过对候选区域内的基因进行KEGG、GO数据库分析发现,候选基因分别被注释到18个生物学进程、9个细胞组分和6个分子功能中;主要参与氨基酸生物合成、氨基酸代谢、酯类代谢、糖类代谢等,经分析在候选区域内与抗病性相关的基因共有22个,3个与F-box基因相关,3个水解蛋白相关基因,4个乙烯...     

陆地棉Li1纯合显性不致死重组体的遗传分析

极短纤维突变体Li₁自国外引入本实验室后,出现了纯合致死现象。而在杂交组合(Li₁×XZ142 FLM)的后代中意外发现了一些Li₁基因纯合的突变体株系,其自交后代均为极短纤维。这种Li₁基因显性纯合不致死突变体被命名为Li-R重组体。本实验利用Li-R重组体分别与TM-1、海7124及突变体Li₁新组配了3个F₂群体,对Li-R重组体进行遗传分析。组合Li-R×XZ142 FLM、Li-R×TM-1、Li-R×海7124及Li-R×Li₁的F₂后代的分离结果均表明, Li-R重组体的纯合显性不致死表型是由2对基因控制的,一个是显性基因Li₁,另一个是来自XZ142 FLM的隐性基因li_a。其中的li_a基因是本实验室新提出的一个基因。因而Li-R的基因型就是li_ali_aLi₁Li₁;并由此推断,Li₁纯合致死突变体的基因型是Li_aLi_aLi₁Li₁,XZ142 FLM的基因型为li_ali_ali₁li₁,1929年发现的Li₁显性杂合突变体的基因型为Li_aLi_aLi₁li₁。利用(Li-R×TM-1)F_2:3进一步分析Li-R中的新基因li_a的等位性,发现li_a与控制纤维起始发育的基因li₃、n₂均不等位。新基因li_a的提出,进一步丰富了纤维发育基因资源。     

一个水稻黄绿叶突变基因的定位和遗传研究

从粳稻品种日本晴经⁶⁰Co诱变的M₁材料中发现一个黄绿叶突变体, 其叶片从萌发到三叶前期表现白化, 三叶后期开始转为黄绿叶, 直到衰老。遗传分析表明, 该突变表型受一对隐性核基因控制, 将该黄绿叶突变体暂定名为ygl8951。与野生型相比, ygl8951的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低。电子显微镜观察表明ygl8951内叶绿体数量明显减少, 叶绿体内没有基粒类囊体, 只有类似间质类囊体结构。基因表达定量分析表明, 突变体中光系统I和光系统II基因表达水平明显下调, 核糖体结构基因和质体编码的RNA聚合酶亚基基因表达明显上调。利用ygl8951与籼稻品种黄华占杂交获得的F₂分离群体, 将该基因定位于水稻第6染色体上的In/Del标记607489与607611之间, 物理距离191 kb的范围内, 通过分析确认该基因为一个新的调控叶色的基因。     

甘蓝型油菜与播娘蒿原生质体融合杂种后代的遗传研究

甘蓝型油菜(2n=38)与播娘蒿(2n=28)原生质体融合杂种F₁连续自交3代,获得F₂、F₃和F₄后代。用细胞学和SSR分子标记方法,分析杂种后代的染色体数目变异、减数分裂行为以及播娘蒿遗传成分的保留情况。结果表明在F₂、F₃和F₄代中,根尖细胞染色体平均数分别为38.47±3.17、37.65±3.23和36.66±2.95,随着自交世代增加呈减少趋势;在杂种后代减数分裂中,观察到染色体桥、染色体落后、染色体周期不同步、不均等分离等现象;杂种后代F₂、F₃和F₄代中检测到播娘蒿特征条带的平均频率分别为9.62%、2.99%和0.31%,呈减少趋势。因此要实现播娘蒿种质向油菜渗入应该重视F₂世代的选择。     

玉米穗部性状QTL定位与候选基因分析

本研究以热带玉米骨干自交系T32和QR273为亲本构建的150份F₂、F_2∶3分离家系为材料，利用简化基因组测序技术(GBS)对F₂单株的基因型鉴定，同时分别在甘肃张掖和贵州贵阳两环境条件下对F_2∶3家系的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和秃尖长等5个穗部相关性状进行表型评价，采用完备区间作图法进行QTL定位。结果表明，两个环境下共检测到46个穗部相关性状QTL,分布于10条染色体上，可分别解释表型变异范围为1.89%～17.18%,可解释穗部性状表型变异大于10%的QTL有6个。结合公共数据库，利用生物信息学分析策略，预测出6个控制穗部性状变异的候选基因(Zm00001d041072,Zm00001d053048,Zm00001d011355,Zm00001d041073,Zm00001d030086,Zm00001d030088),这些基因所编码的蛋白具有植物生长发育、激素合成、营养成分转运和其他许多生物学功能，可作为后续基因图位克隆和分子辅助育种的候选靶标。     

