小麦杂交种及其亲本拔节期根系基因差异表达与杂种优势关系的初步研究

 以一套小麦 4× 5双列杂交组合的根系为材料 ,利用mRNA差异显示技术结合重复PCR扩增 ,分析了拔节期杂种与其亲本根系间基因表达的差异 ,并与杂种的 10个农艺性状表现和杂种优势进行相关分析。cDNA 2次PCR重复扩增中可稳定出现的带 (992 .4条 )占总带数 (12 4 1条 )的 79.97%。统计结果显示 ,杂种和其亲本间存在显著的基因表达差异 ,可概括为双亲共沉默型 (W 1)、单亲表达沉默型 (W2 )、杂种特异表达型 (W3)和单亲表达一致型 (W 4 )这 4种差异表达类型 ,其所占比例分别为 6 .74 %、5 .93%、4 .38%和 10 .4 8%。相关分析发现 ,各种差异表达模式与杂种性状表现的相关中有 3个呈显著相关 ,与性状杂种优势的相关中则有 7个呈显著相关 ,其中双亲共沉默型 (W 1)和单亲表达沉默型 (W 2 )与主穗长和单株生物产量杂种优势均呈显著正相关 ,单亲表达一致型 (W4 )与千粒重杂种优势呈显著正相关。双亲共沉默型 (W 1)和杂种特异表达型 (W 3)与根冠比杂种优势呈显著正相关。以上研究结果表明 ,基因的差异表达与作物杂种优势的形成可能有密切关系。     

普通小麦不同优势杂交种及其亲本之间基因表达差异比较研究

为探讨小麦杂种优势形成的分子机理,本研究选用普通小麦品种（系）3338,6554和2410TD及其强优势杂种Ⅰ（3338×6655）和弱优势杂种Ⅱ（2410TD×6555）,采用mRNA差异显示技术,对生长至三叶一心（即分蘖初期）和产生二级分蘖时（即分蘖盛期）的幼苗叶片基因表达差异进行了比较研究。结果表明,小麦杂种一代苗期基因表达较亲本明显不同,表现为数量水平和质量水平上的差异,但与分蘖初期相比,小麦杂交种与亲本之间在分蘖盛期的基因表达差异更明显,并且在分蘖初期主要为量的表达差异,而生长至分蘖盛期时,质的表达差异比例显著增高,这表明小麦杂交种与亲本间的基因表达差异与发育时期有关。分析发现,强优势杂种Ⅰ与其亲本间的差异表达基因比例明显高于弱优势杂种Ⅱ。另外,无论分蘖初期或盛期,在强优势杂种组合Ⅰ中,增强型和沉默型所占比例均明显高于弱优势杂种组合Ⅱ,而单亲表达减弱型比例则较杂种组合Ⅱ低。本文还对mRNA差异显示中扩增产物的检测方法及杂种和亲本基因表达差异与杂种优势的关系进行了分析和讨论。     

大豆杂交种及其亲本苗期叶片基因差异表达与杂种优势的关系

【目的】通过基因差异表达分析揭示大豆杂种优势产生的原因,为探明大豆杂种优势的分子机理提供理论基础。【方法】采用4×5 NCⅡ设计,配制20个大豆杂交种,以大豆苗期叶片为试验材料,应用mRNA差异显示技术,分析杂交种及亲本之间的基因差异表达模式,并分析其与杂种优势的相关性。【结果】大豆杂交种和亲本之间存在着明显的基因差异表达,差异表达模式可分为单亲表达一致一型(110型)、单亲表达一致二型(011型)、双亲共沉默型(101型)、单亲表达沉默一型(100型)、单亲表达沉默二型(001型)和杂种特异表达类型(010型)6种,其中单亲表达一致一型所占比例最高(13.25%)。差异表达模式与杂种表现的相关分析结果显示,百粒质量与011型呈显著负相关,与101型呈显著正相关;节数、脂肪含量与100型呈显著正相关;差异表达模式与中亲优势(MPH)的相关分析结果显示,分枝数、单株荚数、单株粒数的MPH与110型呈显著负相关,单株粒质量的MPH与110型呈极显著负相关;差异表达模式与超亲优势(BPH)的相关分析结果显示,单株荚数的BPH与110型呈显著负相关,单株粒数和单株粒质量的BPH与110型、虫食粒率的BPH与101型均呈极显著负相关。【结论】大豆基因差异表达与杂种优势的形成存在一定程度的相关性。     

