水稻已克隆中胚轴伸长基因效应解析及优异单倍型鉴定

旱直播是未来水稻生产的重要发展方向,在南亚和东南亚籼稻种植区已有较大面积,然而热带和亚热带地区粳稻种植多采用传统育苗移栽。中胚轴长度(Mesocotyl length,ML)是影响水稻旱直播出苗和幼苗活力的重要因素。基于分子标记辅助选择(Molecular marker assisted selection,MAS)育种,培育长中胚轴种质是促进水稻旱直播推广最为经济、高效的方式。迄今,已有4个水稻中胚轴伸长基因报道,即OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1。笔者选择3K重测序项目中TROP和TEMP粳稻亚群开展分析,测定中胚轴长度并鉴定OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1基因的优异单倍型。结果表明,TROP和TEMP亚群中胚轴长度呈典型的连续正态分布。OsGSK2、GY1、OsPAO5和OsSMAX1分别包括3、3、3和6种单倍型;同一基因在TROP和TEMP亚群中单倍型分布频率也存在差异。TROP亚群中OsGSK2-Hap1、GY1-Hap2、OsPAO5-Hap3、OsSMAX1-Hap2和OsSMAX1-Hap3为优异单倍型;TEMP亚群优异单倍型为Os...     

圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析

四排穗(four-rowed spike, FRS)性状是超数小穗(supernumerary spikelets, SS)性状的一种类型,表现为在一个穗轴节片上近垂直地着生2个无柄小穗,从而增加了小穗数和穗粒数,对提高产量有一定的潜力。为了解圆锥小麦0880 FRS性状的遗传特征,将0880与正常穗(normal spike, NS)圆锥小麦0879杂交,构建了遗传群体,并对0880 (FRS) × 0879 (NS)与0879 (NS) × 0880 (FRS) F₁、F₂及F_2:3植株的穗部性状进行了调查。结果显示,正反交组合的F₁植株均表现为正常穗,F₂群体中正常穗与四排穗符合3∶1的分离比例,表明0880的四排穗性状由隐性单基因控制,将该基因定名为frs1;细胞质对frs1无显著影响。采用已定位于普通小麦A组与B组的SSR分子标记并结合混合分组分析法(BSA), 筛选出32个在双亲及F₂单株构建的四排穗型池和正常穗型池都具有多态性的SSR分子标记,利用JoinMap4.0软件构建了与frs1连锁的2A染色体11个SSR分子标记遗传图谱,其中SSR标记Xwmc598和Xwmc522位于frs1基因两侧,与该基因的遗传距离分别为4.0 cM和2.4 cM。利用2A染色体缺失系对这11个SSR进行物理定位,Xwmc598和Xwmc522均被定位在2A染色体短臂FL0.00~0.78区域。本研究的结果为frs1基因的精细定位及分子标记辅助选择奠定了基础。     

水稻NOL(NYC1-like)基因序列多样性、单倍型效应以及表达谱分析

NOL(NYC1-like)基因编码的蛋白在体外试验中显示出Chlb还原酶活性,但是该基因序列变异是如何影响水稻持绿表型的目前还没有报道。本研究利用本实验室的533份已测序的核心种质材料,对该基因的序列进行了多样性分析,本研究将出现频率5%的SNP用于数据分析。该基因含有7种单倍型,Hap1和Hap4中SNP位点大致相同,Hap2、Hap3、Hap6含有相似的SNP位点。在单倍型效应分析中,考虑了核心种质的群体结构影响因素,将每个亚群的单倍型叶绿素含量进行了t-test。结果发现Ind亚群中hap4与hap3的差异极显著,hap3与hap4不仅在第一个外显子(181 bp)处产生非同义突变,而且还含有大量的启动子区的变异位点,这些位点有待于后期的功能验证。通过本实验室的表达谱数据库显示,在用植物激素处理的3份水稻材料幼苗中的NOL基因表达量非常高,这说明NOL基因与植物激素的调控有关,其次发现在衰老的叶片中表达量比较高,说明在叶片衰老后期NOL基因参与叶绿素的降解。研究结果从RNA水平为NOL基因调控叶绿素降解作用机理奠定了理论基础。     

