玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应

利用玉米ae1和du1隐性纯和突变自交系与普通玉米自交系48-2的杂交F₁、F₂代子粒为研究材料,通过单粒法测定子粒的直链淀粉含量和重量,用于分析玉米胚乳突变基因ae1和du1的遗传效应。结果表明：F₂代中具有ae1或者du1纯和突变的子粒表皮皱缩,重量明显下降,直链淀粉含量显著提高。在ae1与du1的杂交后代中,子粒的单粒重和直链淀粉含量没有显著变化,表明ae1与du1双突变并不能导致直链淀粉含量增加。单突变的ae1和du1群体内各子粒间的直链淀粉含量和重量差异较大,说明遗传背景中存在影响直链淀粉含量的修饰基因,表明在选育高直链淀粉玉米品系时,应当重视遗传背景的选择和修饰基因的累加。采用单粒法技术对分离后代进行直链淀粉含量和重量选择,有利于积累高直链淀粉修饰基因,是选育子粒饱满、高粒重的高直链淀粉玉米自交系的有效方法。     

Ae显性突变体对玉米农艺性状及直链淀粉含量的影响分析

玉米直链淀粉是重要的食品和工业原料,高直链淀粉性状的产生受多种酶和基因-环境等因素的共同影响。玉米ae基因（amylose extender）突变导致子粒中直链淀粉含量增高、子粒表面皱缩、淀粉颗粒呈不规则形状、尺寸不均匀且表面基质蛋白增多,用于玉米育种后获得的品种直链淀粉含量升高,产量显著降低。通过将显性Ae突变体与16份优质玉米自交系杂交,对F₁代植株进行开花期、株型、产量性状调查,分析F₁代子粒总淀粉、直链淀粉的含量。结果表明,Ae突变体与不同的自交系杂交,F₁代直链淀粉含量及产量的变化存在明显差异,与基因型有密切关系,以Ae突变体和W16F41、CA240为亲本杂交,可显著提高直链淀粉含量同时产量变化最小。根据F₁代表现筛选直链淀粉含量提高、产量变化较小的双亲配制杂交种,可加速高直链淀粉玉米新品种培育进程。     

Opaque2基因对糯玉米子粒品质的影响分析

玉米Opaque2(O2)基因突变显著影响子粒胚乳中蛋白体形成、淀粉含量、氨基酸组成等,其中,赖氨酸含量提高使营养品质大幅度提升。通过回交转育的方法构建17份糯玉米o2近等基因系,对子粒表型、种皮厚度、百粒重和粗淀粉含量等性状分析。结果表明,与对照相比,16个近等基因系子粒明显皱缩、胚乳变为粉质,6个近等基因系种皮厚度增加,11个近等基因系百粒重显著降低,12个近等基因系子粒粗淀粉含量显著降低。由此表明,o2基因的导入对糯玉米子粒表型、产量、淀粉含量等主要起负调控作用,影响程度与导入背景密切相关。     

小麦淀粉合成酶SSⅡa基因克隆及生物学分析

淀粉合成酶SSⅡa基因是小麦淀粉合成中的关键酶基因。为了从分子水平上了解造成不同小麦品种（系）淀粉含量差异的原因,本研究根据GeneBank中的SSⅡa基因序列AF155217.2设计引物,对8个不同抗性淀粉含量的小麦品种（系）SSⅡa基因进行克隆和多态性分析,并对其氨基酸序列进行结构域预测。结果表明,8个品种的SSⅡa基因序列高度保守,与GeneBank中已发表的序列相似度达98.19%以上,共发现40个单核苷酸变异,导致20个氨基酸发生了变异。蛋白结构域分析发现这些变异位点均位于α-淀粉催化酶氨基N-末端外侧,而在α-淀粉催化酶的催化区域并未发现变异位点。另外,在新春12中,还发现了一个缺失位点,缺失片段为249 bp,该缺失片段包含了糖基转移酶的部分位点。本研究为进一步从分子水平理解SSⅡa基因的结构与抗性淀粉含量之间的关系及开发分子标记辅助选择育种提供了序列信息。     

