谷子生育期及穗相关性状的QTL定位

【目的】谷子生育期及穗部性状是影响谷子品种适应性及产量的关键因素。通过对相关性状进行QTL定位分析,为探明谷子复杂产量性状的分子遗传机制奠定基础。【方法】以优良品种豫谷18和冀谷19为亲本构建的包含400个家系的RIL群体为试验材料,于2018—2019年分别在4个不同环境下调查谷子抽穗期、抽穗-成熟天数、全生育期及穗长、穗粗和单穗重等穗相关性状的表型值。同时,利用已构建的由1 304个bin标记组成的全长为2 196 cM,标记间平均距离为1.68 cM的高密度遗传连锁图谱。采用复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对生育期及穗部性状进行QTL定位分析,并对所获得的QTL置信区间进行候选基因的预测。【结果】重组自交系群体生育期及穗部性状在4个环境中均表现为连续分布且存在双向超亲分离现象,符合数量性状的遗传特征,适宜进行QTL分析。相关分析表明,谷子抽穗期与全生育期呈极显著正相关,与抽穗-成熟天数呈显著负相关,穗长与穗粗呈显著正相关。共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,分布在第1、3、5、6、8和9染色体上。其中45个QTL与抽穗期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.61%—27.60%;7个QTL与抽穗-成熟天数相关,单个QTL能够解释表型变异的2.65%—12.14%;20个QTL与全生育期相关,单个QTL能够解释表型变异的1.98%—16.97%;9个QTL与穗长相关,单个QTL能够解释表型变异的3.51%—11.65%;5个QTL与穗粗相关,单个QTL能够解释表型变异的3.74%—8.34%;2个QTL与单穗重相关,单个QTL能够解释表型变异的5.16%—5.20%。本研究共检测到12个主效QTL,其中,qEHD-9-1、qEHD-9-2、qHMD-9-2、qGRP-9-2和qPL-5-1在至少2个环境和BLUP值中被重复检测到。控制生育期的主效QTL（qEHD-9-1、qHMD-9-1、qGRP-9-1）与控制穗长的主效QTL（qPL-9-1）在第9染色体重叠;qEHD-9-2、qHMD-9-3、qGRP-9-2和qPL-9-3也在第9染色体重叠;控制穗长的主效QTL（qPL-5-1）和控制穗粗的QTL（qPD-5-1）在第5染色体重叠。对3个QTL簇的置信区间进行基因注释,筛选出5个与生育期及穗部性状相关的候选基因,其中,2个候选基因在谷子生育期调控和穗部性状发育中均发挥重要作用。【结论】共检测到88个与谷子生育期及穗部性状相关的QTL,12个为主效QTL,其中5个主效QTL在多个环境被重复检测到,且成簇分布。基于基因注释,共筛选了5个与谷子生育期和穗部性状相关的候选基因。     

小麦茎秆维管束发育与穗部性状关系的研究

试验采用石蜡连续切片法，对小麦４个春性品种的３个半冬性品种的茎秆维管束形成发育与穗部性状的关系进行了观察，结果表明：（１）分蘖节中心空间绝大部分为维管束群所占据，小麦茎生长锥伸长期是分蘖节中大维管束数目的最终决定期。（２）主茎基部伸长节间与穗下节间大维管束的比例关系为３：２。基部节间大维管束数与分化小穗数呈极显著正相关，穗下节间大维管束数与分化小穗数接近１：１的对应关系。（３）小麦节部的维管束联络     

小麦茎秆维管束发育与穗部性状关系的研究

试验采用石蜡连续切片法，对小麦４个春性品种和３个半冬性品种的茎秆维管束形成发育与穗部性状的关系进行了观察，结果表明：（１）分蘖节中心空间绝大部分为维管束群所占据。小麦茎生长锥伸长期是分蘖节中大维管束数目的最终决定期。（２）主茎基部伸长节间与穗下节间大维管束的比例关系为３：２．基部节间大维管束数与分化小穗数呈极显著正相关，穗下节间大维管束数与分化小穗数接近１：１的对应关系。（３）小麦节部的维管束联络结果为：节部的维管束粗大，成为茎内椭圆形大维管束，呈横行或倾斜状态。椭圆形维管束产生分枝、联合，形成分散维管束，包围着大维管束，并和边缘小维管束相连。大维管束在节板处与节网维管束相连，从叶鞘进入节部的维管束位于茎轴边缘，汇入边缘小维管束环。     

