分子标记辅助选择改良水稻恢复系R389及其杂交种稻瘟病抗性

为了定向改良籼稻恢复系R389及其配制的杂交种的稻瘟病抗性,利用广谱持久抗稻瘟病基因Pi9设计特异性功能分子标记Ins1-1,用于开展分子标记辅助选择连续回交育种。室内接种抗菌圃分析结果表明,Pi9基因供体亲本75-1-127对20份供试稻瘟病菌中的18个小种表现出高水平抗性,而受体亲本R389对其中11个小种表现出抗性,双亲间抗性表现与抗菌谱差异明显,抗性频率分别为90.0%,55.0%;供体亲本75-1-127在自然稻瘟病病圃的苗瘟和穗瘟抗性表现均为高抗,R389的苗瘟和穗瘟抗性表现均为高感。Ins1-1是一个基于PCR的显性DNA标记,在两亲本间表现出明显且稳定的多态性;在Pi9供体亲本75-1-127和改良获得的R389群体及其配制的杂交种基因组中均扩增出一条大小为513 bp的稳定条带,而在受体亲本R389及两优389基因组中均无扩增产物;Ins1-1标记基因型对稻瘟病抗性表型的辅助选择效率达100%。从26个含Pi9纯合等位基因的BC6F3株系中筛选出一个高抗苗瘟和穗瘟、田间性状与受体亲本R389接近的改良恢复系R389-Pi9,并用它与温敏不育系P88s配制出高抗稻瘟病的两系杂交种两优389-Pi9;田间小区栽培试验结果表明,改良恢复系及其所配置的杂交种的全生育期、株高、结实率、千粒质量等主要农艺性状与相应对照相比均无显著差异,表现为遗传背景基本一致,实现了定向改良恢复系R389及其杂交种稻瘟病抗性的目标。     

Pi9基因分子标记辅助选择改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性

为改良水稻不育系丰源A的稻瘟病抗性,以籼稻品系75-1-127作为广谱持久抗稻瘟病基因Pi9的供体亲本,先后以三系保持系丰源B和不育系丰源A为受体亲本,利用Pi9基因内共显性标记ClonDF_1R_1开展MAS连续回交育种。利用来自国内外不同稻区的33份稻瘟菌菌株进行温室内人工接种,分析丰源A、丰源B、75-1-127的抗菌谱,75-1-127的抗性频率为87.9%;而丰源A和丰源B的抗性频率均仅为33.3%。田间病圃抗性鉴定表明,75-1-127高抗苗瘟,而丰源B和丰源A高感苗瘟。结果表明,含有Pi9基因的75-1-127抗谱广、抗性水平高,在稻瘟病抗性育种中具有很大的应用前景;而丰源A和丰源B抗谱窄、抗性水平低,需要改良。根据Pi9基因序列信息开发了一个共显性分子标记ClonDF_1R_1,它从75-1-127基因组中扩增出一条320 bp的条带,而丰源B和丰源A基因组的扩增产物约450 bp。利用ClonDF_1R_1先后开展丰源B、丰源A稻瘟病抗性改良的MAS育种实践,获得了13个含Pi9纯合等位基因的改良抗病保持系丰源B-Pi9,以及11个含Pi9纯合等位基因的改良抗病不育系丰源A-Pi9。经过连续11 a的MAS回交育种实践,育成1个高抗稻瘟病、不育性稳定、柱头外露率高、农艺性状和产量性状优良的新三系不育系丰源A-Pi9-5,实现了丰源A和丰源B稻瘟病抗性的定向改良,为三系杂交水稻育种应用创制了新的亲本材料。     

利用MAS技术改良水稻两用核不育系C815S的稻瘟病抗性

为了改良水稻两用核不育系C815S的稻瘟病抗性,本研究以75-1-127(Pi9)、谷梅2号(Pi25)、谷梅4号(Pigm)、天津野生稻(Pi2-1和Pi51(t))、湘资3150(Pi47和Pi48)和魔王谷(Pi49)共6个广谱抗稻瘟病水稻品种为供体亲本,通过分子标记辅助选择育种技术,将稻瘟病抗性基因回交导入C815S。结果表明:改良的6个BC3F1群体除每穗粒数较轮回亲本极显著增加外,其他性状均与轮回亲本保持一致。利用稻瘟病菌株110-2和CHL506对BC3F2改良株系接种鉴定,发现导入了抗病基因的单株抗性增强,表明抗病基因已成功导入到受体亲本中并稳定表达,证实本研究中分子标记辅助选择抗稻瘟病基因是有效的。改良的系列两用核不育系,一方面可用于配制稻瘟病抗性增强的两系法杂交稻新组合,另一方面为进一步培育聚合多个抗稻瘟病基因的不育系提供了材料基础。     

