附加华山新麦草不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其生理机制分析

为了解附加华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng)不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其相关生理机制,以小麦-华山新麦草全套二体附加系及其亲本7182为研究对象,对其进行150 mmol·L^-1、250 mmol·L^-1 NaCl溶液胁迫处理,测定其芽期和苗期的7个生长指标及6个理化指标,并进行分析比较。结果表明,盐胁迫下,供试材料芽期的芽长（SL）和根长（RL）、苗期的叶片鲜重（FW）下降最为明显;4Ns、5Ns、7Ns附加系在芽期、苗期的耐盐性显著高于受体小麦7182,其中7Ns附加系耐盐能力最强,150 mmol·L^-1和250mmol·L^-1NaCl胁迫下,耐盐等级分别为Ⅰ级（高耐）和Ⅱ级（耐盐）。盐胁迫下,5Ns、7Ns附加系叶片内SOD、POD活性最高,且叶片丙二醛（MDA）含量最低,相对电导率最小;4Ns附加系脯氨酸含量较高,丙二醛含量较少。可以认为,华山新麦草4Ns、5Ns、7Ns染色体附加到小麦后,分别依赖渗透调节、抗氧化机制增强受体小麦的耐盐能力,这些附加系材料可作为新种质应用于小麦耐盐性研究和育种。     

外源NO对盐胁迫下小麦幼苗叶片丙二醛、叶绿素及氧化酶的影响

为了给小麦抗盐育种和盐渍土小麦丰产栽培提供理论依据,本试验以SNP为外源NO供体,分析不同浓度外源NO浸种对盐胁迫（100 mmol·L^-1 NaCl）下小麦幼苗叶片MDA含量、叶绿素含量、SOD活性和CAT活性的影响。结果表明,不同浓度NO可以显著降低盐胁迫后叶片中MDA含量,显著提升叶绿素a和叶绿素b含量,显著增强SOD和CAT活性（P<0.05）,其中以0.06 mmol·L^-1 SNP浸种处理效果最好。因此,外源NO对盐胁迫小麦幼苗的生长有一定的缓解作用。     

外源甜菜碱和脯氨酸对盐胁迫下大麦种子萌发及幼苗生长的影响

为探讨盐胁迫条件下外源甜菜碱（GB）和脯氨酸（Pro）对不同大麦品种种子萌发及幼苗的效应,以课题组前期筛选到的耐盐品种中川大麦和盐敏感品种ZY218为材料,在萌发期和苗期以200 mmol·L^-1NaCl为胁迫条件,分别施加浓度为0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol·L^-1的外源GB和浓度为0、5.0、15.0、30.0、45.0 mmol·L^-1的外源Pro进行处理,测定并分析了不同处理下大麦萌发及幼苗相关指标。结果表明,与不添加外源物质的对照相比,施加外源GB和Pro均可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发及地上部分生长的抑制作用;提高叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性及叶绿素含量;外源Pro可以显著增加幼苗的总根长、总根体积和总根表面积,有效缓解盐胁迫对大麦幼苗根系生长的抑制作用,且对盐敏感品种效应更大。因此,施加外源GB或Pro可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用。     

盐生草HgNHX1基因在大麦株系中的功能验证

为了探讨盐和干旱环境胁迫对转盐生草液泡膜型Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因HgNHX1大麦幼苗生长及抗逆性生理指标的影响,以转HgNHX1基因大麦及野生型株系为材料,分析盐(150 mmol· L^-1 NaCl)和自然干旱环境下转基因大麦幼苗的生长特性及生理指标的变化。结果表明,在盐胁迫条件下,随着胁迫时间的延长,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量逐渐上升;干旱胁迫条件下,转基因株系中HgNHX1 基因相对表达量呈先上升后下降的趋势,在处理3 d时达到最高。且在胁迫处理的三个不同时间点,转基因株系的相对含水量和游离脯胺酸含量均高于野生型株系,而相对电导率和丙二醛含量均低于野生型株系。这些结果说明,转基因株系中HgNHX1基因能够应答盐和干旱胁迫,具有提高大麦耐盐、抗旱性的功能。     