红粒小麦Tamyb10单倍型检测及其与穗发芽抗性的关系

穗发芽是影响小麦品质和产量的重要因素之一,通常红粒小麦比白粒小麦具有较高的穗发芽抗性。转录因子Tamyb10是R-1基因的强候选基因,其表达与否和表达水平决定小麦籽粒颜色。为阐明Tamyb10单倍型与红粒小麦穗发芽抗性的关系,利用已开发的Tamyb10基因分子标记,检测119份来自不同麦区的红粒小麦材料,发现Tamyb10基因(Tamyb10-A1、Tamyb10-B1和Tamyb10-D1位点)可分成7类单倍型,分别是baa、aba、bba、aab、bab、abb和bbb。Tamyb10-D1对穗发芽抗性影响最大,Tamyb10-B1次之,Tamyb10-A1作用最小。Tamyb10单倍型没有明显的地域分布特点,但在东北春麦区,Tamyb10单倍型bbb与红粒品种的高穗发芽抗性相关。     

小麦穗粒数形成的基因型差异及增粒途径分析

以27个穗粒性状不同的小麦品种为材料,对小麦穗粒数形成过程中的各构成因素进行了相关、通径和聚类分析。结果表明：不同穗粒性状基因型在分化小穗数、结实小穗数、分化小花数和可孕小花数上均有明显差异。特大穗型小麦的小花分化速率最快,分化持续时间最短。穗粒数对小麦产量提高的贡献最大,穗粒数与千粒重之间不存在负相     

谷子酸性磷酸酶ACP家族基因鉴定与SiACP1耐低磷单倍型分析

细胞内酸性磷酸酶(ACP)是一种将液泡内的磷酸酯水解为无机磷的酶,普遍存在于植物组织中,在调控植物磷营养方面起着重要作用。谷子具有耐贫瘠特性,蕴藏着重要的耐低磷优异位点。挖掘谷子SiACP基因的关键变异位点和单倍型,促进分子标记辅助培育新品种,是解决土壤有效磷缺乏的主要遗传育种途径之一。通过同源序列比对的方式共获得了13个谷子以及其他3种禾本科作物的ACP家族基因,并对其进行生物信息学分析,结果发现,ACP家族基因在禾本科作物的数量和分布具有一定的规律性,均具有高度保守的磷酸酶结构域和基序。通过家族进化树分析发现,单子叶植物ACP基因与双子叶植物ACP基因在进化过程中出现明显的分支。转录组数据的表达模式结果显示,C4植物谷子的SiACP1基因表达模式具有明显的组织表达特异性,而SiACP2和SiACP3基因在整个生长发育阶段的不同组织表达量均较高。通过候选基因关联分析和单倍型分析发现,位于SiACP1启动子的SNP与耐低磷相关性状显著关联,并初步鉴定到一个与谷子耐低磷性状相关的有利单倍型ACPHap2。研究结果将为作物耐低磷优良种质育种提供一定的基因遗传信息参考。     

小麦穗籽粒数、单粒重及单粒蛋白质含量的小穗位和粒位效应

通过系统分析2个品种与2个施氮水平的试验资料,确立了小麦穗籽粒数、单粒重、单粒蛋白质含量与蛋白质产量的小穗位和粒位效应。结果表明,不同小穗位结实籽粒数、小穗重,不同粒位粒重、单粒蛋白质含量与蛋白质产量均呈现二次曲线分布。2个品种穗部籽粒的分布存在显著差异,多粒型品种在不同施氮水平下每小穗结实粒数、单粒     

小麦Fhb1基因定位、克隆及其在抗赤霉病育种中利用的研究进展

赤霉病已成为小麦第一大病害,严重影响小麦的产量和品质。目前,抗性品种结合化学防治的方法成为当前防治赤霉病的最有效途径。小麦赤霉病抗性受多种基因控制,其中,Fhb1基因抗性效应最大,且抗性稳定,在小麦赤霉病抗性方面具有重要作用。本文综述了赤霉病主效抗性基因Fhb1的定位、分子标记和克隆技术的最新研究进展。利用选择性回交技术和矮败小麦平台将Fhb1基因导入当地小麦中可提升赤霉病抗性,进而结合化学防治方法为我国小麦安全生产提供保障。     

绿豆荚粒数增多突变体snpp1的表型分析及基因定位

荚粒数是食用豆产量性状的构成因子,是食用豆遗传改良的育种目标之一.目前,调控绿豆荚粒数形成的遗传网络和分子基础尚不清楚.通过构建绿豆突变体库,本研究筛选获得了荚粒增加突变体snpp1,遗传分析发现该突变体受半显性基因控制.通过构建F2 代分离群体,筛选群体中的极端单株构建2个DNA混池(每个池包含35个极端单株),利用...     