长生13不同生育期茎秆性状研究

为明确春谷子长生13的茎秆特性,为抗倒谷子品种选育提供理论依据,研究了长生13分别在乳熟期、蜡熟期和成熟期倒2节至倒6节的节间长度、直径、茎秆机械强度、单株鲜质量、单株穗质量和植株重心的差异。结果表明,从倒2节至倒6节,节间长度依次增加,节间直径和茎秆强度依次降低;随生育期进度,节间长度依次增加,除倒3节外,各节间长度差异未达显著水平(P0.05);直径先增加后降低,各节间直径差异未达显著水平;倒2节至倒5节茎秆强度先增加后降低,倒6节的各节间茎秆强度依次降低,其中,倒2节在蜡熟期的茎秆强度最大(9.87 kg),倒6节在成熟期的茎秆强度最小(5.02 kg),但各生育期的茎秆强度差异未达显著水平;单株鲜质量和单株穗质量逐渐升高,植株重心增加明显,重心在成熟期达最大,为0.57。     

种植密度对玉米茎秆强度和穗部性状的影响

设置67 500(D1)、75 000(D2)、82 500(D3)、90 000(D4)、97 500(D5)株/hm25个种植密度,研究种植密度对百玉393茎秆强度、穗部性状及产量的影响,并分析玉米植株形态与茎秆强度间的关系,为黄淮海区域夏玉米高产栽培提供理论依据和技术指导。结果表明,随着种植密度增加,玉米穗位高和穗高比升高,茎周长变小,株高无显著变化;玉米茎秆穿刺强度、折断强度、压碎强度均降低;玉米穗长、穗行数、行粒数、轴粗、百粒质量、穗粒数均呈现下降趋势,穗粗无显著变化,秃尖长增加;玉米产量先增加后降低,以D3处理最高,D2处理次之,两者差异不显著,D5处理最低。茎秆穿刺强度、折断强度、压碎强度与穗位高、穗高比均呈极显著负相关。综上,在种植密度75 000～82 500株/hm2时,穗位高和茎粗适中,茎秆质量较好,穗部性状较优,产量较高。     

高压静电场对谷子幼苗生长和穗部性状的影响

本研究表明，高压静电场处理谷子种子使幼苗生长加快，根冠比增大，穗重和穗粒数提高，秕谷率降低，处理剂量以场强Ｅ＝５．５－６．５ｋｖ／ｃｍ较佳。     

98份谷子材料穗部性状的全基因组SNP关联分析

调查98份谷子材料的穗长、穗粗、穗码数、穗质量、穗粒质量、千粒质量6个穗部性状,并进行基因组重测序。基因组重测序共开发了4 482 208个SNP标记;与穗长、穗粗、穗码数、穗质量、穗粒质量、千粒质量关联的SNP位点数分别为118、83、97、13、54、458个,其中与穗长、穗码数、穗粒质量、千粒质量关联的SNP在谷子9条染色体上均有分布,与穗质量关联的SNP分布在除1、2、5号染色体以外的其他6条染色体上,与穗粗关联的SNP分布在除6号染色体以外的其他8条染色体上。     

高粱穗部主要性状与产量的关系

对10个高粱品种穗部性状和产量的关系进行了分析研究。结果表明,综合性状优良的高粱杂交种产量高,穗质量、籽粒质量是影响产量最重要的因子之一。因此,在综合性状优良的基础上,应把提高穗质量、籽粒质量作为今后高粱高产育种的一个主攻方向。     

玉米穗部性状与产量关系的研究

根据我院玉米长期丰歉定位试验结果分析得出:玉米穗部性状中秃尖长度年度间波动幅度最大,其次是穗重和穗粒重;产量变异系数为16.3%;玉米穗部性状之间存在着相互促进与相互制约的连锁关系;穗粗、穗重、穗粒重和百粒重与产量呈显著或极显著正相关,秃尖长度与产量呈负相关;玉米穗部性状中穗粗、穗重、秃尖长度、百粒重对产量的直接效应均为正值,其中穗重对产量的直接效应最大,是玉米产量形成的主导因素;穗长与穗粒重对产量的直接效应均为负值。     

浅谈穗部性状育种

通过分析不同学者对水稻穗部性状的穗型、穗重、穗粒分布的研究结果,提出进一步发挥水稻增产潜力的新品种的选择,穗部性状应注重直立偏大穗型或穗数型、二次枝梗的子粒在穗轴上分布偏上位。     

