两个棉纤维发育相关基因的克隆与特征分析

棉纤维发育突变体是克隆棉纤维发育关键基因和阐明其发育分子机理的优异资源。陆地棉李氏超短纤维突变体(Li₁li₁)是显性单基因突变体,表现为显性纯合体(Li₁Li₁)致死,显性杂合时(Li₁li₁)表型为茎秆扭曲、叶片卷曲和纤维短至6 mm,而隐性纯合体(li₁li₁)则表现为株型和纤维发育都正常。本文对开花后10 d的李氏纤维发育正常材料(li₁li₁)和超短纤维突变体(Li₁li₁)胚珠纤维混合体进行mRNA差异显示反转录PCR(DDRT-PCR)分析,获得2条在李氏纤维发育正常材料中上调表达的差异片段。测序及DNA序列的生物信息学分析表明该差异片段分别与编码谷氨酸脱羧酶和质子焦磷酸酶的基因有较高同源性。通过电子拼接,5¢RACE和全长cDNA序列验证,克隆了棉花的谷氨酸脱羧酶(GhGAD)和质子焦磷酸酶(GhVP1)基因全长cDNA, 进一步对其功能和染色体定位进行了初步分析。转录水平分析表明,这两个基因在棉花根、茎、叶和纤维中组成性表达,在棉纤维中优势表达。利用本实验室陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉海7124培育的含140个单株的BC₁作图群体,将GhGAD和 GhVP1分别定位在第12条染色体和第8条染色体。     

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...     

水稻新质源(CMS-FA)雄性不育恢复基因的遗传研究

发掘水稻新型雄性不育细胞质源CMS-FA,育成系列优质米不育系和系列新质源恢复系,组配成强优势杂交稻组合的基础上研究新质源雄性不育恢复系的恢复基因遗传。采用新质源(CMS-FA)不育系金农1A与恢复系金恢3号杂交获得杂交F₁代种子,种植F₁代,收获自交F₂代种子。用F₁分别与不育系或保持系回交,获得(不育系//不育系/恢复系和不育系/恢复系//保持系)2个测交群体。同时种植P₁、P₂、F₁、F₂、B₁F₁和B₂F₁等群体,考察花粉染色率、套袋结实率和自然结实率,卡平方测验遗传分离适合度。结果表明,不育系与恢复系杂交F₁代正常可育,育性恢复(可育)基因为显性遗传。F₂代分离出可育︰不育适合3︰1,育性恢复(可育)基因为1对显性基因控制。B₁F₁和B₂F₁代2个测交群体的可育︰不育都适合1︰1分离规律,验证了F₂代育性恢复(可育)单基因的遗传模式。暂时确定新质源(CMS-FA)核质互作三系的基因型为不育系S(SS)、保持系F(SS)和恢复系S(FF)。     

陆地棉极短纤维突变体基因Li_2的遗传与定位

Li2突变体是在纤维伸长发育阶段纤维极端缩短类型的突变体,其控制极短纤维表型的基因被命名为Li2。本文以(Li2×海7124)F2及(Li2×sub18)F2作为标记群体,结合本实验室最新的海陆种间分子遗传图谱上染色体18的标记信息,对陆地棉纤维突变体Li2的极短纤维性状进行基因定位。在(Li2×海7124)F2分离群体中,纤维性状分离比符合孟德尔3∶1的分离,证明Li2突变体的极短纤维性状是由一对完全显性单基因控制。而在(Li2×sub18)F2分离群体中,纤维性状分离比出现异常,不符合3∶1的分离比,这可能与Li2突变体的温敏特性有关。利用JoinMap 3.0连锁分析软件,使用含623个单株的(Li2×海7124)F2群体将Li2基因定位在18染色体的端部,与最近标记Z08的遗传距离为6.051 cM;使用含651个单株的(Li2×sub18)F2群体将Li2基因也定位在了18染色体的端部,与最近标记Z08的遗传距离为9.266 cM。研究结果为进一步精细定位与图位克隆该基因提供了基础。     