白菜型油菜粒色主效基因BrTT1的调控机制分析

白菜型油菜(Brassica rapa L.,2n=20, AA)为十字花科芸薹属作物,属于栽培油菜基本种。我国是白菜和白菜型油菜的起源中心,与甘蓝型油菜相比,其起源和栽培历史悠久,遗传资源丰富,具有天然而稳定的黄籽资源。大黄油菜是白菜型油菜中一种天然的黄籽资源,其粒色鲜黄,黄籽性状能够稳定遗传,且具有大粒、含油量高、自交亲和性好等优点,是研究油菜粒色性状的良好材料。本研究对白菜型油菜粒色主效基因BrTT1进行了进一步的功能验证,并对BrTT1的粒色调控机制进行了初步解析。序列比较结果表明, BrTT1在不同遗传背景白菜型油菜黄籽、红褐籽、黑籽品种中存在固定的差异位点,同一粒色材料所得BrTT1序列一致,可用于预测粒色表型;酵母双杂交分析表明,BrTT1可以与另外2个转录因子R2R3-MYB (BrTT2)和WD40 (BrTTG1)以及一个催化酶(BrTT3)相互作用。qRT-PCR结果表明,超量和干扰BrTT1的表达,导致类黄酮合成路径结构基因及其他关键调节基因BrTT2、BrTTG1的异常表达或不表达,从而阻碍了原花色素的正常积累。研究结果进一步明确了BrTT1在白菜型油菜粒色形...     

基于单片段代换系的水稻粒型QTL加性及上位性效应分析

以分子标记辅助选择的手段有目的地进行基因聚合育种,对于加快育种进程具有重要的意义。而基因的加性和上位性效应是决定基因聚合能否成功的关键。本文以16个单片段代换系(SSSL)及15个双片段代换系分析了水稻粒型性状QTL的加性及上位性效应。共检测到9个水稻粒型性状QTL,包括4个粒长QTL、1个粒宽QTL和4个籽粒长宽比QTL,分别位于第2、第3、第4、第7和第10染色体上。此外,还检测出7对双基因互作,其中3对为有显著效应的两座位间互作,1对为两座位均没有显著效应的座位间互作,3对为1个有显著效应的座位与1个没有显著效应的座位间互作。本文结果进一步揭示了同一粒长QTL与不同单片段代换系聚合时会产生不同的互作效应,只有当上位性效应与目标基因的加性效应同向时,才可以达到明显改良粒长的效果。而且,2个长粒或2个短粒QTL聚合很难再产生更长或更短的籽粒。以上结果对于通过分子标记辅助育种手段改良水稻粒型具有重要意义。     

甘蓝型油菜BnFAD2-C1基因全长序列的克隆、表达及转录调控元件分析

脂肪酸去饱和酶基因(FAD2)是控制植物体中油酸含量的关键基因,在甘蓝型油菜中有4个FAD2基因的拷贝,分别定位在A1、C1、A5、C5染色体上。本文克隆了1个FAD2拷贝基因,依据油菜基因组数据库信息,将其定位到C1染色体上,命名为Bn FAD2-C1,其开放阅读框为1155 bp。采用RACE(rapid-amplification of c DNA ends)技术获得了175 bp的5?UTR序列和212 bp的3?UTR序列。采用荧光定量PCR技术研究发现,Bn FAD2-C1在根、花和角果皮中仅保持本底水平的表达,在种子发育中期呈现高效表达,具有种子特异性诱导表达的特征。根据甘蓝和油菜基因组数据库信息,同源克隆到Bn FAD2-C1基因的启动子(promoter)和内含子(intron)序列,并通过PLACE和Plant CARE网站分析,初步预测到调控该基因转录的潜在顺式作用元件。通过茉莉酸诱导处理,Bn FAD2-C1基因表达量发生变化,推断茉莉酸在Bn FAD2-C1基因的表达过程中可能发挥一定的调控作用。