人工合成六倍体小麦耐盐种质资源的筛选及评价

为从人工合成六倍体小麦中筛选出耐盐种质,对来自墨西哥玉米小麦改良中心（CIMMYT）的141份人工六倍体小麦材料,采用水培法,在小麦芽期和苗期进行不同浓度NaCl胁迫处理（0、100、150和200 mmol·L^-1）,筛选适合耐盐性鉴定的盐胁迫浓度,并通过表型及生理指标测定、相关性分析、主成分分析、隶属函数分析、系统聚类等方法对人工合成六倍体小麦芽期和苗期的耐盐性进行综合评价。结果表明,盐胁迫对人工合成六倍体小麦的多数形态指标和生理指标均有不同程度的影响,根系干重和鲜重及根冠比受盐胁迫影响较大,对盐胁迫敏感性较强。100 mmol·L^-1NaCl为人工合成六倍体小麦耐盐性筛选的理想鉴定浓度。通过系统聚类将141份材料划分为四类,其中高耐盐材料17份（占12.06%）,耐盐材料61份（占  43.26%）,中度耐盐材料48份（占34.04%）,盐敏感材料15份（占10.64%）。     

水分和盐胁迫下小麦种子萌发相关性状的QTL定位

小麦萌发期对水分和盐胁迫敏感,对该时期水分和盐胁迫下种子萌发性状进行QTL定位具有重要的意义。本研究以小麦“泰农18×临麦6号” RIL群体为材料,以20%PEG-6000溶液和100 mmol·L^-1 NaCl溶液分别模拟水分和盐胁迫环境,对种子萌发期10个性状进行了QTL定位。结果表明,在正常、水分胁迫和盐胁迫3种不同处理下各性状变异较大。相关分析表明,抗旱和耐盐可能是两个独立遗传的性状,胚芽鞘长可以作为节水抗旱的鉴定指标。3种处理下共检测到10个萌发相关性状的103个QTL,其中,17个为相对高频QTL（RHF-QTL）,分布在7条染色体（1A、3A、3B、4B、7A、7B和7D）上,平均贡献率为7.55%~15.97%。这些RHF-QTL形成4个QTL簇（QTL cluster,QC）,分布在3A、7A和7D染色体上。其中,7A染色体上的QC2包括3个RHF-QTLs（ QSdw-7A.1、 QGf-7A.1和 QGi-7A.1）,均与小麦耐盐性相关;7D染色体上的QC3包括2个RHF-QTLs（ QGi-7D.1、 QGdrc-7D.1）,均与小麦节水抗旱性相关。这2个QCs增加效应均来自母本泰农18。本研究获得的RHF-QTLs和QCs,可为小麦萌发期节水抗旱和耐盐分子标记辅助选择提供理论和技术支持。     

盐胁迫对不同基因型海岛棉种子萌发特性的影响

 随盐浓度增加,海岛棉棉种吸水量显著降低,耐盐品种种子吸水量降幅低于盐敏感品种;盐胁迫下,棉种发芽时间推迟,发芽率、发芽指数和活力指数逐渐降低,幼苗胚轴长度和根长呈下降趋势,但在NaCl浓度为25 mmol·L^-1处理时表现出明显增效效应。发芽率与盐浓度的相关性分析表明：新海28号具有较高的耐盐半致死浓度和耐盐极限浓度,而新海21号可耐的浓度较低。     

多环境下大豆子粒大小性状的全基因组关联分析

为探究多环境下大豆子粒大小性状的分子遗传基础,挖掘与子粒大小性状相关的SNP位点和候选基因,利用150份大豆种质资源在2019年和2020年6个环境条件下对大豆子粒粒长、粒宽、粒厚和百粒重性状进行表型测定,并进行全基因组关联分析。结果表明：在CMLM（压缩混合线性）模型下,在6个环境条件下检测到896个与子粒大小性状显著关联的SNP位点,分布于20条染色体。不同性状检测到72个重叠的SNP位点。检测到39个稳定遗传的SNP位点,贡献率为10.68%~24.93%。通过稳定性与重叠性分析,获得35个稳定表达的SNP位点,贡献率为10.92%~23.16%。在粒宽、粒厚及百粒重性状中同时检测到显著关联的SNP位点最多,位点rs16533609的贡献率最高（16.51%）。根据稳定表达的SNP筛选候选基因,推测Glyma.03G006600、Glyma.04G077100、Glyma.08G203600、Glyma.12G195400、Glyma.17G039800、Glyma.18G202100和Glyma.20G215700等7个基因对大豆子粒大小性状有调控作用。     