芸薹种蔬菜杂交种及其亲本莲座期基因差异表达与杂种优势的关系

 以'矮脚黄'白菜自交系（97-3-2）、'黄心乌'自交系（003-27）、'上海青'自交系（98-4-2）、'黄芽菜'自交系（97-8-6）和'白蔓菁'芜菁自交系（001-24）为亲本及其杂交所得6个F1代为材料，利用cDNA-AFLP技术，分析杂种与亲本莲座期叶片的基因差异表达类型与构成主要生物学产量性状的杂种优势关系。结果表明，基因的差异表达与杂种优势的形成有密切关系，相关分析发现双亲共沉默（ABF1）与叶片数杂种优势呈显著正相关；单亲表达沉默（UNP）与株高杂种优势呈显著正相关。     

鹅掌楸种间杂交组合叶芽发育时期基因表达的差异

以鹅掌楸属植物正反交2个组合为材料,利用DDRT-PcR技术,研究其在不同生长发育阶段基因表达的差异.结果表明:2组合总条带表达数都是在生长旺盛期最大,休眠期次之,萌动期最小.杂种鹅掌楸H×M和BM×J的双亲共沉默型(Ⅰ)、杂种特异表达型(Ⅱ)在不同生长时期均存在极显著差异.而单亲表达一致型(Ⅲ)、单亲表达沉默型(Ⅳ)...     

酸性磷酸酶苗期预测甘兰型油菜杂种优势的研究

对甘兰型油菜７个亲本及２１个杂交组合苗期的酸性磷酸酶同工酶测定表明，凡具有杂种酶带的组合，都有产量优势，否则无杂种优势。具有２－３条酶带和酶活强的组合，并量优势高，酶活性中等或较弱的组合，产量优势也属中等。只具一条酶带，但两亲本酶谱差异大，活性较强的组合，产量优势强；酶活性中等或较弱的组合，产量优势中等；两亲酶谱差异不大，酶性较弱的组合，产量优势低。据此可早期预测甘兰型油菜杂种优势。减轻田间工作量     

辣椒杂交种与亲本苗期叶片基因差异表达分析

目前辣椒杂种优势的利用已取得很大成效,但是辣椒杂种优势的分子机理仍然不明。辣椒杂种优势的分子机理是一个重要的生物学和农学课题。为比较分析苗期辣椒杂交种(D6×D7,D7×D6)及其亲本(D6、D7)的成熟功能叶转录谱,把4个功能叶c DNA文库在Illumina Hi Seq 2000平台进行RNASeq分析。通过转录组测序,共得到0.6亿条原始的reads,经过筛选获得0.44亿条高质量reads(100 bp)。基因存在与缺失变异统计结果表明,单亲表达一致型有1068个(6.20%)和780个(4.56%)基因分别在正交(D6×D7)和反交(D7×D6)中被检测到,在4种基因存在与缺失变异类型中所占比例比较高。对双亲表达量不同的基因作进一步表达模式分析,结果表明,杂种(正、反交)与双亲相比,大部分基因呈均非加性表达,加性表达基因比例不足8%,在非加性表达基因中,超显性表达的基因占大多数,正、反交分别为66.08%和62.96%,这与偏单亲的显性模型分析结论相一致。     

距离分析方法在提型杂种小麦亲本选配中的应用研究

本研究利用提型杂种小麦的60个亲本,47个 F_1杂种,在选用性状不同的情况下研究了亲本数量性状遗传距离与 F_1单株产量杂种优势的关系,分析了提型杂种小麦的亲本选配问题,并对遗传距离与杂种优势关系的研究方法等问题进行了讨论。     

