水稻秃穗突变体nsp1的遗传分析和精细定位

开展穗相关突变基因的定位与克隆有利于解析穗发育的分子调控机理,对水稻超高产分子设计育种具有重要理论价值。为探究水稻穗发育分子机理,在甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的水稻突变体库中鉴定到了一个能稳定遗传的秃穗突变体nsp1。遗传分析表明,该突变性状是由一对单隐性核基因控制。通过SSR和STS分子标记对F2分离群体进行遗传定位,最终将NSP1精细定位在4号染色体分子标记zd38和zd30之间约41.6 Kb的区间内,发现该区间共有7个预测基因,其中LOC_Os04g56780为一个与分生组织发育相关的WUSCHEL的同源基因,可能为NSP1的候选基因。本研究结果为进一步克隆该基因和功能分析奠定了基础。     

水稻叶色突变体ygr的遗传分析与基因定位

叶色突变体是研究水稻叶绿体发育、光合色素合成与降解的理想材料。前期研究在水稻保持系大面积繁殖时发现一株转绿型淡黄叶突变体ygr,为了阐明其叶色调控机理,本试验比较了ygr与野生型的主要农艺性状和光合色素含量,并对该突变体进行了遗传分析和基因定位。结果表明,与野生型相比,ygr的始穗期推迟2 d,株高、单株有效穗数、穗长、穗粒数、结实率和千粒重等主要农艺性状均无显著差异,而苗期和抽穗期的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素等光合色素含量均显著降低。遗传分析表明,ygr叶色突变性状受单隐性核基因控制,暂时将其命名为YGR。以ygr与日本晴杂交的F_2群体作为定位群体,将YGR基因定位在水稻第1号染色体分子标记WY8到WY20之间,其遗传距离分别为0.2 cM和0.5 cM。本研究结果为该基因的克隆和功能分析以及解析其突变机制奠定了基础。     

GENETIC ANALYSIS AND GENE FINE MAPPING FOR MUTATION OF YELLOW-GREEN LEAF IN RICE

通过甲基磺酸乙酯（EMS）诱变晚粳稻品种秀水09,获得了1个稳定遗传的全生育期黄绿叶突变体Ygl,遗传分析表明该突变性状由1对隐性核基因控制。利用突变体与籼稻品种珍汕97杂交,构建F2群体对突变基因进行定位,发现目的基因与第11号染色体上的SSR标记RM2459连锁,在该标记附近发展了14对InDel标记,将突变基因定位在约82kb区间内。通过在线最新水稻注释系统的基因功能预测分析,寻找候选基因,经测序发现突变体发生单碱基突变。     

大豆花荚脱落及单株荚数的QTL定位

大豆花荚脱落率和单株荚数是影响大豆单株产量的两个主要性状。研究以花荚脱落率高的大豆品种吉育73为母本及花荚脱落率低的铁荚四粒黄为父本,构建了样本容量为100的F2遗传群体。所构筑的遗传图谱总长为1 351.5 c M,具34个连锁群。利用多QTL模型(MQM)对该群体花荚脱落率和单株荚数进行QTL定位,共鉴定出2个花荚脱落率QTL,同位于GM16染色体上,遗传贡献率分别为10.9%和9.7%;同时鉴定出5个控制单株荚数的QTL,分别位于GM02、GM07、GM10、GM04和GM05染色体上,遗传贡献率介于8.8%~15.9%之间。研究结果为大豆花荚脱落性状QTL的精细定位、候选基因克隆和分子标记辅助育种提供了理论基础和育种材料。图1,表3,参34。     