中棉所35及中棉所12盐胁迫下的丙二醛含量变化及其SSR指纹图谱构建

 为初步探讨盐胁迫对棉花的影响,以耐盐品种中棉所35和盐敏感品种中棉所12为材料,用清水对照、浓度分别为100 mmol·L^-1, 200 mmol·L^-1, 300 mmol·L^-1及400 mmol·L^-1的NaCl溶液处理中棉所35和中棉所12幼苗,研究盐胁迫对棉花中丙二醛含量的影响。同时,利用SSR分子标记技术,构建了这两个棉花品种的指纹图谱,用以快速鉴定。     

小麦耐盐相关基因TaHAK1的克隆与表达分析

为了解小麦品种山融3号耐盐性的基因状况,以大麦HvHAK1为探针,通过电子克隆和PCR方法,从该品种根的cDNA文库中克隆到一个小麦的耐盐相关基因TaHAK1（High Affinity K＋transporter1）。该基因ORF全长2 405bp,编码776个氨基酸,含有8个内含子。与已报道的大麦、水稻、玉米等单子叶植物的HAK基因具有较高的相似性。RT-PCR分析表明,TaHAK1在小麦根中表达量较高,且受钾饥饿和盐胁迫诱导表达。在200mmol.L-1 NaCl胁迫条件下,TaHAK1在耐盐小麦品种山融3号中的最高表达量高于在盐敏小麦品种济南177中的最高表达量。这些结果说明,在小麦中克隆到了大麦HvHAK1的同源基因,该基因参与了小麦对高盐、低钾等非生物胁迫的响应,可能对山融3号的耐盐性具有一定贡献。     

大麦阶段性低温诱导白化突变体的转录组分析

叶色突变体是研究叶绿素代谢、叶绿体发育和光合作用的重要材料。本研究从大麦鄂啤2号(野生型)⁷Li离子突变体库中筛选获得一份大麦阶段性低温诱导白化突变体(SLTW),该突变体受低温诱导后,于五叶期叶片开始出现白化现象,温度升高后于拔节期逐步恢复为绿色。与野生型相比,该突变体叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。SLTW突变体与野生型的转录组比较分析表明,差异表达基因显著富集到类胡萝卜素合成、四吡咯结合、血红素结合、铁结合、氧化还原过程、光合作用等通路上。叶绿素合成基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.2HG0174230)和类胡萝卜素代谢基因(ID号为HORVU.MOREX.r2.5HG0354290)在SLTW突变体与野生型中的表达量均差异显著,且均检测到SNP突变,推测这些基因可能与大麦阶段性白化有关。编码光合作用-天线蛋白、细胞色素P450、跨膜转运(ABC转运)蛋白及转录因子也可能是调控大麦阶段性白化的潜在候选基因。     

周8425B衍生品种耐旱相关性状的遗传解析

解析小麦耐旱遗传机制,发掘耐旱基因,选育耐旱品种,是减少干旱对中国粮食生产安全威胁最为经济、高效的方式。周8425B是中国黄淮麦区重要的小麦骨干亲本,农艺性状优良,其衍生品种具有较好的耐旱特性。本研究基于68份来自于河南、山东等地的周8425B衍生品种,利用50K SNP芯片对耐旱相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association analysis,GWAS）。结果表明,共检测到252个显著关联的SNP标记,分布于37个位点上,可解释7.9%~21.5%的表型变异。其中,16个位点与已报道的位点位置部分重叠或一致,其余21个为新的位点。周麦16、矮抗58、郑农21、淮麦28、周麦21、郑麦379、浏虎98和偃展4110共8份品种具有较好的耐旱性,且含有较多的优异等位基因,可应用于下一步遗传育种中。本研究对解析小麦耐旱遗传机制,选育耐旱品种具有参考价值。     

大麦发芽期的耐盐性研究

通过对 7个大麦品种在不同盐 (NaCl)浓度条件下发芽率、苗高和相对生长率的比较分析。结果表明 :1 大麦发芽率同时受种子原始活力和盐浓度的影响 ,在盐碱土的种植大麦 ,应选择高活力种子种植 ;2 大麦苗高既受品种本身遗传因素的影响又受品种盐浓度的影响 ,应根据土壤盐浓度选择适宜的品种种植 ;3 发芽率和幼苗的相对生长率应同时作为衡量品种是否耐盐的指标 ,被研究品种发芽期最大耐盐 (NaCl)的浓度为 0 5 %。     

甜瓜萌芽期耐盐性筛选

以24个甜瓜品种为试材,测定盐胁迫下甜瓜种子的发芽率、发芽势、发芽指数、芽长、芽鲜重等5个指标,利用隶属函数法进行耐盐性综合评价并通过聚类分析对甜瓜材料进行种群划分.结果表明:150 mmol/L为甜瓜耐盐性筛选的适宜盐浓度,以5个指标的综合隶属函数值作为耐盐评价指标,筛选出4个相对耐盐品种(花皮甜香瓜、白雪公主、超甜小麦酥和风光黄蜜宝),7个相对盐敏感品种(黄金蜜、金红蜜、金满地、雪丽、超甜白糖罐、日本雪蜜、丰甜一号).     