玉米杂交种与亲本苗期叶片差异表达蛋白谱分析

【目的】建立玉米杂交种与亲本苗期叶片差异表达蛋白谱,探讨叶片大小杂种优势形成的分子机理。【方法】以玉米强优势杂交种Mo17/B73及其亲本发芽后第5天的第3片叶为材料,采用双向电泳技术（2-DE）,结合MALDI TOF MS质谱技术,建立叶片细胞分裂和生长关键区域的差异表达蛋白质谱,并对差异表达蛋白进行质谱鉴定。【结果】在检测到的630个蛋白质点中,有52个蛋白质点在杂交种与亲本之间的表达差异达到显著水平,表现为单亲沉默（15个）、偏高亲（13个）、偏低亲（8个）、杂种上调（6个）、杂种下调（7个）和杂种特异表达模式（3个）。另外,还成功鉴定出了其中的28个差异表达蛋白质点,涉及到代谢、胁迫响应、糖酵解、转录调控、蛋白折叠和降解、三羧酸循环、细胞骨架、发育及未知蛋白质等9个功能类别。【结论】玉米杂交种与亲本在蛋白丰度上存在明显的差异,并且差异表达蛋白涉及到多个功能类别,可能与玉米叶片大小杂种优势的形成有关。     

杂种小麦强优热组合选配规律的研究：Ⅰ.杂种优势分析

以具特异性状的四类１６个亲本完全双列杂交的１２０杂种为材料研究了１２个农艺及品质性状的杂种，结果表明：多穗×多穗类型具最高的杂种优势；品质性状杂种优势低于农艺性状优势；产量与品质性状杂成势呈显著正相关，本文还首次提出了小麦“杂种优势型”的概念，认为通过不同类型品种的杂交，如本文中多穗类型与大粒类型的杂交，有希望获得到优势组合。品质性状的杂种势多随双亲性状值的提高耐减小，杂种优势及超标优势多中×中类     

水稻基因差异表达与杂种优势的关系分析

【目的】分析水稻强、弱优势组合的基因差异表达模式特征,探讨其与杂种优势之间的关系。【方法】以扬稻6号、明恢63、特青配置的9个杂种F1为材料,利用差异显示PCR技术（differential display polymerase chain reaction,DD-PCR）分别分析分蘖期（叶片）、孕穗期（幼穗）、抽穗期（剑叶）的基因差异表达模式。【结果】同一时期内强优势组G1（父本扬稻6号）、中优势组G3（父本特青）以及弱优势组G2（父本明恢63）在母本特异表达（UNP1）、父本特异表达（UNP2）、F1特异表达（UNF1）、F1特异缺失表达（ABF1）4个基因差异表达模式上存在明显差异;相关分析表明分蘖期叶片UNP2与单株产量呈极显著正相关,来自父本的基因特异表达有利于提高杂种优势;同一优势组在不同时期的表达模式也存在明显差异,反映了基因的时空表达特征;获得19个G1、G2间特异性差异表达的基因片段,分布在除第12染色体以外的其余11条染色体上,主要涉及物质合成与运输、能量代谢、糖类代谢等重要途径。【结论】水稻强、弱优势组合F1在不同生育期基因表达模式存在显著差异,表型性状的差异可以从基因表达模式上得以反映。     

Differential Gene Expression Between Hybrids and Their Parents During the Four Crucial Stages of Cotton Growth and Development