基于BSA-seq的拟南芥辐射诱变突变体的基因定位

辐射诱变极易导致染色体结构变异，目前鲜有采用BSA-seq方法定位辐射诱变突变体基因的研究报道。为探索BSA-seq用于辐射诱变突变体的基因定位的可行性，本研究通过辐射诱变筛选得到一个拟南芥突变体，将其与亲本杂交，在F2代分离群体中根据表型筛选单株，构建两个极端表型的子代混池；将两个子代混池与亲本混池进行全基因组测序，使用MutMap、QTL-seq和GPS等多种BSA-seq定位策略对其进行定位分析。结果表明，多种BSA-seq定位策略均取得了一致的结果，在2号染色体上获得7 Mb的初步定位区间；使用IGV软件对该区间内的基因组进行可视化，发现该区间内存在25 189 bp的大片段缺失，缺失区段包含6个基因；通过SnpEff进行突变位点注释，经基因注释信息推测AT2G28610为候选基因；通过遗传学试验验证了该候选基因为突变基因。本研究结果为应用BSA-seq技术定位辐射诱变得到的突变位点提供了参考。     

一个水稻黄绿叶突变体ygl15的鉴定和基因定位

由籼稻品系杂交后代中发现1个黄绿叶突变体,命名为ygl15。为揭示突变体ygl15叶色变异机制,对其进行了表型鉴定和基因定位分析。结果表明,突变体ygl15从苗期开始表现为黄绿叶,叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量较野生型显著下降,并最终导致其农艺性状受到影响,表现为株高、有效穗数、单株总粒数和单株实粒数显著下降,穗长、每穗粒数和结实率的变化不显著,千粒重略有提高;基因表达分析表明,突变体ygl15叶片中,叶绿素合成和光合系统相关的基因表达上调,但血红素合成相关的基因表达下调或不变。遗传分析表明,ygl15的突变表型受1对细胞核隐性基因控制。以突变体ygl15和中花11杂交的F_2群体为定位群体,经过初步定位和精细定位,将ygl15基因定位在水稻第3号染色体上的分子标记M08124～M08175之间,物理距离约79 kb。本研究结果为进一步克隆ygl15突变基因和研究基因功能奠定了一定的理论基础。     

大豆2个种皮不完整突变体的形态特点与遗传分析

为揭示种皮不完整性遗传规律,发掘关键基因,本试验采用理化诱变剂处理不同大豆品种以创制种皮新突变体,并对其进行形态与遗传特性鉴定,其中从~(60)Co-γ射线辐照的科丰1号M_3株行发现种皮不完整突变体scd-KF,从甲基磺酸乙酯处理的南农1138-2 M_4株行发现突变体scd-NN。scd-KF突变体种皮开裂出现在种子成熟初期,种子背部纵向或横向开裂,程度与种子大小有关;scd-NN突变体种子发育早期种皮即受到影响,种子背部纵向开裂,2片子叶之间有明显裂缝,种子显著小于其野生型。遗传分析结果表明,scd-KF种皮不完整性状由单隐性基因控制,而scd-NN的突变性状在F_2符合15∶1的分离比例,可能由2对隐性基因控制。2个突变体杂交F_2植株的株高及单株荚数、粒数及每荚粒数低于正常种皮植株,但大部分性状未达到显著差异水平。本研究结果为深入揭示大豆种皮及种子发育提供了遗传材料与信息。     

晚粳稻品种浙粳22内稃突变体基因的遗传分析和基因定位

晚粳稻品种浙粳22内稃突变体是60Co γ射线对浙粳22辐照后选到的内稃约有正常内稃一半大小的突变体。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性基因控制。该内稃突变体与籼稻珍汕97杂交的F₂群体,采用SSR分子标记对突变性状基因进行初步遗传定位,把内稃突变基因定位在第9号染色体上,暂将该突变基因命名为hig1,位于RM6051和RM556之间,遗传距离为12.7cM。     

