云南铁壳麦的穗发芽抗性鉴定与分析

为了解云南铁壳麦(Triticum aestivum ssp.yunnanense)的穗发芽抗性及其机制、筛选抗性材料,以白粒推广良种云麦53号为对照,采用整穗发芽、整粒发芽及分子功能标记的方法,鉴定了55份云南铁壳麦的穗发芽抗性及种子的休眠特性,分析了发芽指数(germination index,GI)在穗发芽抗性级别不同的材料间、分子功能标记基因等位变异间的差异及籽粒发芽率(germination percent,GP)在不同休眠级别的材料间的差异。结果表明,以整穗发芽率(spikes germination rate,SGR)为鉴定指标,在对照云麦53号的SGR达76.2%的前提下,云南铁壳麦除1份材料SGR为2%外,其他材料的SGR都为0,与对照相比,对穗发芽的抗性都很强。以GI为鉴定指标,供试云南铁壳麦对穗发芽的抗性则较弱,抗性材料较少,GI为15.5%～72.8%(对照的GI为65.7%),GI在抗性级别不同的材料间明显不同。以籽粒发芽率为依据,云南铁壳麦的种子休眠性可分为休眠、中度休眠、浅休眠和无休眠4级,GP在不同休眠级别的材料间也显著不同。用STS功能标记 Vp1B3扩增出A带(652 bp)、C带(无带)的材料,其GI均与扩增出B带(569 bp)材料的GI有明显差异;用标记Vp1A3扩增出B带(170 bp)材料的GI与C带(无带)材料的GI也有明显差异,其他3个功能标记( Tasdr-B1、 Tamyb10D1、 Tamyb10D)扩增到不同带型材料的GI则无明显的不同,用分子标记获得的结果不能解释云南铁壳麦的穗发芽抗性或种子休眠特性的变化。     

穗发芽率和发芽指数及STS标记Vp1B3在小麦抗穗发芽基因型鉴定中的应用

为了筛选抗穗发芽品种(系)并了解其抗性机制,应用整穗发芽法和发芽指数鉴定了33份小麦新品系的穗发芽抗性,以红粒品种京冬8号和京9428作为抗穗发芽对照,以白粒品种京411和中优9507作为感穗发芽对照,并结合共显性STS标记Vp1B3对其基因型进行检测.结果表明,穗发芽率(SGR)低于抗性对照京冬8号和京9428平均值(12.7%)的品系有7份,其中2份为白粒,5份为红粒.只有一份红粒品系CA0489的发芽指数(GI)低于抗性对照平均值(13.2%).应用STS标记Vp1B3共扩增出849 bp、569 bp和652 bp三种片段,分别属于抗穗发芽基因型Vp1Bb和Vp1Bc及感穗发芽基因型Vp1Ba,其频率分别为3%、18%和79%.红粒抗穗发芽品系CA0489属于Vp1Bb基因型和红色种皮休眠型,CA0481属于Vp1Bc抗穗发芽基因型,另外三份红粒抗穗发芽品系的抗性机理还需要进一步研究;白粒抗穗发芽品系CA0509和CA0459的抗性为非Vp1B3类型,其抗性可能与穗部性状和颖壳抑制物有关.     

107份小麦历史品种抗穗发芽基因型的检测

为了在历史小麦品种中鉴定出抗穗发芽的种质材料,利用与小麦抗穗发芽相关的分子标记Vp1A3和Vp1B3对107份我国小麦历史品种的穗发芽抗性进行综合筛选。结果表明,属于抗穗发芽单倍型Vp-1Agm的材料有3份,分别是郑州742、陕农17、内乡5号;属于抗穗发芽单倍型Vp-1Bb的材料有10份,分别是跃进5号、泰山1号、济南12、泾阳60、复壮30、丰抗15、济农2号、北京8号、济南矮6号、京130;属于抗穗发芽单倍型Vp-1Bc的材料有48份。在具有发芽指数的77份材料中,平均发芽指数小于10%的抗穗发芽基因型材料有5份,分别为安选2号、烟农15、郑州683、郑州742、克群。该研究结果为小麦抗穗发芽育种中抗性亲本的选择提供了基因水平的依据,拓宽了小麦抗穗发芽育种亲本的选择范围。     