The study aims to clarify the differential gene expression between cotton hybrids and their parents in order to better understand the molecular basis of cotton heterosis. The research focused on cotton heterotic and lower heterotic hybrids and their parents during the four crucial stages, which were analyzed using a differential display technique. The results indicated that there were both quantitative and qualitative differences in gene expression amongst them. The quantitative differences include over- and under-expression of parental genes and the dominant expression of highly-expressed parental genes in hybrids. In contrast, the qualitative differences are the following： （i） Bands were observed in both parents but not in the F1 hybrid （BPnF1）; （ii） bands occurred in either of the parents but not in the F1 hybrid （UPnF1）; （iii） bands presented only in the F1 hybrid but not in either of the parents （UF1nP）; and （iv） bands were detected in either of the parents and the F1 hybrid （UPF1）. Overall, the major differences of gene expression occurred in the qualitative level and four related differential patterns were observed. Furthermore, the amount of differential patterns during the flowering stage was relatively higher than those of other stages. At this juncture, both the amount of hybrid-specific expression patterns at flowering stage and the silenced expression patterns at boll-forming stage in highly heterotic hybrids were found higher than those in the lower heterotic ones. It was concluded that significant differences of gene expression in leaves were present between cotton hybrid and its parents during the whole growing stages. Hence, these differences might be responsible for the observed cotton heterosis.     

玉米F_1代与亲本间的过氧化物酶复性电泳分析

采用复性电泳技术,研究了洛玉23 F1代与亲本间在苗期的叶、叶鞘、种胚和根系等器官的过氧化物酶(POD)表达差异,结果表明:在F1代苗期的叶、叶鞘、种胚和根系等不同器官中均检测到了来自母本和父本的POD互补酶带,这些遗传自双亲的互补酶带可能与F1的杂交优势有关;各器官POD酶谱存在一定差异,总酶活依次为:根系>叶片>叶鞘>胚乳;在胚乳中检测到的部分共有酶带以F1代中的活性最强,说明某些酶带在遗传给后代时其活性可能还存在累加效应。     

棉花F1性状与亲本关系分析

从36 个F1优势组合中筛选出强优势组合,将P1、P2、F1 随机区组排列,3 次重复,生育期内测定植株性 状、黄萎病、产量构成要素及品质变化。通过对杂交棉强优势组合子一代与亲代间优势关系分析,揭示杂种一代变化 趋势。结果表明院杂种一代与两亲本相比,株高、果枝数超过高值亲本Y5-1,生育期与早熟亲本一致,果枝始节位、第 一果枝高接近两亲本均值;抗病能力超过病重亲本,但低于病轻亲本;铃重极显著高于双亲,籽皮棉产量均表现出明 显的正向中亲优势和超亲优势,优势分别达到76.6%、25.4%。品质性状中,没有表现出超亲优势,纤维长度和成熟度 指数与高值亲本P2相同,其余性状数值都接近于中亲值。指出种质创新、选择在杂优利用中的重要作用,同时应根据 新疆实际情况加强对杂交二代的选育研究。     

小麦种间杂种优势研究:Ⅰ.普通小麦与斯卑尔脱小麦及密穗小麦种间杂种产量和品质优势

以6个普通小麦为母本,5个斯卑尔脱小麦和 5个密穗小麦为父本配制6×10种间 NCⅡ双列杂交组合,对其杂种F1的产量及品质性状进行了研究。结果发现:小麦种间杂种在产量上具有明显的杂种优势,其中斯卑尔脱小麦与普通小麦所配的30个种间杂交组合产量杂种优势平均为109.24%(43.14%~187.96%),单株穗数及千粒重平均优势较大且与产量优势的相关分别达极显著水平和显著水平;密穗小麦与普通小麦所配的30个种间杂种的杂种优势为77.19%(-2.18%~143.42%),单株穗数和主穗粒数优势较大且与产量优势的相关均达极显著水平。种间杂种的品质指标中籽粒硬度大多降低,但农大3226所配组合均具正向优势,密穗小麦所配种间杂种籽粒蛋白质含量及湿面筋含量低于普通小麦。但是种间杂种沉淀值的杂种优势比较普遍。认为,种间杂种的品质性状在一些组合中比普通小麦有所提高。     