谷子扩展蛋白与品种抗旱性关系的研究

[目的]扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,普遍存在于植物中,除了具有增加细胞壁柔韧性的作用外,在植物的生长发育及抵御生物和非生物胁迫等方面都起着重要的作用。为发掘谷子抗旱基因。[方法]本文采用生物信息学手段结合表达验证,分析了谷子扩展蛋白基因家族中的16个成员。[结果]发现它们分属于EXPA、EXPB、EXPLA和EXPLB 4个亚家族;对谷子扩展蛋白基因进行启动子分析,发现了与干旱胁迫相关的响应元件,包括干旱响应MYB结合位点MBS、脱落酸响应元件ABRE等;通过对两个谷子品种勾勾母鸡咀(GG,耐干旱品种)和晋汾16(JF16,干旱敏感品种)扩展蛋白基因表达的分析比较,发现干旱胁迫下不同谷子品种中同一基因的表达水平存在显著差异。[结论]结合亲缘关系图及启动子顺式调控元件的预测结果,并未发现基因亲缘关系与扩展蛋白基因表达间的规律;也未发现胁迫相关的调控元件与扩展蛋白表达之间的关联,初步了解了扩展蛋白基因与谷子抗旱的关系,为发掘谷子抗旱基因提供基础。     

硝酸盐诱导蛋白与谷子抗旱性的关系研究

[目的]硝酸盐诱导蛋白(NOI)是一类重要的抗逆蛋白,在多种植物中发挥作用。谷子作为重要的旱作植物,在农作物生产中占有重要地位,探究谷子中NOI与抗旱性的关系,对发掘谷子抗旱相关基因具有重要意义。[方法]运用生物信息学方法,对谷子中编码NOI的基因进行分析,并在PEG干旱胁迫下,探究抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)中编码硝酸盐诱导蛋白(NOI)的基因的相对表达情况。[结果]编码NOI的基因的启动子中存在与干旱相关的响应元件。在PEG干旱胁迫处理与非胁迫处理条件下,勾勾母鸡咀(GG)和晋汾16(JF16)中编码NOI的基因的表达模式差异显著。[结论]基于上述分析,推测硝酸盐诱导蛋白(NOI)可能参与谷子的抗旱调节,为深入研究谷子抗旱机理提供了理论基础和依据。     

谷子ABC转运蛋白基因与抗旱关系的研究

[目的]ABC转运蛋白是一类广泛存在于生物体中最古老的蛋白家族,在植物的生长发育及抗逆胁迫中发挥着重要作用。本文旨在探究ABC转运蛋白基因与谷子抗旱性的关系,挖掘谷子抗旱基因,并为谷子抗旱分子机制的研究提供理论依据。[方法]以谷子抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为研究材料,在苗期对二者用20%PEG胁迫处理,并取其叶片进行转录组测序,筛选出4个与ABC转运蛋白相关的差异表达基因。用生物信息学方法分析基因的基本信息、启动子顺式元件,并构建ABC抗逆相关基因的系统进化树以及对ABC转运蛋白基因进行表达模式分析。[结果]发现谷子ABC转运蛋白基因等电点范围在6.81~8.97之间,分子量范围在51 195.75~161 579.13Da;启动子中包含有许多响应胁迫的功能元件(ABA、Ethylene、GA、MeJA、Light、MYB、SA、热和低温响应元件等);在进化树分析中发现,Seita.1G039400.1和Seita.7G176000.1亲缘关系最近,其次与AtABCC5亲缘关系较近;经过干旱处理,只有Seita.7G176000.1基因在抗旱品种中表达增加,其余3个基因在抗旱品种中表达均降低。[结论]Seita.7G176000.1基因可能通过调节气孔开闭参与植物抗逆,进而调控谷子响应干旱胁迫,初步推测其为谷子ABC基因家族抗旱候选基因,为进一步研究ABC转运蛋白基因与植物抗逆性关系提供理论依据。     

谷子MYB转录因子家族与抗旱关系的研究

[目的]MYB蛋白家族是一类含有MYB保守结构域的转录因子,广泛参与调控植物生长发育及抗逆等多种生理反应。为探究抗旱作物谷子的抗旱性与MYB转录因子家族基因关系,从而为谷子特有抗旱基因资源的发掘及谷子抗旱分子机制的研究提供参考。[方法]本研究以抗旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF)为研究对象,在苗期PEG处理条件下,取叶片进行转录组测序,进而对有差异表达的MYB转录因子家族基因进行生物信息学分析。[结果]研究表明,26个MYB转录因子基因在GG和JF两个谷子品种中表现出较为明显的表达差异;且对应启动子区域的抗旱相关调控元件也呈现出差异的组成与分布;抗旱品种GG中明显上调的3个MYB调控基因(Si034363m、Si003539m、Si030711m)与拟南芥中主要参与抗逆的MYB转录因子存在较近亲缘关系。[结论]基于对谷子MYB转录因子的研究,推测26个表达差异的MYB类转录因子基因可作为谷子抗旱的重要候选基因,可为后续谷子抗旱分子机制的研究提供理论依据。     