水稻淡黄叶突变体pyl3的鉴定和基因定位

利用⁶⁰Co-γ辐射诱变籼稻骨干恢复系川恢907(R907),从突变体库中筛选获得一份淡黄叶突变体pyl3 (pale yellow leaf mutant 3)。为揭示pyl3突变体淡黄叶表型的调控机制,本研究对该突变体和野生型进行表型鉴定、主要农艺性状和基因定位分析。结果表明,从苗期开始pyl3突变体整个生育期表现淡黄叶表型;与野生型相比,pyl3在苗期叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低;成熟期pyl3的株高、穗长、穗粒数和结实率等农艺性状指标均显著下降。遗传分析结果表明,pyl3突变体的表型由一对隐性核基因控制。利用分子标记连锁分析的方法将该基因初步定位于第3号染色体上InDel标记M4和M6之间,物理距离约为3.2 Mb。进一步基于BSA全基因组重测序和Sanger测序分析发现,pyl3突变体在定位区间内编码Mg-原卟啉Ⅸ螯合酶CHLI亚基的基因编码区第1 034位碱基C突变为碱基T,导致编码的第345位的半胱氨酸(Cys)突变为酪氨酸(Tyr)。pyl3突变体中携带的CHLI^pyl3是已报道黄绿叶基因chl9/chli的新等位基因。qRT-PCR分析结果显示,pyl3突变体中叶绿素合成和光合作用相关基因的表达发生变化。本研究为进一步解析CHLI基因调控水稻叶色的分子机制提供了新的遗传材料和理论依据。     

浙粳22类病斑突变体spl(t)特征及其基因定位

在浙粳22辐照的突变体库中,筛选出一个对环境不敏感的全生育期表达的类病斑突变体。遗传分析表明,该突变性状由1对隐性核基因spl(t)控制。利用SSR标记对类病斑突变体spl(t)与珍汕97B杂交构建的F2群体进行基因定位,把spl(t)基因定位在第12号染色体短臂端的着丝粒附近,位于SSR标记RM7195与RM27929之间的0.8cM区间内。锥虫蓝染色检测结果表明spl(t)类病斑的形成和发展是一个程序性细胞死亡的过程。进一步研究表明,这种程序性细胞死亡是由H2O2氧迸发而致。突变体经白叶枯病和稻瘟病鉴定,表明该突变体的抗病性与野生型品种浙粳22相仿。     

水稻短根突变体ksr8的表型分析和基因克隆

本研究前期由籼稻品种Kasalath经EMS诱变获得一个短根突变体ksr8,为揭示该突变体根系发育的分子机制,对其进行了表型鉴定、遗传分析、基因定位、转基因互补验证以及外源精氨酸处理。表型分析表明,ksr8幼苗的株高、主根、侧根和不定根长度均变短,成熟期植株较野生型矮小、分蘖数与每穗实粒数都减少。根尖树脂半超薄切片及醋酸洋红染色显示,ksr8的短根表型与伸长区细胞变短和根尖细胞分裂有关。遗传分析结果表明,ksr8的突变表型受隐性单基因控制,利用图位克隆技术将突变基因定位于3号染色体的分子标记InD3和RM3280之间,物理距离约106 kb,在该定位区间内包含一个编码催化精氨酸合成通路最后一个步骤的精氨酰琥珀酸裂解酶基因OsASL1(LOC_Os03g19280)。测序结果表明,突变体ksr8中OsASL1基因第3外显子内(CDS 653 bp处)的G突变成A,导致编码的218位精氨酸(R)突变为赖氨酸(K);转基因互补试验证实ksr8的表型是由该基因突变引起;进一步分析发现,外源精氨酸添加可以恢复ksr8的根系缺陷表型。本研究结果证明了突变基因ksr8是OsASL1的新等位基因,进一步明确了OsASL1在水稻根系发育过程中的重要作用,为解析水稻根系发育的分子机制提供了基因资源和理论依据。     

水稻突变体des2和des5的研究和定位(英文)