玉米中RING型E3泛素连接酶基因ZmGW2的表达分析

前期研究克隆得到ZmGW2基因, 该基因与水稻粒重相关基因OsGW2同源, 编码一个RING型E3泛素连接酶。研究表明, 该基因位于玉米的百粒重相关的QTL区域, 并且其表达量与玉米粒宽呈显著负相关。通过荧光定量PCR研究分析ZmGW2在杂交优势系中的表达量, 结果验证该基因的表达与玉米粒重呈负相关。半定量RT-PCR分析该基因在逆境胁迫下的表达模式, 结果表明, ZmGW2基因还可以被高盐(NaCl)、干旱、低温(4℃)和脱落酸(ABA)等逆境胁迫诱导表达。     

小麦QTL富集区 QC-4BS重要农艺性状基因的精细定位及 Rht1基因的效应分析

为了探明位于小麦4BS染色体上的一个QTL富集区 QC-4BS重要农艺性状的遗传效应,对 QC-4BS重要农艺性状基因进行了精细定位,并分析了位于 QC-4BS内的 Rht1基因对小麦株高（PH）、穗粒数（KNPS）、千粒重（TKW）、蛋白质含量（GPC）及容重（TW）等性状的遗传效应。结果表明, QC-4BS主要位于小麦4BS染色体的 IWA1846至IWA4662标记区间,长度为11.9 cM,对应的物理距离约为15.17 Mb,其中控制PH的QTL为 Rht1基因,距离IWA1846标记约7.16 Mb;控制GPC和KNPS的位点接近IWA482标记;控制TW的位点接近基因 Rht1。 Rht1基因除了具有明显的降低小麦PH的效应外,也可影响小麦的某些产量及品质性状,具体表现为增加小麦KNPS,降低TKW、GPC及TW。     

偃麦草ErABF1基因克隆及功能分析

抗逆相关bZIP (Basic leucine zipper) 转录因子家族基因主要参与ABA、干旱、高盐等胁迫应答反应,其过表达能够显著增强植物的抗逆性。本研究从偃麦草（Elytrigria repens L.）中分离到一个抗逆相关 ErABF1（E. repens ABA Binding Factor 1）基因,氨基酸序列比对分析发现,该基因与小麦、玉米、拟南芥等bZIP转录因子基因同源性较高,亲缘关系较近;ErABF1基因的表达受到ABA、干旱、高盐、低温的强烈诱导;在2% PEG、200 mmol·L^-1 NaCl胁迫培养基上初步功能分析表明, ErABF1过表达提高了转基因烟草对干旱、高盐的胁迫耐性。     

蔗糖合成酶(SUS)基因的SNP标记开发及其与淀粉性状的关联分析

通过直接测序法获得玉米亲本(H21和紫糯96-619)sus1基因全长序列并进行亲本间序列比对,得到120个SNP位点,通过高分辨率熔解曲线(HRM)对300个近等基因系H21 BC5F2:3进行SNP位点分型,并将后代的基因型与群体的直链淀粉含量和淀粉糊化特性进行关联分析。结果表明,marker 31与直链淀粉含量和淀粉崩解值、峰值时间、糊化特性均连锁紧密;marker 17与直链淀粉含量和淀粉的峰值时间、淀粉最终黏度均连锁紧密;marker12与直链淀粉含量、淀粉的峰值时间连锁紧密。     

玉米雄性不育突变体ms1153的遗传分析与基因定位

以玉米雄性不育突变体ms1153为材料,通过减数分裂期花粉母细胞染色体观察和不同发育时期花药石蜡切片分析突变体不育表型产生的原因,利用F₁和F₂群体确定突变体MS1153的遗传方式和基因ms1153物理位置。结果表明,与野生型相比,突变体植株在营养生长期无明显差异,在生殖生长阶段花药不能从颖壳外露,成熟花粉粒内无淀粉积累。细胞学分析发现,突变体减数分裂过程正常,但减数分裂后绒毡层降解推迟。遗传分析表明,突变体ms1153的不育性状受1对隐性核基因控制。利用图位克隆的策略将MS1153基因定位于玉米第4染色体分子标记8243与8275之间,物理区间为221.4~226.2 Mb,此区间内没有已克隆雄性育性基因,说明MS1153是一个新的玉米雄性育性基因。     

