论植物表型组和植物表型组学的概念与范畴

植物表型分析是理解植物基因功能及环境效应的关键环节,随着植物功能基因组学和作物分子育种研究的深入,传统的表型观测已经成为制约其发展的主要瓶颈,而高通量的植物表型组分析技术和植物表型组学研究是解决这一困境的有效途径。虽然植物表型组分析正在成为国内外研究的热点,相关概念仍然较为模糊,阻碍了这一新兴学科的发展。本文分析了植物表型组和植物表型组学的相关概念和范畴,引入了准表型组、可辨识性状、映射性状、植物表型的遗传和环境包容性等新概念,将植物表型组定义为"受基因组和环境因素决定或影响的,反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状",将植物表型组学定义为"对植物表型组信息及相关环境参数的综合控制、完整采集和系统分析",并提出了植物表型组学的研究范围、研究方向和顶层设计原则。     

表型组学／Phenomics

表型组学,是将生物体的表现型特征视为一个整体（表型组）进行研究的领域,生物体的表型特征大都是由基因组与环境相互作用产生的。1996年,衰老研究中心主任Steven A．Garan在滑铁卢大学的一次应邀演讲上首先提出了Phenomics概念。     

表型组学及多组学联合分析在植物种质资源精准鉴定中的应用

种质资源是指具有实际或潜在利用价值的、携带生物遗传信息的载体。表型组学是近年来新兴的高通量、高分辨率的表型分析技术和平台。随着各种先进的表型组学研究工具和平台的研发,表型组学在种质资源筛选和评价中起着越来越重要的作用:在植物优异农艺性状鉴定、抗逆性研究、突变体研究和分子标记辅助育种研究中,高能量、高分辨率的鉴定技术对基因与环境互作的表型鉴定,为种质资源的规模化、批量化鉴定评价提供了基础和条件,为发掘优异种质和优良等位基因奠定了基础。     

表型组学

表型组学,是将生物体的表现型特征视为一个整体(表型组)进行研究的领域,生物体的表型特征大都是由基因组与环境相互作用产生的。1996年,衰老研     

代谢组学研究--功能基因组学研究的重要组成部分

代谢组学(metabolomics)是上世纪90年代中期发展起来的一门对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科。本文对代谢组和代谢组学的含义、代谢组学与其它组学的区别和关系、代谢组学研究的历史沿革、代谢组学在功能基因组学研究中的作用、代谢组学的研究现状与应用概况、代谢组学研究的技术等方面内容进行了介绍,并对当前代谢组学研究中存在的问题以及今后的发展趋势试作了探讨,提出了我国科学工作者利用代谢组学研究技术进行功能基因组学研究的必要性和可能性。     

玉米转录组学研究进展

玉米是我国种植面积最大的粮食作物,是人类食物、动物饲料以及部分工业原料的主要来源。获取特定时空基因转录模式信息对于了解与植物特定表型相关基因表达情况至关重要。转录组学分析是当前研究整个基因组在特定时空表达模式的重要研究方法。综述了近年来有关玉米转录组学的研究进展。     

先进的组学技术在植物抗病研究中的应用

近年来植物病害问题的频繁发生,严重影响着中国农业的生产与发展。为了提高植物抗病能力,从而抵御植物病害,本文归纳了基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学技术在植物抗病研究中的应用,总结了培育抗病品种、生物防治、植物病害监测技术等方法来减轻植物病害,从分子水平上分析了不同植物抗病机理,揭示相关抗病基因与其生长发育之间的密切关联。同时本文指出组学技术应用于植物抗病存在的不足,仍有一些低丰富度或低分子量的功能蛋白未被成功鉴定,提出提高检测技术的灵敏度、完善基因、代谢数据库等意见。组学技术不断发展与创新,为防治植物病害带来了新的契机。将有助于抗病品种的选育、病原菌的检测与防治和提高植物抗病能力等,从而促进植物生长和增加作物产量。     

中国板栗北方种群表型变异频率研究

研究了中国板栗北方产区5个地理种群种子及叶片特征的表型分化、表型性状值(数量性状)的频率分布及表型频率多样性。结果表明,板栗种群间的方差分量占总变异的10.97%,种群内的占41.57%,7个性状种群间的表型分化系数变幅在11.85%~28.34%。板栗7个性状种群间的表型分化系数平均为24.26%,表明种群内变异是板栗表型变异的主要来源,种群内品种间的多样性大于种群间的多样性。板栗7个性状频率分布基本符合正态分布,但偏度和削度各自不同,众数的位置及所在组的频率也存在一定差异。表型多样度、Shannon信息指数均可用于表型多样性的评价。     