利用DD-PCR技术研究扬稻6号基因的差异表达

利用DD-PCR技术对扬稻6号参与的强优势组合（扬两优6号和两优培九）、明恢63参与的弱优势组合、R13参与的中强优势组合以及亲本的基因表达进行了分析。根据基因在杂交组合和双亲中的表达情况分为8种类型,统计30个引物组合在11个参试材料中的表现,获得314组差异条带,大小在250bp至1000bp之间,其中强优势组合的差异表达带型UNP1、UNF,和ABF。明显低于弱优势组合,而DMP2和MONO则明显高于弱优势组合。用8种类型所占的比例对各参试材料进行聚类分析,结果显示,扬稻6号参与的强优势组合和明恢63参与的弱势组合明显被分为两类,两者在基因表达模型上存在一定差异。此外,在基因表达水平上探讨了扬稻6号杂种优势的特殊分子基础。     

杂交小麦苗期光合特性分析及其对强优势组合的早期预测

【目的】通过分析不同杂交小麦组合及其亲本苗期叶片的光合特性与籽粒产量的相关性,为杂交小麦强优势组合早期筛选和预测提供理论依据。【方法】以2个恢复系和4个不育系及其配制的6个杂交小麦组合为材料,在大田种植条件下测定小麦苗期叶片的光合特性,包括净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）、蒸腾速率（T_r）、水分利用效率（WUE）、叶绿素含量、Rubisco活性及其大小亚基编码基因rbcL、rbcS相对表达量;调查成熟期的产量性状,包括株高、主穗穗长、单株地上生物量、有效穗数、穗粒数、单株籽粒产量、主穗小穗数、千粒重、收获指数,并分析杂种优势以及光合性状与产量性状的相关性。【结果】杂交小麦苗期的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均表现出显著的超高亲优势,其中净光合速率的平均超高亲优势为15.4%,气孔导度为21.3%,蒸腾速率则为11.46%,净光合速率值高的恢复系所配制的杂交组合具有更高的净光合速率和杂种优势,而胞间二氧化碳浓度、水分利用效率则少数有负向优势。成熟期有效穗数、单株籽粒产量及单株生物量具有较高的超高亲优势,其中穗数的超高亲优势值达到最高,平均优势值为34.21%。相关性分析表明,净光合速率与气孔导度、蒸腾速率、单株生物量和单株籽粒产量呈显著或极显著正相关,说明气孔导度、蒸腾速率可辅助筛选高光合小麦,同时苗期净光合速率与产量关系密切。叶绿素含量、Rubisco活性、大小亚基编码基因rbcL、rbcS相对表达量的杂种优势差异较大,其中杂交小麦Rubisco活性均高于双亲,且具有显著的超高亲优势,平均超高亲优势为5.38%。编码基因中,与rbcL相比rbcS具有更高的超高亲优势和中亲优势,而叶绿素含量主要表现为负向优势,少数表现出中亲优势,极少数表现出超高亲优势,且各项指标与净光合速率均无显著相关性。【结论】杂交小麦在苗期已表现出显著的杂种优势,尤其是净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,而净光合速率与单株产量、单株生物量显著正相关,因此结合小麦杂交组合的田间表现,苗期净光合速率高低可以作为早期预测杂交组合的产量潜力的参考依据。     

陆地棉亲本配合力及杂种优势分析

采用双列杂交方法,研究了６个陆地棉（ＧｏｓｓｙｐｉｕｍｈｉｒｓｕｔｕｍＬ．）亲本材料有关产量性状的配合力、亲子关系和Ｆ１的杂种优势。结果表明：所有产量性状的一般配合力和特殊配合力方差均达到了极显著水平;相同性状不同亲本之间以及相同亲本不同性状之间的一般配合力不同;同一性状不同组合之间,以及同一组合不同性状之间的特殊配合力各异;Ｆ１与双亲一般配合力及总配合力呈极显著的正相关;产量性状均有不同程度的杂种优势,以籽棉产量、皮棉产量的杂种优势最高;５５５的一般配合力高且本身表现优良,是一个很好的高产亲本,可在棉花杂交育种及杂种优势中加以利用。