水稻Wx复等位基因基于PCR的功能标记开发与利用

直链淀粉含量是影响稻米食味品质的重要因素,主要由蜡质基因(Wx)调控,Wx基因座存在Wxa、Wxb、Wxin、Wxmw等多个复等位基因,通过分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)培育中低直链淀粉含量的水稻品种是提高稻米适口性的重要途径。Wx复等位基因的功能由单碱基核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)决定,其检测依赖于测序或酶切,存在耗时多、费用昂贵等缺点。为提高选择效率,本文利用Wx复等位基因的SNP差异和四引物扩增受阻突变(tetra-primer ARMS-PCR)原理,进行PCR功能标记的开发。引物设计过程中,针对扩增效率低和非匹配的延伸2个技术难题,提出了调整错配位点的解决方案,成功开发了基于PCR技术的两对功能性标记Waxygt-ARMS2和Waxyac-ARMS2,可以准确区分上述复等位基因型,且具有操作简单、耗费较低的特点。利用新开发标记对辽宁省育成的部分水稻品种进行Wx基因型检测的结果表明,40份辽宁育成品种均携带Wxb基因,遗传基础单一。上述结果为利用Wx基因位点的分子标记培育中低直链淀粉含量的水稻品种,改良辽宁省水稻品种的食味品质提供了技术支撑。     

基于基因重测序信息的大豆基因靶向CAPS标记开发

为了开发大豆基因靶向的功能分子标记,本研究采用生物信息学方法分析了大豆基因重测序数据,筛选出酶切位点突变的SNP位点,设计PCR引物163对,选用东北地区主栽品种绥农14的DNA为模板进行PCR扩增,其中139对引物获得大小为400~1 200 bp的特异片段。以大豆绥农14、合丰25、Acher、Evans、Peking、PI209332、固新野生大豆、科丰1号和南农1138-2的DNA为模板,采用筛选的139对引物进行PCR扩增,对扩增产物进行酶切分析,发现73对引物的PCR产物具有酶切多态性,开发出CAPS标记73个。通过功能注释分析发现,这73个CAPS标记靶向的基因主要参与细胞内亚细胞定位过程、蛋白质的结合与催化以及代谢过程等,与大豆重要农艺性状的形成相关,可以用于大豆品种的鉴定和分子系统进化的研究。     

基于黄麻转录组序列SNP位点的CAPS标记开发与验证

黄麻CAPS分子标记的开发,可以为黄麻遗传多样性分析、种质资源鉴定和分子标记辅助选择等研究提供有效方法。本试验以黄麻179和爱店野生种为材料,采用IlluminaHiSeq4000测序技术进行转录组测序,对其SNP位点进行分析,设计了与木质素合成基因4CL、COMT及转录因子MYB相兲的SNP引物,在此基础上,应用dCAPS Finder2.0软件开发了CAPS标记,幵对其有效性进行了验证。结果表明:(1)组装后的黄麻unigene序列共72,674条,序列总长度为29,705,997 bp,检测到的SNP位点总数为67,567个,平均每440 bp有1个SNP。(2)获得了39对分别与4CL、COMT和MYB相兲的SNP引物,从中筛选获得26对CAPS标记引物,开发成功率为66.7%,其中11对CAPS标记具有多态性,多态性比例为43.2%。(3)开发的CAPS标记能较好地将12份不同类型的黄麻种质区分开来,表明CAPS是适用于黄麻研究的较理想的分子标记方法,为黄麻遗传基础研究提供了可靠工具。     

植物SNP数据库及转化CAPS的方法

单核苷酸多态性(SNP)在植物基因组中广泛存在,基于SNP的分子标记也正越来越广泛地应用到植物基因定位、图位克隆及分子标记辅助育种等方面。模式植物拟南芥和水稻的全基因组序列测定已经完成,拟南芥有两种生态型完成了全序列测定,水稻有两个品种完成了全序列测定。许多植物有来自不同品种或不同组织器官或生长发育阶段的大量的EST序列。这些序列是植物SNP开发的重要资源。利用生物信息学手段对全基因组序列或EST序列进行分析已经形成了许多SNP位点数据库,这些数据库的建立为基于SNP的基因功能研究及分子标记开发提供了宝贵的资源。本文对植物SNP位点开发涉及的数据库资源及已经形成的SNP位点数据库进行了总结,并讨论了将SNP位点转化成CAPS或dCAPS标记的方法和相应的工具软件。     

