麦类作物落粒控制的分子机制研究进展

作物驯化在人类从狩猎和采摘的原始生活状态到农耕文明的演化过程中起着至关重要的作用,落粒性的丧失是作物驯化的首要性状。麦类作物是最早被驯化的作物之一,近年来随着大麦、小麦及其近缘物种基因组测序工作的完成,对麦类作物落粒控制系统驯化分子机制的研究取得了长足进展,本文就麦类作物脆轴性与作物驯化、大麦脆穗基因与驯化模式、小麦脆穗基因的同源性和多态性、脆穗基因在禾本科作物基因组中的排列方式以及影响麦类作物脆穗形成的其他机制等方面的研究进展进行综述,并对麦类作物脆穗基因的研究方向进行展望,以期对相关研究者提供参考。     

叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定中的应用

在介绍叶绿素荧光诱导动力学原理的基础上，综述了叶绿素荧光测定技术在麦类作物耐盐性鉴定上应用的有关研究结果。通过分析叶绿素荧光参数与发芽率、产量等农艺指标及脯氨酸、细胞膜稳定性等生理指标的相关关系，指出叶绿素荧光参数可以作为麦类作物耐盐品种筛选的指标，并就该技术的优点及其实际应用中应注意的问题进行了讨论。     

丰产抗病冬小麦新品种—SDWW

正SDWW7是由石河子大学麦类作物研究所和新疆农发盛源种业有限公司与国际冬小麦改良项目(IWWIP)合作选育的冬小麦新品种。该品种来源于石河子大学麦类作物研究所冬小麦育种团队从IWWIP引进的高代品系MIRANDA。该品系于2010-2012年经连续3年田间试验鉴定,在产量、农艺性状和抗病性方面综合表现较好;     

麦类作物非生物胁迫抗性基因研究进展

麦类作物是世界上主要的粮食作物，干旱、低温、盐碱等环境因子是麦类作物生产的主要限制因子。通过对干旱、低温、盐碱等非生物胁迫抗性的遗传和分子技术研究，已确定了大批与这些抗性相关的基因的主效位点、数量位点(QTLs)和与胁迫反应相关的基因序列。对这些基因位点、基因序列的关系及其功能的研究是进行麦类作物非生物胁迫抗性改良的基础。本文从非生物胁迫抗性基因位点、与胁迫反应相关的基因序列、抗性基因位点分子基础、抗性基因功能验证、抗性基因的比较基因组学等五个方面对麦类作物非生物胁迫抗性基因的研究进行了综述。     

全基因组关联分析在大豆中的研究进展

全基因组关联分析(GWAS)是目前发现复杂农艺性状相关遗传基础最有力和最有效的研究方法。随着遗传学的发展,基因分型、统计学方法等许多关键性技术的进步,以连锁不平衡为基础的全基因组关联分析应运而生。近年来GWAS在大豆复杂性状研究和作物育种中得到了广泛的应用。本研究在简要介绍GWAS的原理、流程的基础上,总结其在大豆重要农艺性状研究中取得的最新进展,最后讨论GWAS存在的问题和未来发展趋势,以期为进一步利用GWAS进行大豆遗传育种研究提供理论依据。     

镉诱导麦类作物氧化胁迫及其缓解途径

镉 (Cadmium ,Cd)对植物引起的氧化胁迫是Cd毒害的重要原因之一。综述了Cd诱导麦类作物氧化胁迫效应以及麦类作物对Cd氧化胁迫的相应防御反应 ,如抗氧化酶活性及抗氧化物含量的变化等 ,并介绍了缓解Cd诱导的氧化胁迫的机理和途径。     

高产大豆新品种辽豆23号选育与栽培技术

辽豆23号是辽宁省农业科学院作物研究所采用优良品种与稳定、优异品系进行有性杂交,经系谱法选育而成,具有农艺性状好、产量高、抗病性强、适应性较广等特点,适于辽宁省中部、南部大部分地区种植,2006年通过辽宁省农作物品种审定委员会审定。     