多组学技术在红豆杉研究中的应用

组学技术及多组学联合分析已成为动植物分子生物学研究常用的技术手段,以转录组学、蛋白质组学及代谢组学为基础的组学技术,已被广泛应用于红豆杉的各项研究中。综述了近年来国内外有关基因组、转录组、蛋白质组与代谢组等组学技术在红豆杉分子标记开发、紫杉醇生物合成、功能基因、抗寒能力以及紫杉醇生物合成相关代谢物中的应用,讨论了这些工作对红豆杉研究的重要意义,为红豆杉分子育种、功能基因挖掘及紫杉醇生物合成分子机理研究提供理论依据,并为今后的研究工作提供思路。     

紫荆群体表型性状多样性研究

以紫荆全分布区的7个天然群体为研究试材,另取2个栽培群体为对照,对当年生枝的叶片、荚果、种子等14个表型性状进行比较分析,讨论群体间和群体内的表型多样性。结果表明,紫荆种内表型性状在群体间和群体内存在着极其丰富的变异。群体平均表型分化系数(VST)为32.30%,群体内的变异贡献大于群体间的。紫荆表型性状与生态因子相关分析表明,其种内群体表型变异呈梯度规律性,随着海拔的升高,叶片和种子逐渐变大;随着经纬度的增加,荚果形状从窄条形向宽条形变异,种子形状从近圆形向椭圆形变异。利用主成分分析对8个群体进行了排序、归类(其中P6群体性状值缺失比较多,故未进行排序),分析表明8个群体大致可以划为天然和栽培两类,天然群体又可分为两亚类。天然紫荆与栽培紫荆在表型上已经产生了分化。     

Characterisation of European oat germ plasm: allelic variation at complex avenin loci detected by acid polyacrylamide gel electrophoresis

European oat germ plasm involving 252 varieties, landraces, and breeding lines has been characterised by allelic constitution at three independent complex avenin loci. A total of 26 avenin alleles (blocks), including 7 at the Ave1 (Avn A), 10 at the Ave2 (Avn B), and 9 at the Ave3 (Avn C) loci were revealed. The avenin block variants were shown to be coded by gene clusters of 2–5 single expressed genes. A catalogue of the identified avenin blocks as well as a list of the avenin phenotypes is presented. It has been discovered that about 8% of the oat varieties were heterogeneous comprising two or three different avenin profiles. The varieties assayed have been classified into 79 avenin phenotypes made up by the different alleles. Forty-six of these phenotypes were distinguished uniquely, while the other 33 were shared by groups possessing from 2 to 41 genotypes each. Members within these groups had certain ancestors in common. Non-random patterns of both the avenin allele and phenotype distributions have been found. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

一个水稻半矮秆突变体的鉴定与遗传分析

高黄矮材料是由黄矮与高秆材料杂交后代F2群体中分离得到的一个半矮秆突变体材料,株高在95 cm左右,比黄矮高约40 cm.该材料在苗期倒2叶叶尖开始出现黄化,分蘖期倒2叶叶尖仍然黄化,倒3叶近1/3叶面黄化干枯、破损现象比较明显.将该突变材料与不同高秆材料杂交,杂种F1表现为高亲本,F2群体株高数据符合3:1分离比例,结果表明该矮生性状受1对隐性基因控制,因其叶尖黄化性状与半矮秆性状共分离,故暂将该基因命名为dy(t)基因;同时将突变材料与其他不同基因型的半矮秆杂交,F2群体均符合9:3:3:1的分离比例,结果表明dy(t)基因与sdl、sdn、sdg基因均不等位,为一新的半矮秆基因.对不同株高材料的幼苗进行不同浓度外源赤霉素(GA3)叶面喷施处理后,结果表明dy(t)基因对该激素敏感.     

寄主选择压力下玉米弯孢菌叶斑病菌致病性分化及生物学特性研究

摘要：采用寄主选择压力下得到的玉米弯孢叶斑病菌菌株作为研究对象,对其进行致病力分化测定,同时比较其在温度、pH值、碳源、氮源利用和光照等条件下的差异。结果表明：经继代培养得到的菌株存在致病性差异,并且在相同寄主上能产生不同类型的病斑,病斑大小、形状存在差异,说明经继代培养得到的菌株有致病性分化现象。不同致病类型的菌株的菌落形态、最适碳氮源、最适pH值有所不同。     

表型同型交配群体的Shannon信息熵和互信息

应用信息论方法研究了在表型同型交配下一对等位基因群体的基因型信息熵和互信息。在表型同型交配下,从随机交配下的平衡状态开始,群体的基因型信息熵逐代减少,但这种减少的趋势越来越慢,最终趋向于零。随着基因型信息熵的减少,群体的遗传多样性程度也越来越小。在表型同型交配下,群体的配子间互信息逐代增加,但这种减少的趋势越来越慢,最终趋向于零。配子间互信息的增加说明,配子间的信息交流程度逐代增加,两性配子间的信息关联程度越来越密切,而这用表型信息关联系数反映会更好。最后应用Matlab软件进行了数学模拟,直观验证了所得的结论。     