陆地棉L-D1等位基因特异性分子标记的开发及应用

【目的】L-D1基因调控陆地棉叶形。本研究设计特异分子标记精准鉴定L-D1等位基因,为其在陆地棉冠层结构改良中的应用提供支撑。【方法】利用具有鲁棉研28号遗传背景的L-D1等位基因近等基因系,分析不同等位基因组合对叶形的影响。根据4个等位基因的启动子和编码区的多态性设计特异分子标记,并对不同叶形中的等位基因进行检测。【结果】L-D1基因从3叶期开始调控叶片叶裂的形成,4～8叶期叶裂不断加深,从9叶期开始基本稳定;L-D1等位基因不同组合可形成相似叶形,仅从形态上难以准确辨别。克隆获得L-D1位点4个等位基因起始密码子前约4 kb的启动子片段,发现24个SNPs(Single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性)、1个133 bp及1个14 bp的插入缺失。根据等位基因启动子及编码区的SNP和缺失插入开发了1个Indel分子标记InDel＿8和2个衍生酶切扩增多态性序列标记dCAPS＿192、dCAPS＿519,分别为l2、L2o、L2s的特异分子标记。【结论】根据陆地棉中控制叶形的L-D1等位基因间的差异开发了3个特异性分子标记,可用来鉴定不同的L-D1等位基因。     

番茄Ty-1、Ty-3和Mi基因的多重PCR体系建立及应用

本研究利用10份番茄材料,筛选出能够鉴定番茄抗黄化曲叶病基因Ty-1的双SNP标记,Ty-3基因的SCAR1标记和抗根结线虫病Mi基因的SCAR2标记。应用以上分子标记构建出同时检测番茄Ty-1、Ty-3和Mi基因的多重PCR体系。结果表明,多重PCR扩增结果与单引物PCR扩增结果一致,使用该体系只需1次PCR反应及琼脂糖凝胶电泳便可快速、准确地对番茄3种基因的基因型进行检测。对96份番茄材料的分子检测结果与田间鉴定结果吻合度达到94%以上。使用该体系无需PCR产物酶切反应,可大大缩短分子检测的时间,节省检测成本,检测结果能够有效地辅助番茄抗病育种工作。     

甘薯(Ipomoea batatas L.)SNP标记快速高效检测方法

单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)广泛存在于甘薯基因组中,可用于甘薯遗传图谱的构建、关联分析和分子标记辅助选择等重要研究。本研究采用两种特异性扩增的方法:等位基因特异性PCR(AS-PCR)和四引物扩增受阻突变体系PCR(Tetra-primer ARMS-PCR),以及酶切扩增多态性序列(CAPS)酶切的方法,对甘薯徐781和徐薯18之间的2个SNP位点T2-32906(C/G)和T3-30695(G/A)进行检测,并通过比较3种检测方法的检测效果,找出快速高效的甘薯SNP分子标记检测方法。琼脂糖凝胶电泳结果显示:AS-PCR的检测结果在2个样本之间出现假阳性而没有明显的差异条带,Tetra-primer ARMS-PCR和CAPS两种方法的检测结果在2个样本间呈现出明显的差异条带,并且能够根据条带数目区分等位基因是否纯合。三种方法的检测结果表明:相对于其他两种检测方法,Tetra-primer ARMS-PCR呈现出更理想的检测效果。另外通过成本比较,Tetra-primer ARMS-PCR成本明显低于CAPS。因此,Tetra-primer ARMS-PCR是一种可用于甘薯SNP位点快速、高效且费用低廉的分子检测方法。     

甜瓜单性花相关基因CmACS-7的分子标记开发与应用

甜瓜(Cucumismelo L.)性型中主要是雄花、两性花同株型(雄全同株,简称两性花),雌雄异花同株型(单性花)比较少见。甜瓜育种工作中为提高制种效率,往往将母本系转育成单性花。传统方法筛选单性花植株耗时长,占地面积大。根据CmACS-7基因序列设计引物进行PCR扩增,甜瓜9份材料均可获得188 bp的片段。多序列比对发现,材料单性花性状与扩增片段的碱基变异相关联,关联位点为限制性内切酶AluⅠ的识别位点。扩增产物进行酶切,甜瓜单性花材料CmACS-7基因的PCR扩增产物均可以被酶切成两条带(160 bp和28 bp),两性花材料CmACS-7基因的PCR扩增产物不能被酶切(188 bp),因此建立CmACS-7基因的CAPS分子标记。利用此标记对58份甜瓜材料进行验证,甜瓜单性花性状与分子标记结果显著相关。基于甜瓜单性花决定基因CmACS-7的CAPS分子标记可用于单性花的选育。     