CRISPR/Cas9系统在植物育种中的应用

人工核酸酶系统是在特定的基因组位点,进行切割进而利用生物内源的修复系统对目标基因进行编辑,创造新基因型的基因编辑技术。CRISPR/Cas9系统是原核生物抵御噬菌体侵染的天然适应性免疫系统。经过优化的CRISPR/Cas9编辑系统凭借操作简单,突变效率高,成本低等特点优越于其他核酸酶系统,比如锌指核酸酶系统和TALE核酸酶系统。目前,优化改造后的CRISPR/Cas9编辑系统已经在植物功能基因研究和新材料创制中得到了广泛地应用。本研究简述了CRISPR/Cas9编辑系统的结构和作用机理,归纳并论述了CRISPR/Cas9系统在植物中的编辑效率与脱靶效应和在改良作物农艺性状中的应用。最后,总结了CRISPR/Cas9系统在功能基因组学研究中应用扩展,以及展望了该系统在作物育种中的发展前景及应用价值,期望为高效利用CRISPR/Cas9系统进行新材料创制、作物品种改良提供参考。      

麦类等主要作物的miRNA研究进展

microRNA(miRNA)是一类小分子的非编码RNA,可通过对其靶基因mRNA的降解或翻译抑制调控基因表达。目前除对拟南芥、水稻和杨树等模式植物已进行研究之外,对麦类作物的miRNA也进行了初步研究。利用生物信息学预测和小分子RNA测序的方法,目前已克隆了一系列小麦和大麦miRNA,包括物种保守的miRNA及麦类特有的miRNA。靶基因预测及miRNA表达谱分析显示这些麦类miRNA的表达具有时空特异性,可能参与生长发育及胁迫应答的调控。这些数据为进一步研究植物miRNA的进化及麦类miR-NA参与的特异调控功能提供了线索及依据。     

镉诱导麦类作物氧化胁迫及其缓解途径

镉（Cadmium，Cd)对植物引起的氧化胁迫是Cd毒害的重要原因之一。综述了Cd诱导麦类作物氧化胁迫效应以及麦类作物对CA氧化胁迫的相应防御反应，如抗氧化酶活性及抗氧化物含量的变化等，并介绍了缓解Cd诱导的氧化胁迫的机理和途径。     

基于GBS技术构建四倍体杂交冰草超高密度遗传连锁图谱

冰草是优良的牧草,也是小麦等麦类作物抗逆遗传改良的重要基因库。构建冰草超高密度遗传连锁图谱,有利于冰草的标记辅助育种和遗传分析。本研究利用基因分型测序（GBS）技术,对四倍体杂交冰草F₂分离群体的115个单株及其亲本蒙古冰草和航道冰草进行高通量SNP基因分型,经测序获得了超过584 Gb的数据,SNP鉴定以及完整度和偏分离过滤后,最终得到了5 035个高质量的SNP标记;采用Join Map 4.0作图软件构建四倍体冰草超高密度遗传连锁图谱,该遗传图谱包括14个连锁群,各连锁群的长度范围在68.959～280.309 cM之间,平均长度为153.473 cM,覆盖的基因组总长度为  2 148.621 cM,标记间的平均距离为0.427 cM。该图谱是目前冰草中分子标记数目最多、密度最高的遗传连锁图谱,为进一步开展冰草品质、抗性等重要性状的QTL定位、图位克隆及分子标记辅助育种研究等奠定了基础。     

Ae1-5180高直链淀粉玉米近等基因系农艺性状与子粒品质分析

高直链淀粉玉米品种选育具有广阔的应用前景和商业价值,目前,我国高直链淀粉玉米种质稀缺。显性Ae1-5180突变基因为直链淀粉扩充者ae的等位突变,对其育种应用研究鲜少报道。以10组优质玉米自交系及其Ae1-5180近等基因系为试验材料,通过对植株农艺性状和子粒品质分析发现,与对照相比,全部Ae1-5180近等基因系直链淀粉含量显著提高,同时总淀粉及百粒重降低。近等基因系CA240/Ae1和CANS-1/Ae1直链淀粉含量高,且百粒重较高,农艺性状变化小,推测具有较高的潜在育种价值。     