宁夏小麦品种（系）脂肪氧化酶基因的检测与分布

为给宁夏优质小麦育种和推广提供依据,本研究以180份宁夏小麦品种（系）为材料,利用分子标记检测脂肪氧化酶（LOX）基因在QLpx.caas-1AL和TaLOX-B1位点的组成情况,分析其分布特点。结果表明,不同等位变异及其组合类型的分布比例不同。在QLpx.caas-1AL位点,除了原有的3种等位变异Xwmc312-227、Xwmc312-235和Xwmc312-247外,还发现了2种新的等位变异。经测序分析,两种新变异条带大小分别为199 bp和223 bp,暂命名为Xwmc312-199和Xwmc312-223。该位点5种等位变异的分布比例分别为46.11%、32.78%、18.89%、1.11%和1.11%。在TaLOX-B1位点存在2种等位变异,即TaLOX-B1a和TaLOX-B1b,分别占15.56%和84.44%。宁夏小麦LOX基因位点存在8种等位变异组合类型,其中Xwmc312-227/TaLOX-B1b组合类型比例（40.56%）最高,Xwmc312-235/TaLOX-B1b次之（27.78%）,Xwmc312-199/TaLOX-B1b和Xwmc312-223/TaLOX-B1b最低（均为1.11%）。同时,在不同地区和相同地区不同来源品种（系）间,LOX基因的分布也存在差异。总体来看,宁夏小麦低活性LOX基因等位变异类型（Xwmc312-227/TaLOX-B1b）所占的比例明显高于高活性类型（Xwmc312-235/TaLOX-Ba1）。     

转TaSCL14基因小麦的遗传稳定性及农艺性状分析

为了获得农艺性状优良的转TaSCL14基因小麦品系,以普通小麦品种小偃39为受体获得的转TaSCL14基因小麦T1～T3代株(系)为材料,对其中TaSCL14基因的遗传稳定性和主要的农艺特性进行分析。结果表明,转TaSCL14基因小麦的T1和T2代植株的阳性率分别达到55.9%和85.6%,穗粒数、冬前分蘖与对照存在显著差异;T3代4个转基因株系3-4、3-7、3-8和3-11的阳性率达到90%以上,且TaSCL14基因在各株系中的表达水平都高于对照。与野生型相比,转基因小麦T3代部分株系的冬前分蘖、冬后分蘖、有效分蘖和小穗数均较野生型呈显著或极显著提高,但千粒重都较野生型有所降低,其中株系3-4和3-7降低幅度较大,分别达到显著和极显著水平。以上结果说明,TaSCL14基因的过表达能够影响转基因小麦的部分农艺特性,并且在株(系)间有差异。     

25份澳大利亚小麦种质的性状表现及利用

为给黄淮南片冬麦区小麦育种提供信息,对25份澳大利亚小麦种质于2016-2018年度在新乡进行了部分农艺性状调查,对其品质性状及优质亚基等进行了分析。结果表明,25份澳大利亚小麦种质多表现为春性,综合农艺性状较差;千粒重低于黄淮麦区高产对照品种周麦18,变化范围为31.4 g～43.1 g;湿面筋含量、面筋指数、稳定时间、弱化度的变化范围分别为28.0%～39.1%、55.2%～96.5%、4.0 min～25.0 min、5%～100%。从澳大利亚小麦种质中,筛选出了具有湿面筋含量高、面筋指数高、稳定时间长、面粉粉色白等优良品质特性的材料,鉴定出了含5+10亚基、7+8~*亚基(7超量表达亚基)、17+18亚基、13+16亚基、低PPO活性基因及 Wx-B1基因缺失等优异品质材料,筛选出了含有 Rht-D1b矮秆基因以及 Lr34和 Lr46抗叶锈基因的材料。利用澳大利亚小麦种质为改良亲本,与黄淮麦区表现突出的小麦品种配制三交或四交组合,按常规系谱方法对优良性状进行定向选择,培育出了综合农艺性状表现好、品质表现突出的小麦新品系。     

