101份中国甘蔗主要育种亲本褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

由黑顶柄锈菌引起的甘蔗褐锈病是一种重要的世界性甘蔗病害,Bru1是甘蔗抗褐锈病主效基因,该基因对不同地区的褐锈病分离物具有广谱抗性。为明确中国甘蔗主要育种亲本对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在这些亲本中的分布情况,本研究于2014年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的101份甘蔗主要育种亲本进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果显示,供试亲本中,共48份抗病材料含有抗褐锈病基因Bru1,频率为47.5%,表明中国甘蔗主要育种亲本中褐锈病抗性主要由Bru1控制;其余29份抗病材料和24份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,暗示除了Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。研究结果为深入开展甘蔗抗褐锈病育种,选育和推广优良抗病品种,有效防控甘蔗褐锈病提供了科学依据和优良抗性亲本。     

31份甘蔗野生核心种质资源褐锈病抗性鉴定及Bru1基因的分子检测

为明确甘蔗野生资源对黑顶柄锈菌的抗性水平,了解Bru1基因在甘蔗野生资源中的分布状况,于2013年对中国国家甘蔗种质资源圃保存的31份野生核心种质资源进行苗期抗褐锈病鉴定和抗褐锈病基因Bru1的分子检测。结果表明,31份供试材料中,高抗(1级)至中抗(3级)的有28份,占90.3%。其中19份材料表现高抗(1级),占61.3%,3份材料表现抗病(2级),占9.7%,6份材料表现中抗(3级),占19.4%。31份供试材料中只有贵州78-2-12、云南97-4、E.rockii95-19、E.rockii 95-20、云南83-224、广西79-8、云南95-35和广西89-13含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的25.8%;其余20份抗病材料和3份感病材料均不含抗褐锈病基因Bru1,表明除Bru1外,可能还有其他抗褐锈病基因存在。结果暗示中国国家甘蔗种质资源圃保存的野生核心种质资源中蕴藏着优良的抗褐锈病基因,是选育抗褐锈病甘蔗品种很有利用前景的抗源种质。     

复合侵染甘蔗的病原病毒RT-PCR检测

根据甘蔗花叶病毒（sugarcane mosaic virus,SCMV）、高粱花叶病毒（sorghum mosaic virus,SrMV）和甘蔗黄叶病毒（sugarcane yellow leaf virus,SCYLV）外壳蛋白（CP）基因序列分别设计合成3对特异引物SCMV–F/R、SrMV-F/R和SCYLV-F/R,以表现花叶和黄叶复合症状的甘蔗叶片总RNA为模板,分别进行3种病毒单一RT-PCR检测,在SrMV和SCYLV特异引物RT-PCR反应体系中分别扩增到约850 bp和630 bp特异性片段。序列测定及同源性比对结果显示,850 bp片段测序所得序列与浙江象山、临平和余杭SrMV分离物（GenBank登录号分别为AJ310194、AJ310195和AJ310198）对应序列同源性95%,630 bp片段测序所得序列与广东、广西、福建SCYLV分离物（GenBank登录号分别为GU190165、GU190162、GU190159）对应序列同源性99%,表明该样品同时感染SrMV和SCYLV。在此基础上建立同时检测SrMV和SCYLV的一步双重RT-PCR体系,可检测10-6 g病叶组织中的病毒,田间样品检测效果良好。     

甘蔗野生种质资源抗褐锈病基因Bru1的分子检测

在甘蔗栽培品种‘R570’上发现和定位的甘蔗抗褐锈病主效基因Bru1对世界上不同国家和不同地区的黑顶柄锈菌具有广谱抗性。针对该基因开发的两个分子标记能有效、稳定地检测和筛选含有该基因的种质资源。为筛选甘蔗野生种抗源种质,利用R12H16和9O20-F4两个标记对云南农业大学甘蔗种质资源圃保存的部分野生种质资源进行抗褐锈病基因Bru1的分子检测,包括割手密96份、蔗茅15份、滇蔗茅1份、斑茅11份、河八王4份、金茅2份、五节芒9份,共计138份。结果表明,有7份割手密含抗褐锈病基因Bru1,占参试材料的5.1%。本研究为甘蔗的转基因育种和抗褐锈病杂交育种提供优良抗源材料,为进一步开展甘蔗育种研究提供了科学依据。     

