“十三五”我国甘蓝遗传育种研究进展

"十三五"期间,我国甘蓝遗传育种研究取得重要进展,创制出一批优异新种质,对重要农艺性状基因进行了定位或克隆,培育出一批优质多抗新品种。本文从甘蓝种质创新、重要农艺性状基因/QTL定位、新品种选育等方面总结了近5年来取得的重要研究进展,并分析了目前甘蓝育种中存在的主要问题和未来的发展方向。     

2015 年国家鉴定的春甘蓝和越冬甘蓝品种

中甘165、春甘11 号、春甘14 号、苏甘37、秦甘62、中甘1280、中甘1198、苏甘902、冬兰、寒帅、早春7 号、瑞甘22     

青花菜P450CYP79F1全长克隆、表达及其与不同器官中莱菔硫烷含量的相关性分析

【目的】克隆青花菜细胞色素家族P450CYP79F1,分析其序列特征,阐明其在不同发育时期器官中的表达情况及其与莱菔硫烷含量的关系,为进一步揭示莱菔硫烷合成机理提供科学依据,为青花菜品种改良和新品种选育奠定基础。【方法】通过5′和3ˊ端RACE克隆技术获得青花菜CYP79F1全长序列,利用DNAMAN 6.0进行基因拼接、氨基酸序列分析和蛋白二级结构预测,结合在线分析程序和软件进行基因和编码蛋白生物信息学分析;利用荧光定量PCR技术研究CYP79F1在不同发育器官中的表达情况;结合HPLC方法测定各相应时期器官中莱菔硫烷含量,包括青花菜发育时期的根、茎、叶,成熟花球,抽薹期花蕾（顶端蕾、成熟蕾、开花前1 d的蕾和花）和种子;对CYP79F1表达量与和莱菔硫烷含量进行相关性分析。【结果】获得了CYP79F1全长序列,GenBank登录号为MG012890,该基因全长2 014 bp,包含一个1 620 bp的开放读码框（ORF）,编码540个氨基酸;编码的蛋白与甘蓝、白菜、芥蓝和油菜等同源蛋白的相似性均在95%以上;生物信息学分析表明该基因编码的酶蛋白有2个信号肽和2个跨膜结构域,为亲水性稳定蛋白,Wolf Psort预测其亚细胞定位于细胞质中;CYP79F1在根和茎中的表达量较高,叶中表达量最低,在花器官发育时期,自顶端蕾到花发育过程中呈现逐渐降低的表达趋势,种子中该基因表达量与花处于同一水平。Pearson相关性分析显示,青花菜发育时期的根、茎、叶、成熟花球、抽薹期花蕾和种子中莱菔硫烷含量与CYP79F1表达量无显著相关关系,但抽薹期花蕾自顶端花蕾到花中莱菔硫烷生成量与CYP79F1表达量呈显著正相关关系（R=0.96,P<0.05）,CYP79F1在调控莱菔硫烷的生成方面起重要作用,尤其是在生殖器官花蕾的发育过程中,能够显著上调莱菔硫烷的生成量。【结论】CYP79F1在青花菜不同发育器官中对莱菔硫烷的生成发挥着重要调控作用,可能与青花菜不同器官中莱菔硫烷含量多样性密切相关。     

长时间低温处理有助于加强黄瓜花叶病毒CMV-BF 2b基因的多态性

将被黄瓜花叶病毒CMV-BF株系侵染的三生烟(Nicotiana tabacum var.Samsun NN)的不同单株分成两组分别置于高温(30±5℃)和低温(10±5℃)条件下,观察和分析CMV-BF侵染30、80 d时植株的症状表现及CMV2b基因的序列变异规律。结果表明:侵染30d时,在高温环境中的植株表现出畸形叶片较多、病毒症状较严重的现象,而低温培养的植株细弱,部分叶片大面积白化;2b基因DNA序列的多态性也以高温处理组略高于低温组,但差异未达到显著水平。侵染80 d时,高温组植株的病毒症状有所恢复,畸形叶片减少,而低温组植株除白化现象更严重外,畸形叶片增多;2b基因的多态性以低温处理组明显高于高温组,且达到显著水平(P0.05)。因此,长时间低温处理有助于加强CMV-BF2b基因的多态性,而且2b基因的多态性可能与植株的病毒症状表现相关。     