谷子突变体研究进展

谷子是在我国种植历史最悠久的主要杂粮作物之一,伴随谷子基因组测序的完成,研究谷子的功能基 因将成为谷子研究的热点。谷子属C4植物,并且与水稻的基因组共线性高等特性亦会增加对谷子的研究热情。构建 谷子功能基因组饱和的突变体库,既能为谷子功能基因研究提供基础材料,亦能为谷子功能基因组和转录组学的解 析打下基础。通过化学因素和辐射因素诱发构建突变体库的方法是获得谷子突变体库主要的有效手段。通过阐述构 建谷子突变体库的目的和意义,综述了诱变技术在创造谷子突变体和功能基因组研究中的应用。     

基于谷子种质资源表型性状构建骨干种质库

为高效发掘和利用谷子种质资源,以调查收集的1 237份谷子资源的19个数量和质量性状数据为依据,按地理生态区和穗形分组,采用UPGMA聚类分析和类内随机取样方法,筛选谷子骨干种质;通过极差、表型保留比例等对谷子骨干种质的代表性进行评价;主成分分析和直方图对谷子骨干种质进行确认。结果表明,构建的骨干种质118份,占全部种质的9.9%,包括国外品种20份（17.09%）、农家品种56份（47.86%）、野生品种5份（4.28%）、育成品种36份（30.77%）,符合取样比例范围。显著性分析结果表明,谷子骨干种质与全部种质之间表型性状、变异系数、Shannon-Weaver多样性指数的差异均不显著（P>0.05）,且骨干种质保留了全部种质的分布范围、表型保留比例;相关性分析表明,骨干种质和全部种质的叶面积与草重、单株穗重、单株穗粒重均表现为极显著正相关,二者具有一致的遗传结构和分布频率。综上,本研究构建的谷子骨干种质能代表全部种质的遗传变异和群体结构,减小了全部种质中的遗传群体,可用于谷子资源评价和新品种培育。     

小米油脂成分含量与小米粥感官品质的相关性

为探究谷子油脂成分含量对小米粥感官品质的影响,以米色有显著差异的11个谷子品种为试验材料,测定油脂成分含量,并熬制成小米粥进行感官指标评价鉴定.对其中3个品种籽粒灌浆S2和S4时期油脂成分合成的上游基因转录组表达量数据及小米粥感官品质、米色和油脂成分含量进行相关性分析.结果 表明:1)有5个基因通过控制油脂成分的合成可...     

谷子硒结合蛋白基因及其与抗旱性的关系

[目的]土壤与肥料中的硒元素进入植物体后,与植物中的蛋白质和活性有机成分结合成为植物有机硒,即植物硒结合蛋白。本研究以硒结合蛋白结构和功能为基础,探索其与谷子抗旱的关系。[方法]以谷子耐旱品种勾勾母鸡咀(GG)和干旱敏感品种晋汾16(JF16)为试材,以转录组中硒结合蛋白基因家族中10个基因为对象,利用生物信息学分析其基因组基本信息、基因间亲缘关系及启动子顺式元件,并对Seita.4G100300基因进行表达水平分析。[结果]发现谷子硒结合蛋白基因家族中基因启动子上游1 500bp的调控元件具有响应胁迫的多种功能(ABA、Ethylene、GA、MeJA、Light、MYB、SA、热和低温等);经过干旱处理,Seita.4G100300基因在GG和JF16中表达水平均增加,且其在耐干旱品种GG中表达水平的增幅显著大于干旱敏感品种JF16。[结论]谷子硒结合蛋白基因家族在氨基酸序列和表达模式方面具有较为丰富的多样性。本研究有助于我们理解硒结合蛋白的结构和功能,为进一步研究硒结合蛋白与植物抗逆性关系提供理论依据。     

水稻穗重构成因子与根系性状关系的研究

以有代表性的18个常规籼稻品种为材料,在水培条件下,研究不同穗型水稻品种的不同部位颖花数、结实率、千粒重的变化趋势及其与根系性状的关系。结果表明,大穗型品种二次枝梗数显著多于小穗型品种,大穗型品种二次枝梗颖花数占全穗颖花数的百分率大于小穗型品种,中下部表现更明显;每条不定根根粗与根重、单位长度根干重、每穗根干重、每穗不定根长、每穗根条数、每穗根系总吸收面积、每穗根系活力与单穗重均呈显著或极显著正相关。发达的根系和较高的根系活性是大穗型品种穗大穗重的重要保障。