甘蔗抗褐锈病新基因抗感病池构建及SSR多态性引物筛选

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow ＆ P. Sydow)引起的甘蔗褐锈病是危害中国甘蔗生产的主要病害之一。为了鉴定和发掘抗褐锈病新基因,防止褐锈病爆发流行和保证甘蔗安全生产,本研究以杂交组合‘粤糖03-393’× ‘ROC 24’抗感分离真实性F₁代群体为材料,构建抗感基因池,合成449对引物对抗感亲本及抗感基因池进行抗、感连锁SSR分子标记筛选。结果表明,25对引物在抗感亲本间有多态性,其中4对引物(SMC236CG、SCESSR0928、SCESSR0636、SCESSR2551)在抗感亲本及抗感池间有多态性,初步判定这4个SSR标记在染色体上的位点可能与抗褐锈病新基因存在连锁关系。研究结果为后续开展抗褐锈病新基因定位、为中国甘蔗褐锈病防控及抗病育种奠定了良好的基础。     

‘秋天火焰’槭类黄酮糖基转移酶（UFGT）基因的克隆及序列分析

UFGT（类黄酮糖基转移酶）是植物花色苷生物合成途径的最后一个酶。以槭树‘秋天火焰’秋季变色期叶片总RNA为模板,设计简并引物,采用RT-PCR方法,扩增出一条长397bp的cDNA片段,序列分析结果表明,该cDNA片段与GenBank中登录的荔枝、柑橘柚等物种的氨基酸同源性在70%左右,可知克隆到的核苷酸片段为槭树叶片UFGT基因的cDNA片段,Genbank登录号为KC140229。     

4种梨的多酚氧化酶基因克隆及其序列比较

以4种不同来源的梨基因组DNA为模板,根据已经发表的多酚氧化酶基因序列设计引物,利用PCR技术,克隆到了鸭梨、雪花梨、砂梨、黄冠梨约1．8kb的完整多酚氧化酶基因,将纯化后的扩增产物克隆到质粒pGEM-T veetor中,转化DH-5α菌,挑选阳性克隆进行测序。利用Clustalx软件对PPO核苷酸序列进行了同源性分析,用DNAStar软件对PPO核苷酸序列进行进化树分析,并进行部分植物PPO氨基酸的同源性分析。结果表明,4种梨多酚氧化酶基因的蛋白编码区含有1782个核苷酸,鸭梨基因已经在GenBank上登录,登录号为EU048225。梨多酚氧化酶基因与其他植物中的多酚氧化酶基因有较高的相似性,尤其在铜离子结合部位,所有的植物基本上一致;5种梨的同源性高达98％。基于植物PPO基因核苷酸序列的分子进化树显示,可分为两大类,梨的多酚氧化酶可以与大多数的木本植物聚合成一个组。     

基于田间表型和Bru1基因检测分析甘蔗褐锈病抗性遗传

由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala)引起的甘蔗褐锈病具有产孢量大、流行性强的特点, 可导致甘蔗产量和蔗糖分的严重损失, 了解抗病性遗传有助于抗锈病育种中的亲本选择和组合配制, 而有效的抗性鉴定技术则是分离个体选择所必需的。本研究以甘蔗分离群体为材料, 利用表型与抗褐锈病主效基因Bru1检测相结合, 研究甘蔗褐锈病抗性遗传倾向并评价Bru1基因检测与表型抗性的关联性。结果显示, 发病盛期, 感病个体中, Bru1基因未检出率为96.7%, 但未感病个体中, Bru1基因的检出率仅为66.0%, 且高抗组合CP84-1198×云蔗89-7群体中的未感病个体, 该基因检出率为0, 尽管也发现有2个组合的未感病个体中, 该基因的检出率为100%。说明由Bru1基因控制的抗性可根据该基因的检测结果判断其抗/感病性, 同时, 甘蔗基因池中还存在其他未知的控制抗病性状的主效基因。值得强调的是, 父母本的抗病性均影响杂交后代的抗病性, 但以抗病亲本为父本的组合, 其分离群体的感病个体明显减少, 说明父本对杂交后代的褐锈病抗性影响可能更大。     