母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠性的影响

种子休眠是品种穗发芽抗性的主导因素,休眠特性与母体效应和胚对ABA的敏感性均有密切关系。为了了解母体对小麦胚的ABA敏感性和种子休眠的影响,为抗穗发芽育种提供科学依据,对穗发芽抗性不同的小麦品种及它们正反交F1后代授粉后不同发育阶段的胚进行了ABA敏感性鉴定,并对收获前的籽粒发芽能力进行了测定。结果表明,在种子发育过程中,不同基因型的离体胚萌发能力存在差异,抗穗发芽品种的胚对ABA敏感性明显高于易穗发芽品种,胚对ABA的敏感性与其萌发能力关系密切,随着萌发能力的升高,胚对ABA的敏感性降低。在成熟种子中,F1的休眠性偏向于抗性亲本。尽管成熟种子和胚的休眠表现出一定的母体效应,但母体对发育至成熟过程中胚的ABA敏感性并没有影响。因而,母体对种子休眠的影响可能与胚的ABA敏感性无关。     

长江中下游麦区主要小麦品种穗发芽抗性及鉴定方法比较

为了解长江中下游麦区当前推广小麦品种抗穗发芽的特性,采用整穗发芽法、整粒发芽法和半粒发芽法鉴定了20个小麦品种的穗发芽抗性。结果表明,品种间穗发芽抗性存在显著差异,扬麦16、扬麦18、扬麦20、扬麦22、扬辐麦4号、宁麦16等13个品种穗发芽抗性较好,宁麦17、宁麦19、镇麦6号、镇麦8号、镇麦9号、扬麦13和扬麦14等6个品种穗发芽抗性中等,郑麦9023易穗发芽;20个品种的整穗发芽率和取穗当天整粒发芽率差异不显著,且两种方法的发芽率呈极显著正相关,说明整穗发芽法和整粒发芽法都可用于穗发芽抗性鉴定;整粒发芽法中取穗当天与取穗10d后籽粒发芽率较为一致,且极显著正相关,说明这一时段内都可进行抗穗发芽鉴定;取穗30d后所有红粒品种的发芽率都极显著提高,说明此时种子休眠开始解除。18个红粒小麦品种的半粒发芽率极显著高于整粒发芽率,说明种皮对穗发芽有较强的抑制作用。白粒品种郑麦9023收获30d后发芽率与收获当天穗上发芽率、籽粒发芽率,整粒法与半粒法发芽率差异均不显著,说明该品种几乎无休眠特性,且其种皮对穗发芽的抑制作用较小。     

春小麦育种材料抗旱性和穗发芽抗性分子标记鉴定

为给春小麦生育早期抗旱和收获期抗穗发芽育种提供抗性亲本,利用与小麦抗旱性相关的分子标记TaNRX-B1a1、TaNRX-B1b1和FerA1-intrl以及与小麦穗发芽抗性相关的分子标记Vp1B3、Vp1A3和Tamyb10D对137份内蒙古春小麦育种材料进行检测。结果表明,73B609等共58份材料的抗旱性分子标记均属于抗旱基因型,占供试材料的42.34%,其单倍型组合为TaNRX-B1a/TaFer-A1a,可以用作抗旱育种的亲本材料。中国春既属于Vp-1Bb等位基因类型,同时用标记Tamyb10D检测时也属于抗穗发芽类型。辽春10号在3个分子标记的检测中均属于抗穗发芽的等位基因类型,同时又是TaNRX-B1a/TaFer-A1a单倍型,所以辽春10号在抗穗发芽和抗旱性聚合育种中可以作为亲本使用。     

小麦种子萌发基因TaJAZ1的克隆和功能研究

小麦品种铭贤169是我国黄淮麦区育种研究广泛应用的条锈病诱发材料,但其种子休眠时间过长,不仅影响播种后均匀发芽和生长发育,其收获掉落籽粒也容易导致秋季育种田的生物学混杂。本研究通过筛选其休眠种子与萌发种子的转录组学数据,克隆获得差异表达基因TaJAZ1,并对其生物信息学特性、亚细胞定位、表达模式进行分析,结合解析拟南芥jaz3（与TaJAZ1同源性最高）突变体、TaJAZ1过表达拟南芥和水稻的表型反应。结果表明,TaJAZ1基因编码区全长1 230 bp,可编码409个氨基酸,在不同物种间保守性较强,与野生二粒小麦JAZ1基因的亲缘关系最近;启动子区含有脱落酸响应元件ABRE 和茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif;该基因定位于细胞核和细胞膜,TaJAZ1基因在种子发育中穗发芽时期表达量达到最高,进入成熟时期表达量显著降低;ABA能诱导TaJAZ1基因的表达,ABA处理下过表达拟南芥的萌发率比野生型和jaz3突变体高,ABA信号通路基因AtABI5的诱导量变低;TaJAZ1过表达水稻的萌发率高于受体水稻, ABA处理后,OsABI5的诱导量也降低。以上结果证明,TaJAZ1基因能促进种子萌发,进一步验证其在ABA信号通路中起负调控作用,为改良铭贤169等强休眠性小麦品种提供参考。     