冬瓜果肉叶绿素含量遗传分析

对冬瓜果肉叶绿素含量遗传规律进行分析,以期为冬瓜果肉颜色控制基因的挖掘和果肉颜色的改良育种奠定基础。以冬瓜果肉白色纯化自交系(LT-1)为P₁,果肉绿色纯化自交系(LT-2)为P₂,构建四代遗传群体(P₁、P₂、F₁、F₂),利用主基因+多基因混合模型的遗传分析方法,通过分析主基因和多基因对冬瓜果肉种的叶绿素含量影响,探究冬瓜果肉叶绿素含量的遗传规律。结果表明,冬瓜果肉中叶绿素含量是由2对加性—显性—上位性主基因+加性显性多基因遗传模型调控,F₂分离群体中的主效基因遗传率为82.0696%,第一对主基因的加性效应d_a为-1.477,显性效应h_a为-1.465,且显性度h_a/d_a接近1,第二对主基因的加性效应d_b和显性效应h_b分别为-0.835、-0.715,显性度h_a/d_a...     

对一个新发现的棉纤维突变体的鉴定及特性分析

在农杆菌介导的转基因组织培养再生后代中发现了一个无绒有絮的纤维发育突变体,通过自交选择T₃代获得其纯合体,命名为CM突变体。尽管CM突变体从转基因后代中发现,但和转基因插入位点无关,推测是在组织培养过程中产生的点突变所致。通过与陆地棉遗传标准系TM-1,海岛棉军海1号,以及新乡小吉无绒有絮(XinFLM),新乡小吉无绒无絮(XinWX),徐州142无绒无絮(XZ142WX),显性光子N1N1,隐性光子n2n2、SL-7-1、MD17及T586等一系列纤维发育突变体分别配制F₂组合进行突变基因的遗传及等位性分析,结果表明CM突变体与纤维发育正常的TM-1和军海1号杂交,F₁表型均为无绒有絮,F₂表现无绒有絮和有绒有絮3∶1分离,说明该突变体与纤维发育正常材料相比,在短绒发育方面存在一个位点的差异,该突变性状由单显性基因控制。等位性测验及分子定位均表明, 控制该突变体短绒的基因与控制N1N1显性光子的N1基因等位。扫描电镜进一步证明该基因突变会造成纤维起始突起延迟。与N1N1突变体相比,CM突变体的衣分比N1N1显著高,而百粒重比N1N1极显著低。推测CM突变体中的突变基因与显性N1基因为复等位基因。     

玉米叶绿素含量基因效应分析

为了研究控制玉米叶绿素含量的遗传规律,以叶绿素含量存在显著差异的2个普通玉米自交系组配的P₁、P₂、F₁、BC₁、BC₂、F₂ 6个世代为试验材料,运用主基因+多基因遗传模型分析方法,探明玉米叶绿素含量的遗传模型,并进行遗传参数估计。结果表明,F₁叶绿素含量杂种优势表现为正向离中亲优势,无超亲优势;玉米叶绿素含量的遗传受2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因共同控制,以主基因遗传为主,非加性效应大于加性效应;2对主基因与多基因的加性效应均为减效,显性效应均为增效,上位性效应累计为正向;BC₁、BC₂、F₂叶绿素含量主基因的遗传率分别为74.58%、78.62%、20.84%,多基因的遗传率分别2.84%、7.69%、68.11%。     