大豆EST-SNP的挖掘、鉴定及其CAPS标记的开发

采用生物信息学方法将大豆EST序列联配到大豆基因组序列上,挖掘到大豆EST-SNP位点537个。对其靶向基因进行功能注释分析,发现他们主要参与亚细胞定位、蛋白质结合与催化以及代谢等与大豆重要农艺性状形成相关的生物过程。同时开发了简便易行的SNP检测方法,利用EMBOSS软件筛选导致酶切位点改变的EST-SNP,分别以大豆绥农14、合丰25、Acher、Evans、Peking、PI209332、固新野生大豆、科丰1号、南农1138-2的DNA及其混合的DNA为模板,设计引物进行PCR扩增,发现44个PCR产物中有36个测序峰图在预期的EST-SNP位点表现出多态性。酶切分析发现26个PCR产物具有酶切多态性,可以作为CAPS标记。结果表明该EST-SNP挖掘体系及其CAPS标记转化系统具有高效率、低成本等优点,有利于促进大豆的遗传育种研究。     

基于转录组数据的三雌蕊小麦中SNP/InDel位点的挖掘

为了进一步定位Pis1基因,加快小麦的分子标记辅助育种工作,获得高质、高产、稳产的小麦品种。以川麦28(CM28)与其三雌蕊近等基因系CM28TP为研究材料,对CM28和CM28TP幼穗的3个阶段(幼穗长度为0.2～0.5 cm, 0.5～0.7 cm, 0.7～1.0 cm)进行转录组测序,然后通过GO数据库对变异位点所在的基因进行分类分析,并选取4个位于Pis1基因附近的SNP标记进行验证。结果表明,CM28TP和CM28幼穗3个阶段共有的SNP/InDel位点为5 310个,其中SNP位点5 024个,InDel位点286个。SNP位点中转换类型(63.33%)多于颠换类型(31.28%),两者的比值达到了2.02;InDel位点中插入类型(152个)多于缺失类型(134个);SNP/InDel位点在A基因组上分布最多、其次是B基因组、D基因组上最少。对SNP/InDel所在的基因进行GO分类注释表明,生物学进程中基因的占比最高,其次是细胞组分和分子功能。SNP/InDel位点对蛋白质功能的影响预测表明,有36个变异位点会严重影响蛋白质功能,中度影响蛋白质功能的位点有1 279个。从Pis1基因的定位区间附近筛选了4个SNP位点进行PCR扩增和测序验证,发现这4个位点与RNA-Seq分析结果一致,这表明挖掘出的SNP/InDel位点是准确的。本研究丰富了小麦中的SNP/InDel标记,为小麦高密度遗传图谱构建、基因定位和分子标记辅助选择育种奠定了基础,同时开发出的4个位于Pis1基因附近的SNP标记,为图位克隆该基因提供了可能。     

Effect of quantitative trait loci for seed shattering on abscission layer formation in Asian wild rice Oryza rufipogon

Asian cultivated rice Oryza sativa L. was domesticated from its wild ancestor, O. rufipogon. During domestication, the cultivated rice lost its seed-shattering behaviour. Previous studies have shown that two major quantitative trait loci (QTLs; qSH1 and sh4) are responsible for the seed-shattering degree. Here, we produced introgression lines carrying non-functional alleles from O. sativa ‘Nipponbare’ at the two major QTLs in the genetic background of wild rice O. rufipogon W630, and examined the effects of the two QTLs on seed shattering and abscission layer formation. The introgression lines, with Nipponbare alleles at either or both loci, showed complete or partial abscission layer formation, respectively, indicating that other unknown loci might be involved in enhancing seed shattering in wild rice. We detected a single QTL named qSH3 regulating seed-shattering degree using an F₂ population between Nipponbare and the introgression line carrying Nipponbare alleles at the two QTLs. Although we generated an introgression line for qSH3 alone, no effects on seed shattering were observed. However, a significant effect on seed-shattering degree was observed for the introgression line carrying Nipponbare alleles at qSH3 and the two QTLs, suggesting an important role of qSH3 on seed shattering in coordination with the two QTLs.     