干旱胁迫对中亚大麦农艺性状的影响及其相关基因定位

干旱是影响大麦产量的主要非生物胁迫之一。挖掘大麦干旱响应基因,有利于大麦耐旱品种的改良。本研究以167份中亚大麦品种为材料,测定正常灌水(出苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期各灌水1次)、灌水2次(出苗期、孕穗期各灌水1次)以及灌水1次(出苗期灌水1次)处理下大麦的株高、穗长、单株穗数和主穗小穗数,结合群体分子信息,对这4个性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。结果表明,167份中亚大麦没有明显的地理亚群。全基因组关联分析共鉴定到8个与性状关联的位点,筛选到17个与大麦抗旱性相关的潜在候选基因,其中,调控大麦株高、穗长、主穗小穗数和单株穗数的候选基因分别有7、4、4和2个。同时,对耐旱系数(drought tolerance index,DI)进行GWAS关联分析,鉴定到7个与大麦耐旱相关的QTL,分布在1H、4H、5H和7H染色体上,存在96个潜在候选基因。该研究为后期大麦分子育种和抗旱功能基因克隆提供了基础数据。     

玉米种子耐储性的全基因组关联分析及候选基因预测

以197份玉米自交系为试材,人工加速老化后进行标准发芽试验,检测种子耐储性相关表型性状,结合平均分布于玉米基因组的SNP标记进行关联分析,挖掘关联SNP位点和候选基因。结果表明,共检测出8个与相对发芽势（RGE）、相对发芽指数（RGI）、相对活力指数（RVI）和相对简易活力指数（RSVI）等性状呈显著关联的SNP位点（P<0.000 1）,分布于染色体bin1.08、bin3.08、bin4.03、bin4.05和bin6.05区域;PZE-104063000、PZE-104064763和PZE-106085414这3个SNP位点均与2个性状关联。预测到7个候选基因,分别与纤维素合成酶活性、翻译起始因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性、磷酸二酯酶活性、类囊体膜组分、脂肪酸生物合成酰基转运活性和微管有关组分等相关。     

小麦盐应答基因TaSR1的生物信息学鉴定及表达验证

为发掘小麦盐应答相关基因,利用Genevestigator在线生物信息学程序,分析了25个试验中118个样品的盐胁迫试验的转录组数据,筛选到2个盐应答候选基因。以中国春小麦为试验材料,将其三叶一心期幼苗根系置于200mmol·L~(-1)的NaCl溶液中,分别处理0、0.5、1、2、4和8h,分析候选基因的表达模式。结果表明,其中1个候选基因的表达模式与生物信息学分析结果相近,受盐胁迫诱导明显上调表达,命名为TaSR1。该基因编码区含有948个核苷酸,编码315个氨基酸。TaSR1蛋白含有KRTAP和PHA01732两个保守结构域,富含脯氨酸残基。     

Novel Sources of aus Rice for Zinc Deficiency Tolerance Identified Through Association Analysis Using High-Density SNP Array

Zinc (Zn) deficiency is a major soil constraint limiting rice crop growth and yield, yet the genetic control of tolerance mechanisms is still poorly understood. Here, we presented promising loci and candidate genes conferring tolerance to Zn deficiency and identified through association analysis using a 365 K single nucleotide polymorphism (SNP) marker array in a diverse aus (semi-wild type rice) panel. Tolerant accessions exhibited higher growth rate with relatively rare stress symptoms. Two loci on chromosomes 7 and 9 were strongly associated with plant vigor under Zn deficiency at a peak-stress stage. Based on previous microarray data from the same experimental plots, we highlighted four candidate genes whose expressions were accompanied by significant genotype and/or environment effects under Zn deficiency. Network-gene ontology supported known tolerance mechanisms, such as ascorbic acid pathway, and also suggested the importance of photosynthesis genes to overcome Zn deficiency symptoms.