白粒小麦品种(系)穗发芽抗性机制分析

为了解小麦穗发芽抗性机制,应用与抗穗发芽有关的功能标记 Vp1B3、 Vp1b2和 Dorm1并结合整穗发芽、籽粒发芽、籽粒+芒、籽粒+穗轴、籽粒+颖壳和籽粒+芒+穗轴+颖壳共6种发芽试验处理,分析了11个小麦品种（系）的穗发芽抗性机制。结果表明,红粒抗穗发芽对照京9428和京冬8号的抗性受粒色、Vp1Bc、颖壳或颖壳抑制物控制;9个白粒品种(系)穗发芽抗性均不同程度的受芒和颖壳或它们的抑制物控制;强抗穗发芽品系CA0431的抗性与 Vp1B3、 Dorm1和粒色无关,而与其他遗传因素有关;强抗穗发芽品系山东046432属于由Vp1Bc和Dorm1控制的基因型;中抗穗发芽品种矮抗58的抗性与穗轴有关;Vp1Bb基因对CA95502的穗发芽作用有待进一步证实;芒和颖壳或它们的抑制物对白粒中感穗发芽品系CA9640、CA0459、CA0493和白粒高感穗发芽品系山东928802和CA0306的穗发芽均有一定的抑制作用,但 Vp1Bb基因型与山东928802和Vp1Bc基因型与CA0306的穗发芽并无相关。     

小麦穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的有效性验证

为筛选出抗穗发芽小麦种质及可用于种质评价和分子标记辅助育种的高效分子标记,以41份黄淮南片区试品系和309份中外小麦品种为材料,选用4个与穗发芽抗性相关的标记,即STS标记Vp1B3和MST101、STMS标记wmc104及SSR标记Xgwm155,结合整穗发芽鉴定试验,评价筛选抗穗发芽小麦种质,同时对上述4个分子标记进行有效性验证。结果表明,标记Vp1B3和wmc104可有效用于小麦穗发芽抗性筛选,而标记Xgwm155和MST101与穗发芽抗性不相关;350份供试材料中41份国家区试材料的整穗发芽率普遍偏高,均值达到43.94%;而另外309份材料中,淮麦20、轮选987、长旱58等18份材料为高抗穗发芽品种,平均整穗发芽率为2.56%,是穗发芽抗性育种中的重要抗性资源。     

偃麦草ErABF1基因克隆及功能分析

抗逆相关bZIP (Basic leucine zipper) 转录因子家族基因主要参与ABA、干旱、高盐等胁迫应答反应,其过表达能够显著增强植物的抗逆性。本研究从偃麦草（Elytrigria repens L.）中分离到一个抗逆相关 ErABF1（E. repens ABA Binding Factor 1）基因,氨基酸序列比对分析发现,该基因与小麦、玉米、拟南芥等bZIP转录因子基因同源性较高,亲缘关系较近;ErABF1基因的表达受到ABA、干旱、高盐、低温的强烈诱导;在2% PEG、200 mmol·L^-1 NaCl胁迫培养基上初步功能分析表明, ErABF1过表达提高了转基因烟草对干旱、高盐的胁迫耐性。     

四川小麦穗发芽抗性鉴定及5个分子标记的有效性检验

为了鉴定四川小麦的穗发芽抗性,筛选出能鉴定四川小麦穗发芽抗性的分子标记,检测了90份四川小麦品种(系)的发芽指数(GI)、整穗发芽率(SGR),同时利用5个分子标记(Vp1B3,Dorm-1,Mst101,Xwmc468,Xgwm282)对上述小麦材料进行PCR扩增,分析扩增片段与GI、SGR的相关性。结果表明,90份品种(系)的GI均值为20.7%,变化范围为0.1%~51.9%;SGR均值为42.7%,变化范围为0.4%~90.3%;有22份品种(系)的GI和SGR均小于10.0%。5个标记中,标记Dorm-1与穗发芽抗性不相关;标记Mst101与SGR相关显著,与GI相关不显著,能否用于穗发芽抗性筛选需进一步验证;其他3个标记(Vp1B3,Xwmc468,Xgwm282)都与穗发芽抗性相关,表明这3个分子标记均可用于四川地区小麦品种穗发芽抗性的筛选。     

