玉米Gln1-3 gDNA序列分离、基因结构、保守功能域与等位变异分析

谷氨酰胺合成酶家族是高等植物体内氨态氮同化酶, 是植物体内氮利用与循环的核心构件。玉米Gln1-3基因编码叶肉细胞中的细胞质同工酶, 与全株氮向籽粒蛋白质同化与氮利用效率及产量紧密相关。本研究以玉米自交系辽白371为材料, 采用PCR与接头步移(walking)方法分离得到Gln1-3基因区域基因组DNA(gDNA)全长4 571 bp, 起始密码子至终止密码子序列长3 062 bp。将该基因在GenBank注册, 登录号为EU338535, 并进行了详细注释。该基因由10个外显子、9个内含子组成, 剪接方式主要为5′供位保守的GU与3′受位AG模式。编码的GS1蛋白由356个氨基酸组成, 分子量39.2 kD, 等电点 (pI) 为5.202。保守功能域分析表明, 氨基末端外显子2到外显子6为氨离子结合结构域, 羧基末端外显子8与外显子9构成ATP酶结构域, 在胞内行使催化功能。对50个玉米自交系Gln1-3基因重要分析区域进行了等位变异分析, 鉴定出364个等位变异, 其中313个为SNP变异, 占86%。     

一个新的抗玉米矮花叶病基因的发现及初步定位

由SCMV引起的矮花叶病是我国的主要玉米病害之一, 鉴定和发掘新的抗病基因对于玉米抗病遗传育种具有重要意义。以抗病自交系海9-21和感病自交系掖478杂交的一个BC₂F₃群体为试验材料, 通过人工接种矮花叶病毒进行抗病性鉴定, 发现该分离群体中抗病植株与感病植株数符合1∶3的分离比例, 推测其抗病基因是由1对隐性基因控制。抗感池和SSR标记连锁分析表明, 存在一个新的玉米矮花叶病隐性抗病基因(或等位基因), 将该基因命名为scm3。scm3基因来源于抗病玉米自交系海9-21, 位于第3染色体短臂3.04~3.05区域, 在SSR标记umc1965和bnlg420之间, 遗传距离分别为45.7 cM和6.5 cM。连锁的标记还有umc1307、umc2265、bnlg2241和umc2166, 它们与scm3之间的遗传距离分别是8.3、13.3、15.5和19.7 cM, 这些SSR标记与scm3基因在染色体上的排列顺序为umc1965—scm3—bnlg420—umc1307—umc2265—bnlg2241—umc2166。     

基因编辑技术的研究及在玉米中的应用

尽管人类已经发现并应用ZFN、TALEN基因编辑技术来实现对基因的定向改变,但由于操作复杂、成本较高,一直限制着基因组学的研究进展。基因的低成本、高效率、操作简单的编辑技术一直是生物分子领域亟待解决的问题。2013年《科学》(Science)杂志上两篇有关CRISPR/Cas的报道标志着基因编辑技术取得了重大突破。CRISPR是从细菌、古菌基因组中发现特殊的DNA重复序列家族。目前,该技术已经成功应用于水稻、斑马鱼、小鼠等动植物中,实现了对特定基因的定向修饰。简要介绍CRISPR/Cas的发现历史、组成、作用原理和最新研究进展,对该技术在玉米研究中的应用进行展望。     

我国北方不同年代玉米自交系穗部性状的演变及与产量的关系

采用我国北方地区60年代～2000年有代表性的47个亲本自交系的穗部性状进行研究,探讨不同年代玉米自交系穗部性状的演变规律及其与产量的关系。结果表明,随着年代的更替,自交系的单位面积产量、单株产量均呈增加趋势;穗粗、千粒重呈持续增加趋势;穗粒数呈缓慢降低趋势,与千粒重呈负相关关系;秃尖度、出籽率自70年代以来没有得到正向改良;穗长、穗行数各年代间差异不显著,改良效果不明显。在主要穗部性状中,对单株产量贡献率最大的是穗粗,其次是行粒数。     