菠菜甜菜碱醛脱氢酶基因同源片段的克隆与序列分析

在盐和干旱等渗透胁迫条件下,一些植物会积累甘氨酸甜菜碱(简称甜菜碱)作为渗透调节物质,甜菜碱在植物体内由胆碱经两步氧化形成,催化这两步反应的酶分别是胆碱单氧化物酶(cholinemonooxyge-nase,CMO)和甜菜碱醛脱氢酶(betainealdehydedehydrogenase,BADH)。由于甜菜碱的合成途径简单,进行遗传操作方便,在诸多抗逆性基因中甜菜碱合成酶基因被看作是最有希望的胁迫抗性基因。其中,BADH基因的全长cDNA序列首先被从藜科植物菠菜(Spinaciaoleracea)中克隆到,此后人们相继以该基因为参照,研究其它植物中的BADH基因。本文作者在以菠菜BADH基因为对照研究菊科植物的BADH基因时,根据已发表BADH基因的保守区序列设计了一对PCR兼并引物,以菠菜基因组DNA为模板,采用PCR法扩增出长分别为825bp(seq1)和822bp(seq2)的两个DNA片段,经测序和序列分析,seq1与GenBank中登录的菠菜BADH基因的基因组序列(U69142)一致,其外显子区与已发表的该基因的cDNA序列(M31480)一致,seq2与U69142序列的同源性为68%,其外显子区与M31480序列的同源性为83.93%。而且,在由该核苷酸序列推导的氨基酸序列中,含有醛脱氢酶高度保守的十肽VTLELGGKSP,说明该基因为菠菜BADH基因的同源基因。根据现有文献分析,菠菜中可能存在两个BADH的同工酶,作者所克隆基因片段所属的基因可能编码菠菜BADH的另一个同工酶。该序列已在GenBank中登录,登录号:DQ070842。     

氯吡脲对葛根Ptexp1基因表达的影响及其与产量品质形成的关系

为研究氯吡脲对葛根Ptexp1基因表达影响及其与产量和品质的相互关系,揭示氯吡脲对葛根产量和品质影响的分子机制,本研究以‘桂葛1号’粉葛幼叶为材料,采用PCR同源克隆和RACE技术,克隆得到葛根expansin基因,命名为Ptexp1(GenBank登录号:MK169414)。该基因cDNA全长1063 bp,开放阅读框为91~846 bp,编码251个氨基酸,预测其分子量和等电点分别为26.78 kD和8.37,在64~149 aa和160~237 aa有DPBB_1和Pollen_allerg_1两个保守的蛋白质结构域。该基因与其他植物的expansin-A8基因核苷酸序列和氨基酸序列高度同源,其中与大豆、绿豆和豇豆expansin-A8基因的核苷酸序列同源性分别高达94%、92%和91%,与鸡血藤、大豆、豇豆和相思子expansin-A8基因的氨基酸序列同源性分别高达97%、95%、94%和93%。以葛根18S作为内参基因,Ptexp1基因在葛根膨大期不同组织中的表达规律为块根>根蔸>叶>茎,与不同部位发育表型吻合。1 mg/L氯吡脲处理显著提高该基因在块根、根蔸和茎的表达,但对叶片表达的影响不显著,与其处理显著提高块根、根蔸和茎的形态指标相吻合。本研究为氯吡脲调控葛根膨大的作用机理、产量和品质形成的分子机制及其新品种选育提供参考。     