PCR-based INDEL markers co-dominant between Oryza sativa,japonica cultivars and closely-related wild Oryza species

Wild relatives genetically close to cultivars are precious genetic resources for plant breeding. Oryza rufipogon, O. barthii, O. glumaepatula, O. meridionalis and O. longistaminata are such wild species, and are also categorized as AA genome species based on their structural similarities. Chromosome segment substitution lines (CSSLs) are a powerful resource in breeding and genetics, and numerous rice CSSLs have been produced. This study aimed to develop DNA markers for evaluation of CSSLs directly by PCR and subsequent gel electrophoresis. We confirmed that up to 155 of 188 markers developed for detection of japonica-indica INDELs could also detect INDELs between rice cultivars and wild AA-species accessions. Percentages of applicable markers were higher in O. rufipogon accessions (61.7 to 85.6%), and lower in accessions of other four AA species (39.8 to 51.4%). These markers were distributed throughout the rice chromosomes, and will be useful for genotyping of CSSLs and other genetic resources derived from crosses between rice cultivars and closely related wild species.     

野生稻与亚洲栽培稻的遗传多样性

为评价野生稻与亚洲栽培稻的遗传多样性及其变异关系,56对SSR引物被用于研究广泛地理分布的55份普通野生稻(其中32份O. rufipogon和23份O. nivara)和25份亚洲栽培稻(14份indica和11份japonica)样本。298个多态性位点被检出,占总扩增等位点的98.68%。野生稻多态性位点的百分比(平均达91%)及Nei’s遗传多样性值(h)明显高于亚洲栽培稻,表明普通野生稻比亚洲栽培稻具更丰富的遗传多样性。UPGMA聚类分析显示野生稻的两个类群(O. rufipogon和O. nivara)关系密切,但在遗传上存在明显的分化,支持其作为两个独立物种的分类观点。许多普通野生稻中籼粳分化尽管不很明显,然而亚洲栽培稻的籼粳亚种分化是明显的。亚洲栽培稻与多年生普通野生稻(O. rufipogon)关系更为密切,符合异源起源的遗传分化模式。     

利用SNP标记进行水稻品种籼粳鉴定

亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)分为籼、粳2个亚种,随着杂交水稻的发展、种间杂种优势的利用,籼粳之间的界限变得越来越模糊。本研究利用3000份水稻种质资源信息,通过计算约2000万个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点的SNP-index值,进行籼粳特异SNP位点筛选,最终得到4084个籼粳特异SNP位点(4k-SNP);同时确定以籼粳指数作为水稻品种籼粳鉴定的指标。研究进一步采用大规模简单随机取样等统计分析方法对籼粳特异位点进行数据降维处理,将4k-SNP精简至40个SNP位点(40-SNP),用于水稻籼粳鉴定。为了验证40-SNP的籼粳鉴定效果,本研究一方面利用水稻生产上推广的82份选育品种,对40-SNP籼粳鉴定结果与4k-SNP鉴定结果进行比较,结果发现40-SNP与4k-SNP得出的粳型指数非常接近,相关系数为0.99;另一方面利用全球6类型(indica、aus、rayada、aromatic、tropicaljaponica、temperatejaponica)水稻品种共49份材料,对40-SNP籼粳鉴定...     

水氮互作下长雄野生稻化感作用与田间抑草效果

以化感抗稗草长雄野生稻(Oryza longistaminata),非化感栽培稻RD23以及它们的F₁代(RD23 × O. longistaminata)为材料,采用实验室内生物测定和田间调查相结合方法,研究水肥对长雄野生稻化感作用的影响和探讨对野生稻化感作用及其田间抑制杂草作用的互作关系。在移栽后20~50 d内设淹水、2种形式的干湿交替和旱种等4种田间管理方式,对每种水分管理方式分别设3个施氮(尿素)水平处理。野生稻叶片的水提液,检测了对稗草的化感作用。结果表明,长雄野生稻化感作用在干旱与不施氮水平下最强,对稗草根长与干重的抑制率分别达到69.3%和74.6%,但随着施氮水平的提高与淹水时间的延长而降低;田间则以干湿交替条件下控制稗草效果最好,旱种管理后进行灌水能显著提高野生稻控制稗草的效果。水分与氮互作效应对长雄野生稻化感作用及其田间抑制杂草效果极显著,对F1代化感作用及其田间抑制杂草效果也达显著水平。     