利用分子标记辅助选择技术创制抗稻瘟病水稻新恢复系

为了选育出抗病的优良杂交水稻恢复系,本研究以含有抗稻瘟病基因Pi9的水稻材料75-1-127为供体,以杂交水稻强恢复系蜀恢527、明恢86、闽恢3301和X5为受体亲本,运用分子标记辅助选择技术与回交、复合杂交的选育方法,同时连续4年在稻瘟病重发区田间自然诱发鉴定,最终获得了6份含有抗稻瘟病基因Pi9的新株系,其中2份表现抗稻瘟病,4份表现中抗稻瘟病,而不含有Pi9基因的株系材料均表现中感病及以上。结果表明,在相同遗传背景下含有Pi9基因的株系的抗性水平明显优于不含有Pi9基因的株系。本研究利用分子标记辅助选择技术有效地培育了抗稻瘟病的水稻恢复系。     

分子标记辅助选择定向改良不育系Q211S稻瘟病的抗性

为提高水稻温敏型核不育系‘Q211S’的稻瘟病抗性,以‘Q211S’为受体材料,以携带Pi9基因的抗稻瘟病材料‘75-1-127’为供体,通过常规育种方法和分子标记辅助选择技术相结合,选育出5个抗病性改良的两系不育系。抗性鉴定及田间试验结果表明:这5个抗病性改良的两系不育系对苗瘟、穗瘟均表现较高抗性,其他特征特性与‘Q211S’相近。5个改良不育系与‘Q211S’所配组合在株高、每穗总粒数、结实率、千粒重上差异不显著;而改良不育系所配组合在稻瘟病抗性方面较‘Q211S’所配组合明显增强。     

利用分子标记辅助选择聚合Pi9(t)和Xa23基因

利用分子标记辅助选择将广谱高抗稻瘟病的Pi9(t)基因和全生育期高抗白叶枯病的Xa23基因聚合到同一优良株系中,获得了含双基因的优良株系L10～L13.用来自不同地区的20个稻瘟病小种和中国流行的7个白叶枯病小种及安徽白叶枯病小种对聚合株系进行接菌鉴定,结果显示:聚合Pi9(t)和Xa23基因的株系L10～L13同时抗稻瘟病和白叶枯病;与稻瘟病的供体亲本75-1-127相比,抗性水平相当,均达抗级(R)水平,且抗谱相同;与白叶枯病的供体CBB23相比,对白叶枯病的抗性时期一致,均表现为全生育期抗性,而且抗性水平和抗谱相似.通过田间农艺性状的筛选,获得的双基因聚合系具有较好的农艺性状,可直接应用于生产或作为抗性亲本.     

利用分子标记辅助选择聚合水稻基因Xa21和Pi9(t)

通过有性杂交和田间多代选育，利用分子标记辅助选择和田间／温室抗性鉴定，将广谱高抗白叶枯病的Xa21，基因和高抗稻瘟病的Pi9(t)基因聚合到同一品系中，获得双基因纯合且农艺性状稳定的株系。用中国7个和安徽省流行白叶枯病病菌以及多个稻瘟病小种进行抗病性鉴定，结果表明：双抗基因系同时抗白叶枯病和稻瘟病，抗性级别为HR-R，抗谱与供体亲本一致，抗性水平基本相当。室内考种结果显示：双抗基因系间株高变异较大；单株有效穗比两亲本弱；结实率和千粒重明显优于Xa21，基因的供体M12，与Pi9(t)基因的供体亲本75-1-127相当。     

分子标记辅助选择改良早籼稻1701的稻瘟病抗性

利用广谱持久抗瘟基因Pigm的紧密连锁标记S29742,通过分子标记辅助选择和连续回交育种实践,定向改良早籼稻1701的稻瘟病抗性。获得以下主要结果:Pigm基因供体亲本谷梅4号与受体亲本1701对23份供试稻瘟菌菌株的抗性表现及抗菌谱差异显著,两亲本的抗性频率分别为95.7%和39.1%。S29742是一个基于PCR的共显性DNA标记,在谷梅4号和1701之间多态性明显且稳定,在两亲本中分别扩增出一条约550 bp和一条约900 bp的条带;S29742标记基因型对稻瘟病抗性表型的选择效率可达100%。通过连续回交、选择和自交,获得含Pigm基因的BC5F2群体,在此基础上通过基因型和表型分析鉴定出3个高抗稻瘟病的BC5F3株系,并通过田间主要农艺及产量性状分析,育成一个遗传背景与受体亲本相似的抗瘟水稻新品系"1701-Pigm"。     