高山(高原)夏菜中的甘蓝

近几年,甘蓝生产季节、种植地区、栽培方式发生了很大的变化,尤其是高山(高原)夏菜中的甘蓝发展迅速,中甘系列甘蓝以其优良的品质受到生产者和消费者的欢迎。     

十字花科植物中主要硫代葡萄糖苷合成与调节基因的研究进展

硫代葡萄糖苷(简称硫苷)是十字花科植物中的一类重要次生代谢产物,硫苷及其降解产物具有重要的生物活性。近年来随着对模式植物拟南芥基因组序列测定的完成和功能解析的进行,人们对硫苷的生物代谢途径有了较为深入的了解,硫苷合成的调控基因也成为研究热点,尤其是在硫苷合成不同阶段分别起着重要作用的MYB、MAM、CYP79/CYP83、AOP等基因家族。现就十字花科植物中硫苷的生物学功能、主要合成与调节基因等研究进展进行了综述,并对其在十字花科作物育种上的应用前景进行了展望。     

甘蓝EST-SSR标记的开发与应用

从NCBI数据库下载62567条甘蓝相关EST,处理后得到19611条无冗余的EST,对其进行SSR搜索,共得到1219条SSR,分布在1176条EST上,分布密度为1/11.48kb,包括273种重复基元。在甘蓝EST-SSR中,二核苷酸(353个SSR)和三核苷酸(423个SSR)占主导地位,所占比例分别为28.96%和34.70%;出现最多的重复基元是AG/CT,占总数的25.59%,其次为AAG/CTT(94个,占7.71%)。针对1176条含有SSR的EST设计合成了978对引物。用两份甘蓝自交系对978对引物进行初筛,897对引物有扩增产物,共扩增出1026条扩增带;128对引物表现出多态性,共有258条多态性带(占总带数的25.15%)。利用4对多态性引物,初步构建了中甘11、8398、中甘15、中甘21杂交新品种及其亲本的指纹图谱。以上结果说明从甘蓝相关EST数据库中开发的SSR引物有较好的可用性。     

结球甘蓝小孢子培养条件优化及高代自交系胚状体诱导研究

以25份不同类型的结球甘蓝为试验材料,研究游离小孢子培养过程中影响胚状体产生的因素并进行了优化;同时对结球甘蓝高代自交系的诱导出胚情况进行了研究。结果表明:基因型是影响结球甘蓝胚状体产生的关键因素,参试材料中有11份(2份一代杂种和9份高代自交系)出胚,其中一代杂种中中甘628出胚率(19.8个·蕾~(-1))最高,高代自交系中01-88出胚率(47.5个·蕾~(-1))最高,极显著高于其他参试材料;花蕾长度3.0~3.5 mm、花药长度∶花瓣长度为3∶2至2∶1时,处于单核靠边期的小孢子比例最高,是适合小孢子培养的最佳取样时期;初花期和盛花期是理想的取蕾时期;添加适量活性炭可以极显著提高胚诱导率。     

甘蓝黑腐病和枯萎病兼抗材料的鉴定筛选

采用喷雾法与浸根法,分别对99份国内外甘蓝种质资源(83份自交系、16份杂交种)进行黑腐病与枯萎病苗期人工接种抗性鉴定。共筛选出26份抗黑腐病的材料,其中2份表现高抗,即99-192和20-2-5(病情指数10);同时还筛选获得引162、奥奇娜、96-100-919等54份高抗枯萎病的材料(病情指数10)。其中,秋德、99-192、HB34、JS119、ZL66为高抗或抗黑腐病兼高抗枯萎病的材料,且JS119和ZL66为早熟、圆球类型材料。进一步对抗性材料的地理来源及主要农艺性状进行分析,发现83份自交系材料中高抗枯萎病的材料多来自日、韩等国家,且多为早熟、圆球类型;而高抗黑腐病材料多为晚熟、扁球类型,早熟类型中对黑腐病有较强抗性的材料较少。分别对不同抗性材料配制的16份杂交种进行遗传分析,结果表明甘蓝黑腐病、枯萎病的抗性分别符合隐性和显性遗传。     

甘蓝制种技术上的一项重要变革

近年来，笔者在甘蓝雄性不育系选育与利用研究方面取得了多项重要进展：利用在国内外首次发现的甘蓝显性雄性不育材料DGMS79—399—3，育成了一批优良的甘蓝显性雄性不育系，配制出中甘16、中甘17、中甘21等6个新的甘蓝杂交种，其中已有5个通过国家农作物品种审定委员会审定，2003年开始用显性雄性不育系规模化生产甘蓝杂交种并向市场提供商品种子。由国外引进经过改良的甘蓝胞质雄性不育系，通过多年转育、改造，获得了10余个可实用的甘蓝胞质雄性不育系，配制出中甘22等优良甘蓝杂交种并开始制种应用。