甜荞株高和茎粗的遗传分析

甜荞极易倒伏, 而株高和茎粗是影响甜荞倒伏的重要性状。以高秆健壮品种酉荞2号和矮秆纤细品种乌克兰大粒荞为亲本配制正、反交组合, P₁、P₂、F₁、B₁、B₂和F₂群体株高和茎粗的遗传分析表明, 株高和茎粗的最适遗传模型均为2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型。株高正交组合中2对主基因加性效应均为-1.39, 显性效应分别为-6.59和-7.91, B₁、B₂和F₂群体主基因遗传率分别是45.73%、63.49%和81.12%, 多基因遗传率分别是27.41%、0.95%和0; 反交组合中2对主基因加性效应值均为-1.63, 显性效应分别为-7.03和-4.19, B₁、B₂和F₂群体中主基因遗传率是41.51%、66.18%和81.81%, 多基因遗传率分别是11.19%、0和0。茎粗正交组合中2对主基因加性效应均为0.03, 显性效应分别为-0.50和-0.08, B₁、B₂和F₂群体中主基因遗传率分别是37.26%、48.80%和72.10%, 多基因遗传率分别是11.18%、0和0; 反交组合中2对主基因加性效应均为-0.15, 显性效应分别为-0.30和-0.16, B₁、B₂和F₂群体中主基因遗传率是76.22%、47.12%和82.51%, 多基因遗传率分别为0、14.53%和0。可见, 株高的主基因+多基因遗传率在80%以上, 可在低世代进行选择; 茎粗的主基因+多基因遗传率在80%以下, 采取合理的栽培措施可以提高荞麦抗倒伏能力。     

水稻抗咪唑啉酮类除草剂基因ALS功能标记的开发与应用

选育和利用抗除草剂水稻品种具有重要的生产实践意义。通过筛选水稻资源, 发现了抗除草剂材料金粳818, 其ALS基因编码区第1880位碱基存在一个由G到A的碱基变异, 导致丝氨酸突变为天冬酰胺, 从而具有除草剂抗性。本研究基于该位点的碱基变异, 设计了11条等位基因特异PCR (allelic-specific PCR, AS-PCR)引物, 经过优化筛选, 获得两个引物组合F1N (S1/S9)和F1M (S1/S10), 将该标记命名为AS-ALS。利用F₂群体及其亲本和杂交种, 结合AS-ALS标记检测和除草剂抗性分析, 结果表明感除草剂ALS-G等位基因型只能被F1N引物对有效扩增, 抗除草剂ALS-A等位基因型只能被F1M引物对有效扩增, 而杂合基因型能同时被两对引物F1N和F1M扩增, ALS-A纯合或杂合等位基因型都表现抗除草剂, ALS-G纯合基因型表现感除草剂。因此本研究开发的标记能有效区分除草剂抗性基因的3种基因型, 基因型与表型完全对应。该标记用于回交育种, 可以选择ALS-A杂合基因型单株, 剔除ALS-G纯合等位基因型, 在自交的F₂保留ALS-A纯合基因型单株, 连续自交, 能快速获得除草剂抗性稳定的水稻材料。该除草剂抗性基因的功能标记还可用于咪唑啉酮类除草剂抗性资源筛选。     

甜荞茎秆重心高度和抗折力的遗传分析

甜荞茎秆纤细和中空是造成甜荞极易倒伏的重要原因,茎秆重心高度和抗折力是影响甜荞倒伏的重要指标。以抗倒伏品种酉荞2号和易倒伏品种乌克兰大粒荞为亲本来配置正、反交组合。P₁、P₂、F₁、B₁、B₂和F₂群体茎秆重心高度和抗折力的遗传分析表明,茎秆重心高度最佳遗传模型为1对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因模型和2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型,以加性效应为主,主基因遗传率大于多基因遗传率,环境变异大于遗传变异,可见环境对甜荞茎秆重心高度影响极大,可通过栽培措施降低甜荞茎秆重心高度,提高抗倒伏能力。茎秆抗折力最佳遗传模型为2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型和2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因模型,以加性效应为主,2对主基因间存在明显的基因互作效应,主基因遗传率大于多基因遗传率,在F₂世代没有检测到多基因遗传率,主基因遗传率在F₂世代最高,为88.94%,选择率高,可在早期世代进行选择来提高育种效率。     