Dwarf-twisted: An induced mutation in Triticum durum Desf

Summary A mutant phenotype, mainly characterized by undulated leaf surface, dwarfism and sterility, has been repeatedly induced by physical (X-rays; thermal and fast neutrons) and chemical (diethylsulphate and ethylmethanesulphonate) mutagenic agents in different varieties of durum wheat. This phenotype is easily detectable at the seedling stage. Neutron treatments are the most effective method to induce this phenotype and a maximum of 0.6% mutations per M₁ spike-progeny was induced after the highest dose of thermal neutrons. On the average 0.23 mutations per 100 M₁ spike progenies and 0.55 mutant seedlings per 1000 M₂ plants were found after all treatments.Genetic analysis of different dwarf-twisted phenotypes shows that this character is conditioned by one recessive gene with an average segregation ratio of 22.9%. As the dwarf-twisted phenotypes segregate in highly fertile M₁ spikes and no evident chromosome changes have been detected in this caryotype, the hypothesis of a point mutation has been proposed.Contribution no. 171 from the Laboratorio Applicazioni in Agricoltura del C.N.E.N., C.S.N. Casaccia, S. Maria di Galeria, Roma, Italy.     

Rapid phenotyping of adult plant resistance in barley (Hordeum vulgare) to leaf rust under controlled conditions

Breeding for adult plant resistance (APR) is currently impeded by the low frequency of annual field‐based testing and variable environmental conditions. We developed and implemented a greenhouse‐based methodology for the rapid phenotyping of APR to leaf rust in barley to improve the efficacy of gene discovery and cloning. We assessed the effects of temperature (18 and 23°C) and growth stage (1–5 weeks) on the expression of APR in the greenhouse using 28 barley genotypes with both known and uncharacterized APR. All lines were susceptible in week 1, while lines carrying Rph20 and several with uncharacterized resistance expressed resistance as early as week 2. In contrast, lines lacking Rph20 and carrying either Rph23 and/or Rph24 expressed resistance from week 4. Resistant phenotypes were clearest at 18°C. A subset of 16 of the 28 lines were assessed for leaf rust across multiple national and international field sites. The greenhouse screening data reported in this study were highly correlated to most of the field sites, indicating that they provide comparable data on APR phenotypes for screening purposes.     

UCP3基因遗传多态性与中国西门塔尔牛生长

为了分析UCP3基因SNPs与中国西门塔尔牛生长及育肥性状的相关性。以118头中国西门塔尔育肥牛为研究材料,通过DNA测序和PCR-RFLP技术检测UCP3基因BglI酶切位点SNPs,并进行相关分析。UCP3-BglI酶切位点表现多态,且处于Hardy-Weinberg平衡状态。与部分育肥性状的相关分析表明,该位点与饲料转化率性状和平均日增重性状表现显著相关(P<0.05),其中AA基因型个体均值显著优于AB和BB基因型个体,料肉比较低,日增重较高;与部分生长性状的相关分析发现在15月龄体高、体长和胸围性状,12月龄体高性状,8月龄体长性状中UCP3-BglI多态位点差异显著,AA基因型个体表型值显著高于其他或其中一个基因型值(P<0.05);在宰后体尺性状测量性状中,UCP3-BglI多态位点对胴体长、胴体胸深和后腿宽和背膘厚性状影响显著。其中AA和AB基因型个体胴体长、胴体胸深和背膘厚性状的表型值显著高于BB基因型个体（P<0.05）;在后腿宽性状中,AB个体表型值显著高于AA和BB个体（P<0.05）。初步认为,AA基因型与优良的生长育肥性状显著相关,对A等位基因的选择有利于优良性状的改良。     

Mapping QTLs for potassium-deficiency tolerance at the seedling stage in wheat (Triticum aestivum L.)

Potassium (K) deficiency is a major factor limiting crop development and yield. In this study, 20 traits were investigated at the seedling stage using a doubled-haploid population subjected to normal K and K deprivation treatments. Evaluation of phenotypes expressed under the two K supply conditions revealed that K deprivation was able to decrease values of ten measured traits, whereas values of the other ten traits increased. A total of 65 QTLs were detected across all 21 chromosomes, except for chromosomes 2B, 5A, and 7B. Individual QTLs in the two K supply treatments explained between 5.35 and 39.64 % of the phenotypic variation. Nine QTL clusters (C1–C9) involving 34 QTLs under the different K supply treatments were mapped to chromosomes 1A, 1B, 1D, 3B, 4A, 5B, 6A, and 7B. Our results are helpful for understanding the genetic basis of K deficiency in wheat, and provide useful information for genetic improvement of K deficiency in wheat by marker-assisted selection.