甘蔗抗黄锈病G1标记的分子检测及候选抗病基因WAK的分析

甘蔗黄锈病是屈恩柄锈菌(Puccinia kuehnii Butler)引起的一种世界性真菌病害,导致产量减少和糖分降低,给甘蔗产业造成严重损失。本研究采用抗黄锈病分子标记G1,检测我国和世界上重要的甘蔗栽培品种、野生种和近缘属的抗黄锈病基因,并对扩增的代表性特异条带进行克隆测序、功能注释和聚类分析,推测其抗性基因的起源和进化。G1检测结果表明,国内124份甘蔗栽培品种检测到G1标记的有83份,占66.9%;国外46份甘蔗栽培品种检测到G1标记的有31份,占67.4%。34份甘蔗野生种和近缘属中检测到G1标记的有17份,占50%,其中割手密种含有该基因比例最高,为100%。功能注释揭示,G1标记的候选基因编码一种细胞壁连接的类受体激酶,并在甘蔗栽培品种的单倍体蛋白组数据库中鉴定到3个相似度较高的蛋白,这些蛋白都有细胞壁受体激酶结构的胞外域、跨膜域和激酶活性的胞内域。聚类结果则清晰展示了抗病候选基因的起源及进化关系,具体可分为3组,第1组来源于割手密种和大茎野生种;第2组来源于大茎野生种、热带种和河八王属;第3组来源于割手密种、大茎野生种、中国种和栽培品种。研究结果为抗黄锈病甘蔗品种的选育提供重要的抗源支撑,并为抗性分子机制的解析奠定基础。     

广西蔗区检测发现检疫性病害甘蔗白条病

为明确2016年在广西北海、来宾、百色蔗区发现的疑似甘蔗白条病症状蔗株致病病原。利用白条黄单胞菌特异性引物XAF1/XAR1对采自这3个蔗区的62份疑似病样进行PCR检测鉴定。鉴定结果表明：62份疑似病样都能够获得约600 bp的特异性片段,所得序列完全一致大小均为608 bp（GenBank登录号：KY315183--KY315203),其与白条黄单胞菌raxB1基因核苷酸序列（GenBank 登录号：FP565176）一致性为100%,在系统进化树中处于同一分支。田间调查结果显示：甘蔗品种‘桂糖46号’、‘桂糖06-2081’对于白条黄单胞菌高度感病,病株率一般为18%~50%,严重田块高达100%;染病严重蔗株全叶枯萎,茎的节部长出许多侧芽,侧芽叶片具白色条纹,造成大幅度减产减糖。本研究在广西蔗区检测发现由白条黄单孢菌引起的检疫性病害甘蔗白条病。     

贵州主要蔗区高粱花叶病毒(SrMV)的PCR检测

为了弄清贵州主要蔗区甘蔗花叶病害发生情况,本研究通过PCR检测方法,对采自贵州主要蔗区的52份疑似花叶病样品进行检测,结果表明:39份样品呈阳性(检出率为75%)。对阳性样品的PCR扩增产物测序比对,PCR扩增产物的基因序列与Gen Bank中SrMV分离物的基因序列同源性在96%~99%,由此证实贵州主要蔗区甘蔗普遍感染SrMV。     

沧源蔗区土壤养分现状研究

为了解甘蔗产区土壤养分状况,并根据养分丰缺情况进行合理科学的施肥,最终实现甘蔗高产高糖,对云南省临沧市沧源蔗区采集的185份土壤样品进行养分测定,结果表明：沧源蔗区土壤大部分呈微酸性,53.51%土壤样品的pH在5.5~6.5;有机质含量平均为2.74%;全氮含量极低,75.14%的土壤样品小于0.050%,平均为0.042%;碱解氮含量中等,平均为101.43 mg/kg;全磷含量低,平均为0.082%;有效磷含量低,平均为6.33 mg/kg;全钾含量低,52.97%的土壤样品含量在1.01%~1.50%,平均为1.403%;速效钾含量中等,平均为146.32 mg/kg;微量元素有效锌缺乏,79.75%的含量低于1.5 mg/kg;有效锰、有效铁和有效铜93%以上的土壤样品都高于临界值,铜、铁和锰不缺乏。根据土壤养分分析结果,在沧源蔗区建议有机肥结合速效氮磷钾复合肥施用,有利于甘蔗的高产高糖。     