水稻类病斑突变体spl34的鉴定与基因精细定位

利用化学诱变剂EMS处理籼型水稻恢复系“缙恢10号”, 从其后代中筛选到1个遗传稳定的类病斑突变体spl34。该突变体于分蘖后期在下部叶片的叶鞘上开始出现褐色的类病斑, 随后沿着中脉扩散至整个叶片, 成熟期扩散至整个植株。相比于野生型, 该突变体的株高显著变矮, 穗长显著变短, 穗粒数、结实率和千粒重极显著降低。遮光试验和组织化学分析表明, 突变体类病斑的形成受光诱导, 在类病斑形成部位发生大量过氧化氢沉积和细胞程序性死亡。荧光显微镜观察发现, 在紫外光照射下突变体产生的荧光较野生型弱。与野生型相比, 突变体spl34的H₂O₂和O₂^-含量较高, 而CAT、POD和T-SOD等保护酶的活性显著降低; 稻瘟病抗性无明显差异或略显降低。遗传分析表明, 突变体spl34的表型受1对隐性核基因控制。基因定位结果表明, 该基因定位于第4染色体的LR49和LR52两个分子标记之间, 物理距离为200 kb。测序分析发现该区间内的候选基因LOC_Os04g56480的第3449位碱基发生突变(G3449T), 导致色氨酸替换为半胱氨酸。qRT-PCR结果表明该基因在突变体内表达量降低, 而部分病程相关基因的表达量则升高。     

大豆根茎过渡区弯曲突变体Mrstz的鉴定与基因定位

植物根茎过渡区(root-stemtransitionzone,RSTZ)将根和茎相互连接,其发育形态决定了大豆的地上部株型和抗倒伏潜力。本研究通过EMS诱变获得一个RSTZ弯曲或旋转的大豆突变体M_rstz,其形态特征能够稳定遗传,是探究大豆茎秆发育规律的特异材料。将该突变体和栽培大豆中黄13杂交构建重组自交系群体,对群体中直立和弯曲型后代的RSTZ进行解剖结构比较,发现弯曲型株系比直立型株系的维管形成层较宽、次生木质部细胞层数较多、细胞形状不规则,表明维管组织分化可能是导致RSTZ形态发生差异的重要因素之一。进一步对化学组分测定发现,木质素和粗纤维含量越高越不易弯曲。选取RIL群体中弯曲型和直立型2种极端株系进行BSA-Seq,采用SNP-index和InDel-index关联分析方法鉴定到调控RSTZ形态的关联区域Chr19:43030943～45849854,该区间共含有319个基因。结合生物信息学分析、基因注释信息和表达丰度分析筛选到7个候选基因,分别为Glyma.19G170200、Glyma.19G201500、Glyma.19G187800、Glym...     

大豆突变体ygl2黄绿叶基因的精细定位

叶片是大豆进行光合碳同化的主要器官,其颜色与光能的捕获力和转化效率有关,也与大豆的产量密切相关。因此,大豆叶色相关基因的挖掘对从光合碳同化途径解析大豆产量问题具有重要意义。黄绿叶是区别于大豆普通绿色叶片的突变类型,是研究大豆叶色相关基因的重要遗传材料。本研究发现了一个黄绿叶突变体ygl2(yellow-green leaf 2),该突变体是由大豆品系GL11自然突变而来,其黄绿叶表型可以稳定遗传。与绿叶野生型GL11相比较,突变体ygl2叶片中叶绿素含量极显著降低,株高、百粒重、蛋白含量均存在显著差异。利用GL11和ygl2构建分离群体,遗传分析表明, ygl2的黄绿叶表型受1对隐性核基因控制,利用分离群体将黄绿叶基因ygl2定位于2号染色体末端SSR标记02₁04到02₁07之间,区间物理距离为56.1 kb,包含9个基因。本研究结果为大豆黄绿叶基因图位克隆及分子标记辅助育种奠定了基础。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。