六倍体小黑麦重要性状的改良潜力探究

小黑麦是近代创建的禾本科新作物,具有生物量大、抗逆性好等特点,适宜农牧结合区种植。为明确小黑麦重要性状的改良潜力并为粮饲兼用型小黑麦杂交育种提供依据,以我国的冬性小黑麦兰小黑和CIMMYT的春性小黑麦CM-12、CM-13及其构建的三个杂交F₁、F₂群体为材料,对苗相、株高、单株穗数、穗长、小穗数、叶片特性、茎秆特性等重要农艺性状进行田间考察,分析各性状的配合力,并计算3个F₂群体各个性状的遗传变异系数、遗传力等参数,以探索各重要性状的改良潜力。结果表明,冬性与春性小黑麦的杂交群体比春性与春性杂交群体具有较高的变异系数和遗传力;小黑麦的穗颈长、旗叶宽、旗叶长等性状遗传力较高,变异系数较大,利用分离群体对这些性状进行遗传选择的潜力较大,具有可行性。     

转ABP9基因冬小麦的抗旱性评价

为了解转ABP9基因冬小麦材料的抗旱性,在雨养和灌溉条件下,对32份转ABP9冬小麦株系及其受体亲本石4185的主要农艺性状和抽穗期部分生理指标进行了测定,并采用隶属函数值法和抗旱性度量(D)值法对其抗旱性进行了综合评价,利用灰色关联度法对相关抗旱性状与抗旱指数之间的关联度进行了分析。结果表明,采用隶属函数值法和D值法评价时,分别有6和10份转基因小麦材料的抗旱性较受体亲本石4185增强。各农艺性状和生理指标依照与抗旱指数的关联度从高到低依次为单穗粒重、结实小穗数、千粒重、穗粒数、叶绿素含量、POD活性、MDA含量、SOD活性、株高、有效分蘖。因此,在对转ABP9基因抗旱小麦进行鉴定筛选时,应主要以单穗粒重、结实小穗数、千粒重、穗粒数等农艺性状作为参考,适当考虑生理指标的影响;由于不同指标或性状对小麦抗旱性的贡献不同,采用抗旱性度量值较平均隶属函数值进行抗旱性综合评价更为可靠。     

黄淮麦区部分小麦和国外引进小麦GS2等位基因的检测及其与农艺性状的关联分析

为明确黄淮麦区TaGS2等位基因的分布状况及其与主要农艺性状的关系,对黄淮麦区2008年之前育成的种质材料、新育成的品种(系)及国外引进材料,用TaGS2-A1、TaGS2-B1和TaGS2-D1等功能标记鉴定对应的基因,并结合相关农艺性状发掘优势单倍型。结果表明,黄淮麦区2008年之前育成的种质材料和新育成品种(系)中TaGS2等位基因分布频率存在一定的差异;TaGS2-A1b、TaGS2-B1b和TaGS2-D1a是优势TaGS2等位基因,TaGS2-A1b在小麦抽穗期、株高和小穗数的改良上是优势单倍型,但在新育成的品种(系)中有下降的趋势,TaGS2-D1a能够显著增加小穗数、穗粒数和穗粒重,在各类材料中的比例都较高;TaGS2-B1b是提高千粒重的优势单倍型。因此,在黄淮麦区小麦穗部性状改良中TaGS2-B1b和TaGS2-D1a的作用显著,尤其是TaGS2-D1a,同时黄淮麦区种植小麦遗传多样性在减少,一些优势单倍型未受到重视,应对地方品种和一些国外引进材料加以利用。     

二穗短柄草异戊烯基转移酶(IPT)编码基因的进化及功能分析

细胞分裂素(CTK)是一类重要的植物激素,主要作用是引起细胞分裂,诱导芽的形成和促进芽的生长。此外,CTK能够通过参与细胞分化来调控根分生组织大小,对根系生长有负调控作用。异戊烯基转移酶(IPT)是CTK合成过程中的一个关键的限速酶,在高等植物中均以多同源拷贝形式存在。为了探寻二穗短柄草IPT基因的进化起源,并阐明同源基因间潜在的功能分化及其在根系生长过程中的生物学功能,首先,对拟南芥及二穗短柄草的IPT基因进行了序列比对和进化分析,其次,利用荧光定量的方法对二穗短柄草中各IPT基因在不同组织不同发育阶段的转录水平进行了定量分析,最后,通过构建IPT基因RNAi的表达载体,对二穗短柄草中多个IPT基因的转录进行了沉默干扰。结果表明,tRNA-IPT可能代表了IPT祖先基因的功能,而且是ATP/ADP-IPT基因的供体基因。二穗短柄草各IPT基因具有一定的组织表达特异性,大部分ATP/ADP-IPTs处于转录不活跃状态,而tRNA-IPTs在根部和叶部的表达量都很高。因此,IPT基因在单子叶模式植物二穗短柄草中可能采用了不同于拟南芥的方式发挥功能,其主要的发挥功能形式是tRNA类型。二穗短柄草转IPT-RNAi植株表现出根系增强的表型,说明在根系早期发育阶段,二穗短柄草ATP/ADP型IPT基因起到了一定的调节作用。由于IPT基因在早熟禾亚科物种中较为保守,本研究可为增强麦类作物根系发育与提高抗旱性提供必要理论基础。     