侵染甘蔗的高粱花叶病毒遗传多样性分析

为探明甘蔗花叶病的病原病毒之一高粱花叶病毒(sorghum mosaic virus, SrMV)在我国华南地区的发生情况,从广东省广州、翁源、博罗及广西南宁等地甘蔗产区采集表现花叶症状的甘蔗叶片样品,采用1对病毒CP基因引物(P1:5′-ACAGCAGAWGCAACRGCACAAGC-3′、P2:5′-CTCWCCGACATTCCCATCCAAGCC-3′,Y=C/T,W=T/A,K=G/T,R=A/G),进行一步法RT-PCR检测,结果表明48%的样品受到SrMV侵染。根据寄主类型和地理来源,选取10份代表性样品,对经P1、P2扩增获得的病毒CP基因片段进行直接测序,所得序列经Blast比对确认均为SrMV CP序列。为揭示SrMV种内的遗传多样性,采用Clustal W方法对本文鉴定的10个SrMV分离物与GenBank中已报道的全部18个SrMV株系或分离物的CP基因序列进行多序列联配,并计算核苷酸同一性,结果显示各个SrMV分离物之间的CP基因核苷酸同一性为76%~100%。基于病毒CP基因核苷酸同一性的遗传多样性分析,SrMV种内分化成2个遗传变异类群,即杂种甘蔗组(HS group)和高贵甘蔗组(NS group),它们的分离物大多分别来自杂种甘蔗(hybrid sugarcane)寄主和高贵甘蔗(noble sugarcane)寄主。分离物之间的平均CP基因核苷酸同一性,在两组组内分别为87%和90%,两组间为80%。说明两组SrMV之间存在较大的遗传差异,寄主隔离是导致该病毒种内分化的主要因素。因此,在甘蔗花叶病的防治和抗病毒育种工作中,除需注意病原的种类和寄主类型外,还应充分考虑病原种内的遗传多样性。     

甘蔗健康种苗宿根矮化病的荧光定量PCR检测

通过对甘蔗健康种苗宿根矮化病的荧光定量PCR检测技术的研究,建立和完善检测甘蔗健康种苗体内甘蔗宿根矮化病病菌的实时PCR技术体系。选择经蔗汁检测宿根矮化病呈阳性的6株‘新台糖22号’甘蔗,经甘蔗健康种苗生产程序,获得健康种苗组培苗,利用实时荧光PCR技术检测甘蔗宿根矮化病病原菌基因在组培苗样本中的表达水平。实时荧光定量PCR检测结果为：10个不同处理的组培苗样本的PCR产物电泳检测未出现目的条带,10个样本的平均Ct值在37~39之间,甘蔗宿根矮化病病原菌基因在10个样本中不表达。10个健康种苗样本中不携带甘蔗宿根矮化病原菌,利用甘蔗健康种苗生产技术能够比较彻底地去除甘蔗宿根矮化病病原菌。     

甘蔗新品种及主栽品种对褐锈病抗性与Bru1基因分子检测

为明确近年我国各甘蔗育种单位育成的新品种及各蔗区主栽品种对甘蔗褐锈病的抗性,筛选抗褐锈病优良新品种供生产上推广应用,本研究结合全国甘蔗新品种联合区域试验,选择甘蔗褐锈病高发的云南临沧、云南普洱、云南玉溪和广西宜州蔗区,在田间自然发病下,对我国近年来选育的60个新品种和34个主栽品种进行抗性评价,并对抗褐锈病基因Bru1进行分子检测。结果表明,94个新品种及主栽品种中,66个表现高抗到中抗,占70.21%;28个表现为感病到高感,占29.79%。分子检测结果显示,共54个抗病新品种及主栽品种含有抗褐锈病基因Bru1,频率为57.45%。目前大面积种植的桂糖29号、桂糖44号、德蔗03-83、柳城03-1137、粤糖60号、桂糖46号等主栽品种高度感病,而粤甘48号、福农09-2201、桂糖08-120、柳城09-15、中蔗1号、云蔗08-1609、云瑞10-187、中糖1201等31个新品种抗病性强。建议多雨湿润褐锈病高发蔗区,应加大淘汰感病主栽品种和推广应用抗病新品种力度,以期达到品种合理布局,从根本上控制褐锈病暴发流行,为甘蔗产业高质量发展提供安全保障。