小穗发育是决定水稻产量的主要农艺性状,鉴定控制小穗发育的关键基因对研究和分析调控农艺性状的分子机理是至关重要的。本文中,我们鉴定了一组小穗数目明显减少的突变体,命名为decreased spikelets(des),这里详细研究des2和des5两个突变体。结果显示des2是由单基因隐性位点控制,图位克隆将此位点定位到6号染色体的长臂上,并最终克隆了此基因,发现des2是moc1的一个新的等位突变体。定位克隆和序列分析显示在des5中,LAX基因的编码HLH(螺旋-环-螺旋)结构域的区域发生了一个点突变,暗示des5是lax的一个新的等位突变体。我们的结果暗示小穗和水稻叶腋分枝的发育受相同的遗传途径调控。     

陇中半干旱区小豆新品系引种鉴定试验

为了鉴定筛选出适宜陇中半干旱区种植的高产抗病小豆新品系。以京农6号为对照品种,对引自中国农业科学院作物科学研究所的7个小豆新品系的生育时期、农艺性状、籽粒产量、抗逆性和抗病性等进行试验观察。结果表明,参试品系生长习性均为直立型,生育期122～129 d;均为中晚熟品系;田间抗旱性、抗倒伏性强,高抗白粉病,中抗病毒病和叶斑病。其中ZKS小豆7株高85 cm、主茎分枝数4.6个、主茎节数14.2个、单株荚数61.7个、荚长17.7 cm、荚粒数9.8个、百粒重19.5 g,折合平均产量3 533.33 kg/hm2,较对照品种京农6号增产6.53%,田间抗旱性、抗倒伏性强,高抗白粉病、病毒病、叶斑病、适应性好。ZKS小豆4株高80 cm、主茎分枝数4.4个、主茎节数13.8个、单株荚数58.8个、荚长16.9 cm、荚粒数9.3个、百粒重18.3 g,折合平均产量 3 400.00 kg/ hm2,较对照品种京农6号增产2.51%,抗旱性、抗倒伏性强,高抗白粉病、叶斑病,中抗病毒病,适应性较好。ZKS小豆7和ZKS小豆4可以在陇中半干旱地区进一步推广种植。     

水稻叶早衰突变体es33的鉴定和基因定位

利用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变单季常规晚粳稻浙粳99,获得叶早衰突变体es33。为揭示es33突变体早衰的分子调控机制,以野生型浙粳99为对照,对突变体进行表型鉴定,统计农艺性状和测定光合性能,并对早衰基因ES33进行定位。结果表明,突变体es33幼苗在播种后第10天,第2和第3叶的叶尖出现明显干枯早衰现象,与野生型相比,分蘖盛期叶片光合色素含量降低、叶绿体结构疏松、光合作用减弱、部分酶活性降低,成熟期植株矮小、分蘖少、衰老严重。遗传分析结果表明,突变体es33早衰性状受一对隐性核基因控制,利用基因定位和重测序技术,将控制该性状的基因定位在水稻第3号染色体上的SSR标记STS-15和G24之间,物理距离为977.8 kb,经测序确定LOC_Os03g31550为候选基因;ES33基因第11个外显子发生4个碱基的缺失,造成移码突变,导致蛋白(黄嘌呤脱氢酶)翻译提前终止;通过系统发育树分析和氨基酸序列比对得知,ES33蛋白在禾本科作物中高度保守。本研究结果为进一步探究早衰基因ES33的功能奠定了基础。     

牛、羊促卵泡素受体(FSHR)基因转录调控区的序列特征

测定了山羊、绵羊和牛的FSHR基因启动子区序列。比较发现序列长度存在差异，碱基变异率分别为3．14％、6．12％和6．72％。有2处较大的碱基插入／缺失突变。在检索出的转录调控元件（或潜在调控元件）中，3畜种在7个元件序列有碱基突变。与人和大鼠FSHR基因不同的是，在牛羊的FSHR基因启动子区检索出了TATA盒基元和多个类CAAT盒序列，且在山羊、绵羊和牛之间没有碱基差异。分析认为：（1）牛羊的FSHR基因启动子属TATA启动子型，而不是InR型。（2）尽管目前在绵羊的FSHR基因只发现1个转录起始点，但启动子区的序列特征表明牛羊可能存在第2转录起始点。（3）3畜种在转录调控元件的碱基变异和在不同位点的较大插入／缺失突变，可能影响基因的转录，从而造成双胎率的差异。因此，对牛羊FSHR基因转录启动和表达调控值得作进一步研究。     