水稻抗稻瘟病基因Pi35功能性分子标记的开发及其应用

稻瘟病是水稻生产上的严重病害,利用抗病基因培育抗病品种是控制稻瘟病最经济而有效的措施。在日本,稻瘟病部分抗性基因Pi35作为广谱持久抗性基因已广泛应用于水稻育种和稻瘟病防治实践。但是,Pi35基因在我国的资源和品种中的分布情况不清,制约了这一重要基因在我国育种实践中的应用,急需开发实用的分子标记,并系统研究该基因在我国的品种及其亲本中的分布情况,为稻瘟病抗性育种服务。本研究通过比对抗、感品种中Pi35等位基因序列,发现一个能检测抗、感病性差异的特异SNP(3780 T),并据此开发了Pi35基因的功能性分子标记Pi35-d CAPS。利用该标记检测了抗源藤系138的衍生品种10份、微核心种质204份和主栽品种67份,结合测序鉴定,确认5份藤系138衍生品种(垦鉴稻3号、垦鉴稻6号、垦稻8号、绥粳3号和龙粳34)及2份微核心种质(粳稻品种抚宁紫皮粳子和籼稻品种细麻线)携带Pi35基因。本研究结果为通过分子育种手段高效利用Pi35基因改良我国水稻(特别是籼稻)品种的稻瘟病抗性提供了手段。     

水稻抗稻瘟病基因Pi2特异分子标记的开发与应用

稻瘟病是水稻最严重的病害之一,利用抗病基因选育抗病品种可以安全有效地防治稻瘟病。分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)技术可实现快速精准地定向培育含抗稻瘟病基因的抗性品种,但针对不同遗传背景育种材料开发设计特异性的分子标记是MAS育种的重要基础。广谱抗稻瘟病基因Pi2已被证明高抗多个国家和地区的稻瘟菌生理小种。本研究开发设计了1个新的广谱抗稻瘟病基因Pi2的共显性特异分子标记Pi2CM1,可有效区分Pi2与其等位基因Pi9、Pigm,对22份核心育种材料表现出100%的多态性,为利用MAS技术定向培育含Pi2抗病新品种提供了重要的依据。     

温度对小果博落回种子萌发的影响与血根碱合成基因表达分析

博落回属植物属于罂粟科,包括两个种:博落回Macleaya cordata (Willd.) R. Br.与小果博落回Macleaya microcarpa (Maxim.) Fedde.。博落回属植物中含有一些重要的药用活性成分。一些包含博落回提取物的产品广泛用于饲料添加剂和其他领域。当前对于博落回属植物资源的研究主要集中于博落回,而对小果博落回资源的研究较少。主要是由于小果博落回无菌苗较难获取,使得遗传转化等方面的研究很难进行。本研究在5个不同温度下筛选出小果博落回最优的萌发温度,并且分析了3个不同时期的小果博落回无菌苗中血根碱合成相关基因的表达情况。除此以外,还比较了同一时期的小果博落回与博落回的根、茎、叶组织中的血根碱合成相关基因的表达情况,为下一步小果博落回的资源开发提供了前期研究基础。     

马铃薯晚疫病菌应答WRKY基因的结构功能预测与植物表达载体构建

WRKY是一类广泛参与高等植物各种抗逆调控活动的转录因子,可以通过激活下游相关信号转导途径调节自身的应激反应,进而增强植物抗逆性。本研究通过RNA-Seq从马铃薯(Solanum tuberosum)中筛选出一个晚疫病菌诱导WRKY转录因子基因StWRKY。采用RT-PCR技术获得该基因CDS全长,并对其进行序列分析及结构功能预测。根据StWRKY蛋白序列进行同源性搜索,得到与其蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列,使用MEGA7软件对St WRKY蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建了系统进化树。利用在线工具ProtParam对StWRKY进行氨基酸理化性质分析;利用SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用SWISS-MODEL在线工具和PredictProtein在线平台分别对StWRKY蛋白二级结构和三级结构进行分析。结果表明,StWRKY核苷酸序列CDS全长为957 bp,编码含318个氨基酸的蛋白质,预测蛋白分子量为36.17 k D,等电点为6.49。既不是分泌蛋白也不是膜蛋白,未发现跨膜区、信号肽和复合螺旋区。StWRKY三维空间结构主要由无规卷曲以及β-折叠组成。通过XcmⅠ酶切、连接将StWRKY装载到pCXSN载体上,构建了该基因的超表达载体pCXSN-StWRKY。StWRKY基因的克隆,为进一步从分子水平上验证其抗晚疫病的生物学功能以及揭示马铃薯生物胁迫抗逆机制奠定基础,并为马铃薯抗病育种提供新的基因资源。     