opaque-2突变基因(o2)对玉米产量和产量配合力的影响

利用18个o2近等基因系(o2-NILs)与18个普通玉米自交系,配制33对杂交组合,在北京、新乡两个试验点进行产量和配合力鉴定。结果表明,不同基因型间的产量、一般配合力(GCA)效应值、特殊配合力(SCA)效应值差异均极显著;两个类型间的产量差异极显著,GCA效应值、SCA效应值差异不显著。o2-NILs组合的平均产量在北京和新乡两个试验点分别较普通玉米组合分别低8.06%和9.64%,平均低8.85%。在产量较高的组合中,有5对为o2-NILs与同型普通玉米的组合,分别是CAL58×丹598(o2/normal)、196×辽2345(o2/normal)、196×803(o2/normal)、CAL58×吉477(o2/normal)、CA156×196(o2/normal),说明这5对组合产量没有受o2影响。两个类型自交系GCA均为正值的为313(o2/normal)、吉63(o2/normal)、辽2345(o2/normal)、丹598(o2/normal)和196(o2/normal),表明o2基因对产量有一定影响,但在不同的遗传背景下o2基因的影响不同。     

漓江源区居民生态保护调查与生态补偿机制研究

在介绍研究区域概况的基础上,阐述了生态补偿的内涵及现状。从漓江源区居民的生态破坏入手,调查当地居民的生活习惯及生活期望,探究生态破坏根源,并基于环境经济学的一般理论,研究补偿方式。探索生态教育对源区生态保护的贡献,在现有环境法律和行政架构下,为漓江制定出一套合理可行的“生态补偿”机制,以期调节漓江生态利益相关者之间的关系,实现漓江的可持续发展。     

1970-2000年代玉米单交种的遗传产量增益分析方法的比较

以田间试验为基础, 对直接种植法的不同方法进行分析, 以期找到适合我国的评估方法, 为遗传产量增益的研究提供理论支持。以1970s–2000s期间大面积推广的杂交种为材料, 分别于2005–2006年(试验1)以及2007–2008年(试验2)在新疆农业科学院和北京顺义试验基地进行。每个试验设置3种密度。依据1970年代单交种在3.0万株 hm^-2密度下的产量与2000年代的单交种在6.0万株 hm^-2密度下的年均单位面积的产量差异, 计算得到1970s–2000s期间我国玉米遗传产量年增益速率为94.7 kg hm^-2。在7.5万株 hm^-2密度下, 2000年代单交种较1970年代单交种的产量增值是遗传因素作用的结果。1970年代单交种在1.5万株hm^-2密度下的产量与2000年代单交种在7.5万株 hm^-2密度下的产量差值是育种与栽培共同作用的结果。由二者的比值得到育种对总产量增益的贡献率为52.9%。Duvick的直接种植法适用于我国评估遗传产量增益速率, Tollnaar的试验设置方法适用于评估我国玉米遗传贡献率。     

广西思荣锰矿复垦区的重金属污染影响与生态恢复探讨

思荣锰矿区是我国著名的广西八一锰矿的两大矿区之一,历经近50 a露天开采,生态环境破坏严重.通过对思荣复垦区的甘蔗园、柑桔园和茶园区土壤及其部分植物进行采样和分析,探讨了复垦区的重金属污染影响及生态恢复途径.结果表明,该复垦区土壤Cd含量超过土壤三级标准值的30多倍,Cd、Pb、Cr及Mn等是复垦区土壤和植物的主要毒害元素,在甘蔗茎、花生仁和茶叶中的Cd、Cr、Pb的含量均严重超过食品中污染物限量标准.因此,该矿区受Mn、Cd、Pb、Cr复合污染严重的废弃地一般不宜种植食用农作物和水果,应发展当地传统种植且有较大经济效益的非食用性经济作物,如剑麻、黄麻、红麻及作乙醇原料的玉米、木薯作物等,此外也应重视利用植物修复技术治理重金属元素污染废弃地,以促进恢复土壤的生态功能和永续利用.     

黄淮海地区主要玉米自交系的SSR遗传多样性分析

利用70对SSR引物研究了我国黄淮海地区63份玉米自交系的遗传多样性。共检测出277个等位基因变异,每对引物检测等位基因2～7个,平均3.96个,每个位点的多态性信息量介于0.177～0.827,平均0.581。63份自交系之间的遗传相似系数变化范围在0.62～0.91。聚类分析表明,63份自交系被划分为4个群。在黄淮海地区利用的骨干种质为PA(Reid)、塘四平头(D)和PB(non-Reid),杂种优势模式主要为PA×塘四平头。群内平均遗传相似系数高于群间的平均遗传相似系数,生产上主要推广杂交种的亲本自交系大多来自不同杂种优势群。提供27对区分能力强的SSR引物,用于供试自交系的快速聚类,结果与系谱来源及70对引物的聚类结果基本一致。