优化小豆产量及产量性状的 NPK肥模型研究

小豆的主要产区在东北、华北等地区,因氮、磷、钾施肥量不平衡导致小豆产量较低。为研究小豆对3种元素的需求规律,探索氮、磷、钾的最佳施肥量及其配比,本试验采用三因素二次回归正交旋转设计,研究肥料配施对小豆产量的影响。结果表明,调整氮、磷、钾施肥量及配比能够显著提高小豆产量,当N∶P_2O_5∶K_2O=1∶0.55∶0.98(N:76.6 kg/hm~2)时,产量达到最大(2 096.7 kg/hm~2);当N∶P_2O_5∶K_2O=1∶0.53∶0.86(N:64.3kg/hm~2)时,经济效益最佳(12 432.73元/hm~2)。氮、磷、钾元素对小豆产量互作效应表现为随氮、磷和氮、钾施肥量的增加而逐渐升高至最高点后缓慢降低,随磷、钾施肥量的增加表现出缓慢增加至最高点后迅速下降。随氮、钾施用量的增加,小豆单株荚数表现为先增长后下降,试验范围内磷施用量对小豆单株荚数的影响表现为直线增长;3种元素对小豆单荚粒数影响不大,证明小豆单荚粒数是由品种本身特性决定的;小豆的百粒重随3种肥料的增施而增加。     

水稻簇生穗控制基因ts的定位及育种利用研究

从水稻(Oryza sativa L.)育种材料广恢128、粳稻Kitaake、蜀恢955和蜀恢881的复合杂交F2群体中发现了一个簇生穗突变体,该突变体命名为TS(top-spikelet-two-grain mutant)。TS最显著的变异为穗部一、二次枝梗顶端表现为2~3个小穗簇生在一起。为了明确TS中所含簇生基因ts的遗传机理及其在水稻育种中的利用价值,本研究利用TS与G2480B(indica)杂交的F1、F2群体进行簇生性状的形态观察和遗传分析;利用3个携带有ts基因的转育纯系分析ts基因的应用前景。结果表明,F1群体表现为全部显性,F2群体出现3∶1显隐性状分离,突变性状受1对隐性单基因控制,能够稳定遗传。采用简单序列重复(simple sequence repeat,SSR)标记技术,将突变基因ts定位于第6染色体上的长臂端,位于RM20323和RM6298之间,遗传距离分别为5.1和5.6 cM。3个转育纯系中,L332在保持簇生性状的同时,与亲本G2480B相比,其产量性状无显著差异,蒸煮食味品质较优。ts基因的表达与水稻的单株穗数、每穗粒数、结实率、千粒重和单株产量无显著相关性。以上结果为ts基因在水稻育种上的利用提供了一定的理论基础。     

水稻橙红色突变体的遗传分析与基因定位

从水稻材料H9808航天诱变的后代中筛选出1株与色素相关的突变体,该突变植株在幼穗分化期新出幼叶的叶脉为橙红色,到拔节后期植株节间及下部约1/3的茎秆均呈现橙红色,在茎杆节底部中心有一橙红色的原点,抽穗时颖壳为橙红色,并保持到种子成熟,遗传分析表明突变体受1对隐性基因控制。在突变体与9311杂交的F2代隐性群体中,利用SSR标记将橙红色基因定位在2号染色体RM5350和RM12601标记之间,遗传距离分别为0.55cM和1.38cM。再利用新设计的InDel标记,进一步将该基因定位在S1和S2之间,遗传距离分别为0.41和0.25,为克隆水稻橙红色基因奠定了基础。     