中国普通野生稻Oryza rufipogon Griff.的形态分类研究

选用中国７省５７１份，国外２７份普通野生稻（ＯｒｙｚａｒｕｆｉｐｏｇｏｎＧｒｉｆｆ简称普野）的１０个形态性状进行了聚类分析并结合普野栖生地的生态考察。将中国普通野生稻划分为多年生与一年生两个普野群，七个普野型，作者根据普野植株在北京温室越冬与翌春植株再生情况及其繁殖方式并联系其生长习性与同工酶分析论证了，中国除多年生普野外还存在一年生普野，但期生自然群体尚待考察与研究确认。本文还对中国栽培稻的原始     

东乡野生稻抗褐飞虱QTL分析

野生稻是水稻抗褐飞虱基因的重要种质资源。应用东乡野生稻与栽培稻协青早B构建的2套材料,开展水稻抗褐飞虱基因鉴定研究。先以协青早B//协青早B/东乡野生稻BC₁F₅群体为材料,应用褐飞虱田间种群进行抗虫鉴定,检测到2个抗褐飞虱QTL,其中,qBph2位于水稻第2染色体RM29–RG157区间,东乡野生稻等位基因可降低死苗率22.2%;qBph7位于第7染色体RM11–RM234区间,东乡野生稻等位基因可降低死苗率43.7%。进一步以协青早B为轮回亲本,构建了BC₃F₃群体,应用褐飞虱生物型I、II和III进行抗虫鉴定,QTL分析表明qBph2抗褐飞虱生物型I和II,qBph7抗褐飞虱生物型I和III。这2个QTL对培育抗褐飞虱水稻品种具有重要应用价值。     

中国普通野生稻与栽培稻种SSR多样性的比较分析

采用48对SSR引物对288份我国普通野生稻和栽培稻的遗传多样性进行比较分析。结果显示, 共检测到505个等位基因, 每个位点的等位基因数变幅为5~20, 平均10.5个; 平均Nei基因多样性指数(He)为0.731, 变幅为0.384(RM409)~0.905(RM206)。普通野生稻遗传多样性高于栽培稻种, 栽培稻等位基因数和平均Nei基因多样性指数分别为普通野生稻的70.2%和88.2%, 其中, 栽培稻地方品种和选育品种等位基因数分别为普通野生稻的65.4%和53.0%, 选育品种等位基因数仅为地方品种的81.1%。AMOVA分析表明, 总变异的10.3%是由于种间SSR遗传差异所引起的, 不同SSR位点种间的分化程度不同, 在0.7%~46.3%之间, 有43个位点种间遗传分化达到显著水平, 其中以RM427分化最为明显, 达46.3%。聚类分析表明, 中国普通野生稻总体偏粳, 极少数广东、海南材料偏籼。     

中国普通野生稻遗传多样性研究进展

普通野生稻是亚洲栽培稻的祖先,中国作为亚洲栽培稻的起源地之一,蕴藏着丰富的普通野生稻资源。为了揭示中国普通野生稻的遗传多样性分布状况,探索普通野生稻的遗传变异规律、居群遗传结构以及演化途径等,为亚洲栽培稻的起源进化研究、品种改良和普通野生稻保护提供科学依据,国内外学者对中国普通野生稻开展了大量的遗传多样性研究,获得了丰富的研究结果。本文分别从遗传多样性研究方法、普通野生稻与亚洲栽培稻遗传多样性的比较、普通野生稻遗传多样性与地理分布和生态环境的关系、保护措施和栽培稻基因渗入对遗传多样性的影响等几个方面的研究结果进行了综述,总结了中国普通野生稻遗传多样性的主要特征,提出了未来我国普通野生稻遗传多样性的研究方向。     

普通野生稻东乡群体等位酶水平的遗传多样性研究

利用普通野生稻东乡群体苗期幼叶,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,对采自异位种质圃内9个小群体的材料进行研究。选取12种酶系统进行等位酶分析,共获得21个等位酶位点。对这21个位点等位基因的统计分析表明：普通野生稻东乡群体多态位点的百分数为P = 23.3%,等位基因平均数为A = 1.166,观察杂合度为Ho = 0.148,预期杂合度