不同穗发芽抗性的小麦胚对ABA敏感性及抗性机制研究

以20个小麦品种为材料,测定了不同穗发芽抗性的小麦品种处于种子发育过程中的胚对ABA敏感性和后熟过程中种子的萌发能力,以揭示小麦对穗发芽的抗性机制。结果表明,在种子发育过程中,不同抗性品种的胚萌发能力和胚对ABA敏感性存在差异。胚萌发能力随胚龄的增加,呈"低～高～低"的变化趋势。扬花后25d到35d的胚萌发势的降幅值在抗穗发芽基因型中所占的比重明显较易穗发芽基因型大。易穗发芽基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高而下降,而抗穗发芽的基因型对ABA的敏感性随胚萌发能力的提高则有升有降。因此,胚休眠主要在发育后期获得。红皮易穗发芽品种的成熟胚因脱离母体而提高的萌发势明显较白皮易穗发芽品种的高。品种的成熟胚离体萌发能力越高,则种子休眠期越短。     

穗发芽抗性相关分子标记在73个小麦品种中的有效性评价

为发掘小麦抗穗发芽种质资源,并对与抗穗发芽相关的分子标记的有效性进行验证,对73个国内外小麦品种进行了穗发芽抗性鉴定,同时利用4对穗发芽抗性相关分子标记(Vp-1B3、wmc104、Xbarc170、Xgwm155)对上述品种进行PCR检测。结果表明,73个品种的穗发芽抗性差异明显,发芽指数变化范围为0.29%~88.48%,其中13个品种的发芽指数小于10%。分析发芽指数与分子标记检测结果之间的相关性表明,Vp-1B3标记与穗发芽抗性相关,wmc104、Xbarc170、Xgwm155标记与穗发芽抗性相关性不显著。烟农23、兰考181、陕农33、西农585、美105、美231、PBW550、DL788-2等8个品种为具有Vp-1Bb基因型的高抗穗发芽品种。     

玉米花粉管通道法转化脱水素BDN1基因

通过花粉管通道法将脱水素基因BDN1转入玉米自交系合344中,并对转化后代进行PCR和RT-PCR分子检测以及耐盐性功能鉴定,筛选耐盐性较高的转基因玉米新种质.结果表明,实验共获得88株T0代除草剂抗性植株,其中31株PCR检测呈阳性,14株RT-PCR检测呈阳性,对T4代转基因株系苗期进行300 mmol/L NaCl溶液的盐胁迫处理, 2个转基因株系耐盐性比对照提高两个级别.     

TaNAC14转基因小麦外源目标基因拷贝数及遗传稳定性分析

外源基因拷贝数是影响转基因植物遗传稳定性及其自身表达水平的重要因素。为了探析TaNAC14基因在小麦生长发育中的生物学功能,本研究通过农杆菌介导的遗传转化法获得了14个T0代TaNAC14转基因小麦植株,采用BASTA溶液涂抹和目标序列PCR检测相结合的方法,从14个转基因小麦植株中鉴定出9个阳性植株。通过TaqMan实时定量PCR方法,以小麦内源单拷贝基因Pinb为内参基因,对9个T0代转基因小麦阳性植株中外源目标基因拷贝数进行检测,结果表明,T0代转基因小麦再生植株中有5株为单拷贝,4株为双拷贝,其中单拷贝插入整合的比率接近55.6%。选取单拷贝转基因植株收获的种子进行种植,根据BASTA溶液涂抹鉴定对T0:1代小麦株系遗传情况进行分析,结果表明目标基因TaNAC14是可遗传的。此外,还对T1代转基因小麦目标基因表达水平进行测定,结果表明,与野生型JW1相比,各转基因小麦植株目的基因TaNAC14表达量均极显著增加。该研究结果为后续TaNAC14基因的功能研究奠定了基础。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

不同麦区小麦品种穗发芽抗性及其与穗部性状的相关性

为探究不同麦区小麦品种的穗发芽抗性及其与穗部性状的相关性,以黄淮冬麦区(南片和北片)、北部冬麦区及长江中下游麦区的235份小麦品种为试验材料,选用2个能够有效用于穗发芽抗性筛选的分子标记Vp1B3和WMC104,结合整穗发芽试验,对各麦区小麦品种穗发芽抗性进行鉴定,并分析穗发芽抗性与穗部及籽粒性状间的相关性。结果表明,长江中下游麦区小麦穗发芽抗性显著高于其他三个麦区,其供试小麦品种60%以上达到抗性等级,其余三个麦区中达到抗性等级的品种均不超过30%;供试品种中,扬麦10号、荆麦103、川农16等15个品种为高抗穗发芽品种,发芽率均值为4.85%,是穗发芽抗性育种中的重要抗性资源。整穗发芽率与穗部及籽粒性状相关性分析表明,穗发芽率与籽粒颜色极显著正相关,与小穗密度、千粒重、籽粒宽度等显著正相关。在育种过程中,可将籽粒颜色、小穗密度、千粒重及籽粒宽度等作为抗穗发芽小麦品种的重要参考指标。