茶树CCoAOMT基因克隆及启动子的结构分析

茶树咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)是甲基化EGCG生物合成的一种重要酶,为探明CCoAOMT基因的表达调控规律,进一步解析甲基化EGCG生物合成的调控机制。本研究采用同源克隆法获得了茶树CCoAOMT的cDNA全长序列,采用染色体步移技术(Genome walking)获得了该基因的启动子序列,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,CCo AOMT全长cDNA为1 000 bp,其中开放阅读框长735 bp,编码245个氨基酸,含有caffeoyl-CoA O-methyltransferase和SAM功能结构域;进一步分离得到CCoAOMT基因上游调控序列1 624 bp,发现其含启动子核心元件TATA-box、CAAT-box及5'UTR Py-rich stretch (高水平转录顺式作用元件)、MYB (干旱诱导时的MYB结合位点)、G-box、GAG-motif、GATA-motif、GT1-motif、Sp1 (光响应元件)、CGTCA-motif、TGACG-motif (茉莉酸甲酯响应元件)等重要顺式作用元件。由结果推测,CCoAOMT基因在转录水平受各类转录因子的调控,该结论为进一步研究CCoAOMT基因的转录调控机制提供了理论指导。     

黄金茶CsDAM2基因克隆及其功能分析

休眠是通过植物体内相应基因的表达调控机制,使植物芽停止生长,以适应外界低温、短日照等不良环境条件的结果。茶芽打破休眠的早晚,密切关系到茶树经济生产的效益。为进一步掌握茶树芽休眠与解除的分子机理>本研究克隆了可能与黄金茶发芽早相关的转录因子(dormancy associated MADS-box CsDAM2),并在烟草中过表达CsDAM2,对CsDAM2转基因烟草和野生型烟草进行低温处理。结果表明,在相同处理条件下,随着温度的降低,同野生型烟草比较,转基因烟草电导率增加幅度小,并且叶绿素荧光值降低率低,说明在抗寒性能上,转基因烟草具有显著优势,进而一定程度上证实了 CsDAM2具有提髙茶树抗寒性的作用。本研究结果为进一步揭示茶树芽休眠与解除的分子机理提供了科学依据。     

转录组学技术在茶树抗逆性的研究进展

茶树(Camellia sinensis)属山茶科山茶属,是一种重要的木本经济作物,其叶片富含多种活性物质,其中尤以儿茶素、咖啡因、茶氨酸及其他游离氨基酸等活性成分对茶叶品质有重要影响。逆境胁迫是影响茶树生长发育、产量及品质的重要因素,人们对茶树应答逆境胁迫的分子机理越来越关注。转录组学作为功能基因组学的重要组成部分,它从RNA水平上全面研究物种的基因表达情况。利用该技术研究逆境胁迫下茶树基因表达的情况,有利于阐明茶树对逆境胁迫的应答机理。本综述主要介绍应用转录组学技术研究茶树应答生物胁迫和非生物胁迫(干旱,温度,盐碱,重金属等)的进展,以期为茶树抗逆性分子机理的研究提供理论参考。     

马铃薯块茎发育期主要植物激素的动态变化

为了明晰几种主要的植物激素在马铃薯块茎形成中的作用,本研究采用LC-MS/MS法测定了马铃品种‘PB06’及品种‘会-2’块茎发育不同时期叶片、匍匐茎/块茎组织中植物激素ABA、GA3、JA和IAA含量的动态变化。结果显示,随着块茎的发育,匍匐茎/块茎中ABA及JA含量增加;叶片中ABA含量逐渐增加,JA含量先上升后下降,两个品种变化趋势相同。GA3的积累随着匍匐茎的膨大而下降;IAA含量峰值出现在匍匐茎膨大时,并且在之后匍匐茎的膨大中仍然维持高含量水平。表明,IAA及GA3对匍匐茎的伸长是必要的,ABA、JA是诱导块茎形成的正调控因子,GA3为负调控因子。该研究结果对开展植物激素调控块茎形成机理的研究具有重要的支撑作用。     