转AtGA2ox1基因玉米自交系和杂交种的耐旱性分析

AtGA2ox1基因是调控赤霉素代谢的关键基因。以3个AtGA2ox1基因转化体回交转育玉米自交系和配制的杂交组合为研究材料,系统开展玉米自交系和杂交种的耐旱性分析。结果表明,3个转化体在回交转育过程中,多世代间遗传稳定。苗期不同转化体玉米在干旱胁迫24 d后复水仍能正常生长;对照材料胁迫后叶片卷曲至萎蔫,复水后无法恢复生长。通过对丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等生理生化指标的跟踪监测发现,干旱胁迫条件下转基因玉米的MDA含量低于对照约20%;超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性高于对照20%,降低玉米细胞膜氧化损伤来增强转基因玉米耐旱胁迫能力,与玉米耐旱表型一致。成熟期干旱条件下,对照玉米果穗变小,穗长变短,穗重减轻。转基因杂交种的粒重和百粒重显著高于对照,其中杂交种NKYGA09*X923-1百粒重高于对照杂交种21.21%,表现出潜在的育种价值。     

北部冬麦区旱地小麦品种的演变规律

为了给北部冬麦区旱地小麦育种提供参考,利用1986-2015年国家北部冬麦区旱地小麦长治区试点参试品种的试验资料,研究其演变规律,并对产量和主要农艺性状进行相关和通径分析。结果表明,28年间北部冬麦区旱地小麦品种产量呈逐年递增趋势,年平均遗传进展分别为68.163kg·hm~(-2)或1.57%。主要农艺性状演变的总趋势是,有效穗数和千粒重增加,穗粒数略有减少,株高降低,抽穗期和成熟期提前,灌浆期延长,其年平均遗传进展分别为0.18%、0.26%、-0.03%、-0.26%、-0.12%、-0.05%、0.17%。从产量及主要农艺性状变化趋势和变异情况及区域布局、气候条件和育种现状分析,选育抗旱节水性好、高产稳产适应性广的品种是北部冬麦区旱地小麦育种面临的挑战和最终目标。为了适应当前耕作制度、生产条件和气候变化的影响,北部冬麦区旱地品种选育应在加强品种抗旱节水性选择的基础上,通过适当降低株高增强抗倒性来进一步增加穗数,通过选育穗子较大、小穗数适中、结实性好的品种来提高穗粒数,通过选择灌浆期长且灌浆速率高的品种来提高品种的千粒重。     

Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系籽粒品质的影响

为了解 Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系品质的影响,用 Sec-1位点缺失突变体与郑麦7698多次回交,系谱法辅助分子标记多代选择后得到 Sec-1位点缺失的1BL/1RS易位系（简称 Sec-1位点缺失易位系）和正常1BL/1RS易位系（简称正常易位系）,并进行品质性状、抗病性及农艺性状鉴定。结果表明,蛋白质含量、湿面筋含量、干面筋含量和中峰值高度在 Sec-1位点缺失易位系和正常易位系之间差异不显著,而 Sec-1位点缺失易位系的面筋指数、面团形成时间、稳定时间、粉质质量指数、和面时间、中峰值宽度和8 min尾宽显著高于正常易位系。正常易位系的吸水率和衰落角显著大于 Sec-1位点缺失易位系。 Sec-1位点缺失易位系的条锈病抗性和白粉病抗性均低于正常易位系,但二者之间条锈病的病情指数差异不显著,而白粉病的病情指数差异达显著水平。正常易位系与 Sec-1位点缺失易位系间的千粒重、穗粒数、产量水平差异均不显著。综上所述, Sec-1位点缺失对小麦籽粒品质的正向调控作用显著,而对农艺性状的负面效应不显著, Sec-1位点缺失突变体是研究和改良小麦籽粒品质的优良遗传材料。     