Genetic analysis of presence and absence of lint and fuzz in cotton

Cotton fibre mutants that were fuzzless and/or lintless were crossed with each other and a normal genotype (fuzzy, linted) to produce F₂ and BC₁ generations. F₂ segregation ratios from the cross of fuzzless‐lintless × fuzzy‐linted, for fuzzy‐linted, fuzzless‐linted and fuzzless‐lintless were 45 : 15 : 4. From the cross of fuzzless‐lintless × fuzzy‐linted, the F₂ segregation ratios were 9 : 39 : 16 whereas the BC₁F₁ segregation ratios from the F₁ backcrossed to fuzzless‐lintless were 1 : 3 : 4. These data suggest that the presence or absence of lint and fuzz are controlled by the interaction of four gene loci on non‐homologous chromosomes. We designate these loci as N₁, N₂, Li₃ and Li₄, where N₁ N₁ confers the presence of fuzzy, N₂N₂ confers inhibition of fuzzy initiation and development, and duplicate gene pairs, Li₃Li₃ and Li₄Li₄, determine the presence of lint. Homozygosity for li₃li₃ and li₄li₄ might also inhibit fuzz from development. In other words, they were recessive epistatic to fuzz genes.     

The inheritance model for the fiberless trait in upland cotton (<Emphasis Type="Italic">Gossypium hirsutum</Emphasis> L.) line SL1-7-1: variation on a theme

Segregating populations were developed to evaluate the inheritance of the fiberless seed phenotype of upland cotton (Gossypium hirsutum L.) line SL1-7-1. We report the inheritance of fuzzy, fuzzless and fiberless seed from crosses of SL1-7-1 with wildtype DP5690, Mexican fuzzless seed UA 3-3 (accession 143), Ballard fuzzless seed (accession 243), and MD17. Results from the F₁, F₂ and F_2:3 progeny derived from the SL1-7-1 X DP5690 indicated that the expression of the fiberless phenotype fit a three loci model with one locus being the dominant fuzzless seed allele N ₁ . The other two loci were tested to verify whether they were allelic to either recessive fuzzless seed alleles n ₂ or n ₃ . Using the segregation ratios of the F₂ progeny derived from the 143 X SL1-7-1 cross and F₂-derived F₃ families from SL1-7-1 X DP5690 with fuzzy seed (lacked N ₁ ), it is proposed that SL1-7-1 lacks the recessive n ₂ allele, but contains the n ₃ allele in the genotype of SL1-7-1. The third locus was previously not characterized and has been designated as fl ₁ (fiberless), therefore, the genotype for the fiberless phenotype of SL1-7-1 is N ₁ N ₁ fl ₁ fl ₁ n ₃ n ₃ . Fiberless lines MD17 X SL1-7-1 were crossed to verify similarities in genotypes between line and the genotype model predictability. Various combinations of the homozygous and heterozygous expression of N ₁ , n ₂ , n ₃ and fl ₁ allele produced plants with lower lint percentages.     

早衰和正常小麦近等基因系旗叶光合特性与产量比较研究

本试验以小偃54×8602高代分离品系中的早衰与对照品系近等基因系为试验材料，研究了早衰对小麦旗叶光合速率、籽粒灌浆速率及产量的影响。结果表明，早衰小麦旗叶叶绿素含量较低，而且在生育后期下降较快；在整个灌浆期，旗叶光合速率、PSⅡ最大光化学效率F_v/F_m均低于对照；光饱和点低而光补偿点高，     

两个棉纤维发育突变体分子生物学研究进展

概述了利用徐州142无绒无絮突变体和Ligon lintless-1在棉花细胞学、生物化学、遗传方式和分子生物学方面的研究进展。结果表明:徐州142无绒无絮突变体和Ligon lintless-1与它们的野生型相比,在胚珠细胞分化、纤维发育过程中的生化物质、分子生物学特性及遗传方式等方面有很大的差别。这对揭示纤维和短绒发育的遗传规律、大幅度提高棉纤维产量和品质都具有重要意义。     

棉纤维发育相关基因GhCHS、GhCPI的克隆与鉴定

  以陆地棉李氏超短纤维突变体Li₁li₁自交后代野生型li₁li₁和超短纤维突变体Li₁li₁开花后4 d的胚珠纤维的复合体的RNA为探针,通过基因芯片的方法筛选优质材料7235棉纤维伸长、次生壁加厚不同发育时期混合cDNA文库,分离出两个在两种材料中差异表达的cDNA序列,分别命名为GhCHS（GenBank登录号：EF643506）和GhCPI（GenBank登录号：EF643507）。RT-PCR分析表明：开花后4 d,GhCHS,GhCPI在陆地棉李氏野生型li₁li₁纤维中的表达量低于超短纤维突变体Li₁li₁。Southern杂交结果表明两个基因在陆地棉基因组中都存在两个拷贝     