安吉白茶阶段性白化过程中光合特性的变化

为阐明安吉白茶阶段性白化过程中光合特性的变化,本研究以特殊茶树资源安吉白茶为材料,研究其阶段性白化过程中叶绿体超微结构、光合作用、光合色素和生化成分的变化。结果表明,安吉白茶白化阶段叶绿体发育受阻,已发育的叶绿体超微结构被破坏,复绿阶段则逐渐恢复正常;净光合速率、气孔导度和蒸腾作用在阶段性白化过程中整体呈上升趋势,而在白化期显著下降;胞间CO2浓度在阶段性白化过程中整体呈下降趋势,而在白化期有所升高;光合色素和茶多酚含量在阶段性白化过程中整体逐渐上升,而在白化期显著降低;总氨基酸和茶氨酸含量在阶段性白化过程中整体逐渐下降,而在白化期显著升高。为安吉白茶叶色突变和高氨基酸含量形成机制研究提供了一定的理论基础。     

组学技术应用于茶树物质代谢研究中的进展

茶树是多年生常绿木本植物,对种质资源进行有效地评价与分析是茶学研究的重要领域,茶树代谢产物如多酚类、咖啡碱、茶氨酸和多糖类等物质不仅是重要的植物天然产物,也是构成茶叶滋味、香气的特征品质成分,被广泛应用于食品、医药等行业。组学技术具有高通量、高灵敏度和系统性的特点,已成为生命科学研究中的强有力工具,也为茶树研究提供了新的方法。茶树系统生物学的研究离不开组学技术的发展,功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学等技术已应用于儿茶素、氨基酸、咖啡碱、多糖等重要功能成分的代谢研究。本研究综述了组学技术在茶树物质代谢中的研究进展,对研究中的不足之处进行了阐述,并讨论了组学技术在茶树物质代谢研究中的应用前景。     

光合作用信号途径调控陆地棉矮化的机理研究

【目的】了解光合作用信号途径基因调控陆地棉矮化的机理。【方法】以现蕾期陆地棉矮化突变体LA-1及其近等基因系LH-1茎尖为材料,通过同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, i TRAQ)结合液相质谱串联(LC-MS/MS)的定量蛋白质组学技术及定量反转录-聚合酶链式反应(Quantitative reverse-polymerase chain reaction, qRT-PCR)技术,分析两种材料中蛋白水平及m RNA水平基因表达情况,并通过生理生化方法检测两种材料光合能力差异。【结果】光合作用信号途径差异表达蛋白PsbO、PsaE、PsaH、PetF-1、PetF-2在LA-1中表达量下调,PetC和delta表达量上调。m RNA水平,除delta基因在两种材料中表达量无显著差别外,其它基因与蛋白水平具有同样的表达趋势。现蕾后,LA-1的净光合速率(P_n)、气孔导度(Cond)显著小于LH-1,蒸腾速率(Tr)极显著小于LH-1,而胞间CO2浓度(Ci)无显著差异。与LH-1相比,LA-1的实际光化学效率(Y_Ⅱ)、光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的潜在活性(F_v/F_0)显著减少,叶绿素荧光非光化学猝灭(NPQ)显著增大。【结论】陆地棉矮化突变体LA-1的矮化与光合作用信号途径存在相关性,为进一步研究LA-1矮化的分子机理及棉花的矮化育种提供基础。     

甘蓝型油菜BnDGAT3基因克隆与载体构建及其生物信息学分析

二酰甘油酰基转移酶(DGATs)是肯尼迪途径中三酰甘油合成的限速酶,DGAT3基因是DGAT基因家族重要成员之一,参与植物体内油脂代谢。为进一步探索甘蓝型油菜BnDGAT3基因功能,本研究通过查找拟南芥AtDGAT3 (AT1G48300),并在Brassica Database数据库检索到2条甘蓝型油菜DGAT3序列,以此为参考序列设计引物,在甘蓝型油菜W0111中克隆了大小均为1 071 bp的BnDGAT3两个拷贝,分别命名为BnDGAT3-1、BnDGAT3-2;经双酶切技术,构建pBI101-DGAT3-35S载体,并转化根癌农杆菌GV3101。2条BnDGAT3序列经生物信息学预测结果显示:BnDGAT3编码的氨基酸均为356,理论分子量约38 442.55 Da;BnDGAT3蛋白的二级结构大致相同且无跨膜结构,由具有TRX-like Fds及含有类似TRX-like Fd结构域的蛋白组成,属于TRX-like Fdfamily超基因家族;BnDGAT3均含有相同数目的外显子和内含子,分别位于A08、C08染色体上。本研究克隆的BnDGAT3经生物信息学分析表明该基因是DGAT3基因家族成员,为进一步探索甘蓝型油菜BnDGAT3基因功能及油菜分子育种提供帮助。