白桦花发育基因BpMADS3对玉米的遗传转化及功能验证

MADS-box基因编码多种具有重要生物学功能的转录调节因子,能够激活或抑制其他基因的转录,在调节植物根、叶、花和果实的发育尤其在开花植物花的发育过程中起到重要的调控作用。将东北白桦树中克隆得到的BpMADS3基因导入玉米中,验证其在玉米中的功能。结果表明,利用In-Fushion技术成功构建了BpMADS3基因的单子叶植物表达载体pTF101.1-T-nos-Ubi-BpMADS3,采用花粉管通道法将该基因导入玉米自交系合344中,获得5个T2代PCR和RT-PCR阳性株系,转基因株系H1-25和H1-76的散粉期和抽丝期均比对照提前,穗重、穗长、穗粗和百粒重等产量相关性状显著或极显著高于对照。研究结果初步证明,BpMADS3基因的导入对玉米花期提前和产量增加有一定的功效。     

部分玉米骨干种质对木霉穗腐病抗性及产量性状分析

在玉米吐丝后7～10 d采用针刺接种法接种非洲哈茨木霉,收获期对发病等级和相关产量性状进行调查,评估部分玉米骨干种质对木霉穗腐病抗性及木霉穗腐病对玉米产量的影响。结果显示,所选取的骨干种质中,大部分种质对木霉穗腐病表现高感,仅Mo17表现为感病,无抗性种质。木霉穗腐病对部分种质的有效穗长、百粒重、穗粒重有较大影响,PH6WC、B73、掖478和黄早四的有效穗长显著增加,最高可达32.19%,郑单958、PH6WC、Mo17、自330、掖478和黄早四的百粒重显著降低,最高可达38.46%;郑单958、Mo17、自330、掖478和黄早四的穗粒重显著降低,最高可达53.41%。木霉穗腐病可促进部分种质产生穗发芽,在不同种质间存在较大差异,PH6WC的穗发芽率高达80.00%。     

玉米抗粗缩病主效QTL (qMrdd1)的基因多效性分析

前期研究中将主效抗病QTL(qMrdd1)定位在第8染色体分子标记M103.4-M105.3之间,该抗病QTL表现为隐性基因遗传,可降低24.2%~39.3%的发病率。通过分子标记检测,在抗病系NT411(供体亲本)和感病系NT409(轮回亲本)回交多代的群体中,选择7个含有抗性QTL(qMrdd1)的杂合单株自交得到分离群体B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7和来源于同一回交后代的两对抗感病近等基因系(B8-R、B8-S和B9-R、B9-S),利用这两对近等基因系与自交系A7110、Q319、CT03、昌7-2、43684、43683、43946组配13对杂交种,在植株整个生育期内无粗缩病病毒接种的条件下,在北京、海南和山东种植不同的材料并对7个分离群体和13对杂交种进行农艺性状调查,结果表明,7个分离群体中各基因型植株以及13对杂交种在株高、穗长、穗行数等农艺性状上差异不显著,qMrdd1基因对玉米产量性状不存在多效性现象,可以应用于抗粗缩病育种。     

鲁南地区玉米产量与主要农艺性状的灰色关联度分析

对鲁南地区种植的18个玉米品种的产量与9项主要农艺性状作灰色关联度分析,结果显示:主要农艺性状对玉米产量的关联度大小为:出籽率>百粒重>行粒数>穗行数>穗长>穗粗>穗位>株高>秃尖,其中,对玉米产量影响较大的性状为出籽率(0.9412)、百粒重(0.9309)、行粒数(0.9284)、穗行数(0.9165)、穗长(0.9147)、穗粗(0.9143);其次为穗位(0.9039)、株高(0.9003);秃尖(0.5359)与玉米产量的相关性最小。