棉纤维伸长阶段上下调基因及相关通路的分析

棉花纤维细胞是研究细胞发育机制的理想材料，陆地棉Ligon lintless(Li₁)是单基因显性超短纤维突变体, 其性状表现为长纤维极度缩短，分离得到的野生型(li₁)纤维发育正常。本实验通过cDNA芯片的方法对两个材料进行比较分析，采集开花前1 d到开花后7 d即–1 DPA ~ +7 DPA (day post anthesis)材料，检测到多个上调和下调基因，选择两个基因(CIPK和XET)进行RT-PCR和qRT-PCR的芯片验证。应用MAS (molecular analysis system)系统进行GO功能注释和Pathway的分析表明，这些差异表达基因参与脂肪酸代谢(fatty acid metabolism)，甘油脂代谢(glycerolipid metabolism)以及碳固定(reductive carboxylate cycle)等多个代谢途径。这些基因在突变体Li₁中的异常表达可能导致细胞中脂肪酸和脂肪含量变化，影响棉纤维细胞的正常发育。     

Using three selected overlapping RILs to fine-map the yield component QTL on Chro.D8 in Upland cotton

Cotton yield improvement is vital to fulfill rising global demands. The identification of major quantitative trait loci (QTL) for yield components was helpful in molecular marker-assisted selection (MAS) to improve cotton yield. We previously identified a densely populated QTL region for fiber qualities and yield components on chromosome D8 (Chro.D8) of Upland cotton from a (7235 × TM-1)RIL. In the present study, to fine-map yield component QTLs, we chose three overlapped recombinant inbred lines (RILs) with different intervals included the yield component QTLs, and backcrossed each line with TM-1 to develop three large sized mapping populations. Phenotypic data for yield components were collected in Nanjing (JES/NAU) and Xinjiang (BES/XJ) in 2006 and 2007. Three simple sequence repeat (SSR) genetic linkage maps on chro.D8 were constructed using 907 individuals in (7TR-133 × TM-1)F₂ (Pop A), 670 in (7TR-132 × TM-1)F₂ (Pop B), and 940 in (7TR-214 × TM-1)F₂ (Pop C). Three stable QTLs for boll size, two for lint percentage and one for boll number per plant,were detected on chro.D8 following analysis of three RIL backcrossed F₂/F_2:3 progeny at JES/NAU and BES/XJ although their cultivation practices differ greatly between these two cotton-growing regions. One QTL for boll number per plant exhibited a phenotypic variance (PV) of 5.6–10.1%, three QTLs for boll size exhibited 15.0–35.5% PV and two lint percentage QTLs exhibited 10.9–19.3% PV. Negative correlation between lint yield and fiber strength was confirmed.     

渐渗系IL6的遗传评价和渗入片段的鉴定

 用海岛棉3-79的6号染色体渐渗系(简称IL6)和背景亲本TM-1构建了F₂、F_2：3群体,在2年的田间重复实验中调查了18个重要农艺性状,作遗传评价。并获得F₂群体的分子数据,进行QTL定位和单标记分析。结果表明:亲本IL6中的渐渗片段,组成有3-79的6号染色体,3-79的非6号染色体和大部分的TM-1片段。IL6的产量、品质性状都优于受体亲本TM-1,遗传分析也发现产量、品质性状增效基因位点来自IL6,说明所渗入片段起着关键作用。亲本农艺性状表现和遗传分析结果表明,IL6渗入片段含有总铃数、单株铃数、衣分、果枝数、比强度、麦克隆值等性状的主基因。而QTL定位和单标记分析结果显示,IL6渗入片段含有单株铃数、衣分、果枝数、株高、子指、整齐度等性状的QTLs。