黄瓜叶面积主效QTL小叶2基因(ll2)的遗传定位

叶片面积影响光合作用效率,是农作物产量的重要构成性状之一。野生黄瓜(Cucumis sativus var.hardwickii)的叶片较小,经过人工驯化后的栽培黄瓜(Cucumis sativus var.sativus)的叶片面积扩大了2~3倍。前人研究已经将控制黄瓜叶面积的主效基因之一ll(little leaf)定位在第6号染色体上。本研究以黄瓜小叶品系XF-24(P1)、大叶品系DF-32(P2)杂交产生的205个单株的F2群体为研究材料,用SAS软件对成熟期调查的各单株相同节位的叶面积进行正态性检验,结果服从正态分布,符合数量性状的遗传特征。为了有效地加快研究进程,在双亲测序情况下,采用插入缺失位点(insertion and deletion,InDel)标记进行基因定位。研究结合双亲全基因组测序数据,生物信息学分析得出双亲序列之间的InDel位点,用Primer Premier 5.0软件在所有染色体上均匀设计88对InDel标记引物,扩增采用分离群体分组混合分析法(bulked segregant analysis,BSA)组建大叶、小叶基因池,池间有多态的引物再进一步扩增F2群体DNA,筛选到7个与黄瓜叶面积基因ll2连锁的分子标记,位于黄瓜第7号染色体上,分别是InDel-1、InDel-2、InDel-3、InDel-4、InDel-5、InDel-6、InDel-7。建立遗传连锁图谱并进行区间作图寻找QTL位点,结果显示,遗传连锁图谱包含以上7个InDel标记,连锁区间为22.1 cM,包括1个控制黄瓜叶片大小的主效QTL位点ll2(little leaf 2),位于标记InDel-2与InDel-4之间,这两个标记之间物理距离为1.24 Mb。与前人的研究结果相比,定位区间更小且是7号染色体上首次发现的黄瓜叶面积QTL位点。截止目前,在黄瓜6号、7号染色体共发现了2个黄瓜叶面积主效QTL位点,分别是ll和ll2,表明黄瓜叶面积遗传机制复杂。叶面积主效QTL ll2的遗传定位,对于控制黄瓜叶片面积的遗传机制和分子机理研究以及分子标记辅助育种具有重要的意义。     

甘薯二倍体近缘野生种三裂叶薯MYB转录因子全基因组分析及逆境胁迫响应

MYB是真核生物中一类重要的转录因子,参与调控植物生长发育、初生次生代谢和生物或非生物胁迫响应。为全面解析甘薯基因组MYB转录因子信息,本研究基于甘薯二倍体近缘野生种三裂叶薯的全基因组测序数据,利用多种生物学软件和在线工具对三裂叶薯MYB转录因子的结构域、基因结构、保守基序、染色体定位和系统进化等进行鉴定和分析。利用qRT-PCR检测其中10个R2R3-MYB基因在干旱和盐胁迫下的表达情况。结果表明,在三裂叶薯的全基因组中共鉴定出不均匀分布于15条染色体的160个Itb MYB基因,其中第7号染色体上分布最多(21个基因),第8号染色体上分布最少(6个基因)。根据MYB结构域所含MYB重复个数,160个Itb MYB家族转录因子被分为4类,其中1R类包含36个基因、R2R3类120个基因、3R类4个基因、4R类1个基因。系统进化分析显示,160个Itb MYB聚为18个亚家族,且同一亚家族的Itb MYB转录因子的motif类型和数目相似,但所含外显子和内含子的数目不同。根据拟南芥R2R3-MYB转录因子的分类标准,进一步将三裂叶薯R2R3-MYB类分为30个亚类。qRT-PCR检测结果表明,R2R3-MYB响应干旱和盐胁迫,且不同胁迫时间下不同组织中的表达量存在差异。本试验为进一步研究甘薯MYB转录因子的功能奠定了一定的理论基础。