小麦BES1转录因子基因 TaBEH3的克隆及表达分析

BES1(油菜素内酯不敏感1-甲磺酸乙酯-抑制剂1)是一类植物特有的转录因子家族, TaBEH3基因是小麦 BES1基因家族成员之一,为进一步了解该基因的功能,以中国春为材料,克隆了 TaBEH3基因,将其3个同源基因分别命名为 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D。序列分析显示,3个同源基因均包含2个外显子,分别编码356、354和358个氨基酸,启动子区含有大量与植物生长发育、激素响应相关的顺式作用元件,其中,分生组织表达元件（CAT-box）和脱落酸响应元件（ABRE）在3个基因中普遍存在。系统进化树分析显示, TaBEH3基因在麦类作物中具有更近的亲缘关系。基于qRT-PCR进行的时空表达分析显示, TaBEH3基因在不同组织和不同器官间均有组成性表达,表明 TaBEH3基因在植物生长发育（特别是花器官的发育和形成）过程中具有重要的作用。 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D基因响应ABA激素胁迫处理,且3个基因的表达量变化趋势一致。     

转TaSCL14基因小麦的遗传稳定性及农艺性状分析

为了获得农艺性状优良的转TaSCL14基因小麦品系,以普通小麦品种小偃39为受体获得的转TaSCL14基因小麦T1～T3代株(系)为材料,对其中TaSCL14基因的遗传稳定性和主要的农艺特性进行分析。结果表明,转TaSCL14基因小麦的T1和T2代植株的阳性率分别达到55.9%和85.6%,穗粒数、冬前分蘖与对照存在显著差异;T3代4个转基因株系3-4、3-7、3-8和3-11的阳性率达到90%以上,且TaSCL14基因在各株系中的表达水平都高于对照。与野生型相比,转基因小麦T3代部分株系的冬前分蘖、冬后分蘖、有效分蘖和小穗数均较野生型呈显著或极显著提高,但千粒重都较野生型有所降低,其中株系3-4和3-7降低幅度较大,分别达到显著和极显著水平。以上结果说明,TaSCL14基因的过表达能够影响转基因小麦的部分农艺特性,并且在株(系)间有差异。     

25份澳大利亚小麦种质的性状表现及利用

为给黄淮南片冬麦区小麦育种提供信息,对25份澳大利亚小麦种质于2016-2018年度在新乡进行了部分农艺性状调查,对其品质性状及优质亚基等进行了分析。结果表明,25份澳大利亚小麦种质多表现为春性,综合农艺性状较差;千粒重低于黄淮麦区高产对照品种周麦18,变化范围为31.4 g～43.1 g;湿面筋含量、面筋指数、稳定时间、弱化度的变化范围分别为28.0%～39.1%、55.2%～96.5%、4.0 min～25.0 min、5%～100%。从澳大利亚小麦种质中,筛选出了具有湿面筋含量高、面筋指数高、稳定时间长、面粉粉色白等优良品质特性的材料,鉴定出了含5+10亚基、7+8~*亚基(7超量表达亚基)、17+18亚基、13+16亚基、低PPO活性基因及 Wx-B1基因缺失等优异品质材料,筛选出了含有 Rht-D1b矮秆基因以及 Lr34和 Lr46抗叶锈基因的材料。利用澳大利亚小麦种质为改良亲本,与黄淮麦区表现突出的小麦品种配制三交或四交组合,按常规系谱方法对优良性状进行定向选择,培育出了综合农艺性状表现好、品质表现突出的小麦新品系。