Pina新等位变异Pina-D1o的分离及分析

Puroindoline基因(Pina和Pinb)是控制小麦籽粒硬度的主效基因,决定小麦加工品质,分离该基因的新等位变异有利于小麦籽粒硬度性状的改良。采用同源克隆方法从节节麦(Aegilops tauschii,DD PI603224)中分离到一个Pina新等位变异Pina-D1o。生物信息学分析表明,该基因编码区全长447bp,编码148个氨基酸残基,具有小麦族作物PinA蛋白所特有的WRWWKWWK色氨酸结构域和10个半胱氨酸所形成的5个二硫键结构。根据核苷酸序列构建的拓扑树,Pina-D1o与Pina-D1m、Pina-D1n相同,均由功能性等位变异Pina-D1a发生单基因突变而来,因而Pina-D1o有可能来源于Pina-D1a。可见,新等位变异类型PinaD1o的发现可以为小麦的籽粒硬度改良提供基因资源。     

Molecular cloning and characterization of six novel HMW‐GS genes from Aegilops speltoides and Aegilops kotschyi

Six novel high molecular weight glutenin subunits (HMW‐GS) from Aegilops speltoides (SS, 2n = 2x = 14) and Aegilops kotschyi (UUSS, 2n = 4x = 28) were identified by SDS‐PAGE and designated as ASy15*, AKx1*, AKx3*, AKx2.3, AKy20* and AKy8*, respectively. Their complete open reading frames (ORFs) were cloned and sequenced by allele‐specific PCR (AS‐PCR). Sequence comparison demonstrated that these novel genes displayed high single‐nucleotide polymorphisms (SNP) and InDel variations. In particular, AKy8* had an extra cysteine residue at position 140 in the central repetitive domain, while AKx2.3 had an unusually long repetitive domain (816 aa), which might have positive effects on gluten quality. Phylogenetic analysis showed that AKx1* and AKx3* belonged to the 1S genome, AKx2.3 to the 1U genome, and AKy20* and AKy8* most likely to the 1S genome. The divergence between the 6 HMW‐GS genes from the two Aegilops species and those from Triticum species occurred 4.77–23.54 MYA. The authenticity of these isolated endogenous HMW‐GS genes was confirmed through heterologous expression in Escherichia coli and Western blotting.     

粗山羊草苗期抗叶锈性离体鉴定及抗叶锈基因推导

为明确来自加拿大的17份粗山羊草含有的苗期抗叶锈病基因,选用15个小麦叶锈菌菌株和42个小麦叶锈病近等基因系,采用苗期离体叶片对其抗叶锈性进行鉴定和抗叶锈基因推导。结果表明,17份粗山羊草材料中,30942对15个菌株均表现免疫,30941对13个菌株表现免疫,说明这两个材料抗锈谱广,含有效的抗叶锈基因。经基因推导,这些粗山羊草材料中可能含有Lr1、LrB、Lr2b、Lr18、Lr21、Lr32、Lr33及未知抗叶锈基因。     

K型温敏雄性不育小麦KTM3315A的鉴定及花粉败育特点的初步分析

为了解小麦温敏雄性不育系KTM3315A的染色体组成,揭示其雄性败育特点,采用分子标记和A-PAGE技术对KTM3315A是否含有T1BL.1RS易位染色体进行了鉴定。通过醋酸洋红、DAPI和I2-KI染色,观察花粉败育的细胞学特点及类型,并对不同发育时期(减数分裂、单核早期、单核晚期、二核期和三核期)花药中的保护酶(POD、SOD和CAT)活性进行了测定。结果表明:KTM3315A具有小麦1BS的特异扩增条带,但缺少黑麦1RS的特异扩增条带,与KTM3315A在ω区不具有黑麦特异蛋白谱带的结果相对应,推测KTM3315A为非1B/1R类型的K型温敏雄性不育小麦;KTM3315A在不育条件下的三核期花粉粒经I2-KI染色表现为染色不均匀,花粉败育,其花粉败育类型为染败;3种活性氧代谢的保护酶活性在不同育性条件下呈现出不同的变化趋势,在不育和可育条件下,POD、SOD和CAT活性在单核晚期均表现显著差异,推测KTM3315A的雄性不育与活性氧代谢的保护酶活性有关,其败育发生的关键时期可能在单核晚期。     

中国新疆与黄河流域节节麦的传播关系

利用微卫星分子指纹方法分析了来自新疆和黄河流域(陕西、河南)节节麦的亲缘关系,探讨中国节节麦的传播问题。结果表明:①至少有两个不同的节节麦居群由中东传入了中国;②中国节节麦的传播路径可能是由中东经丝绸之路的北道传入新疆,然后传入黄河流域。但是,也不能排除中国节节麦由丝绸之路传入黄河流域,然后再传入新疆的可能性。     

普通小麦及近缘粗山羊草α-醇溶蛋白基因的克降、定位与进化分析

通过特异PCR引物设计,从普通小麦品种(豫麦34和烟农19)和粗山羊草(T9、T197、T48、T176和T17)中扩增、克隆了7个新的α-醇溶蛋白基因,分别命名为Gli-YM34、Gli-YN19、Gli-T9、Gli-T197、Gli-T48、Gli-T176和Gli-T17,基因序列长度为846~891 bp,编码282~297个氨基酸残基,都具有α-醇溶蛋白的典型结构特点。其中Gli-YM34和Gli-YN19基因推导的醇溶蛋白都含有一个额外的半胱氨酸残基,可能对面筋品质有正向作用。根据α-醇溶蛋白氨基酸序列所具有的4种T细胞抗原表位和多聚谷氨酰胺重复区的平均长度以及中国春缺体四体分析,将来自普通小麦品种的Gli-YM34和Gli-YN19基因定位在6D染色体上的Gli-D2位点,而且Gli-YM34和Gli-YN19与来自粗山羊草的α-醇溶蛋白基因具有很高的序列相似性,进一步证明粗山羊草是普通小麦D基因组的供体。在克隆的4个典型α-醇溶蛋白基因中检测到21个SNP和1个9 bp的缺失。系统进化分析表明,α-醇溶蛋白基因与低分子量谷蛋白亚基基因关系较近,在大约43.69百万年时分化,与ω-醇溶蛋白和HMW-GS基因亲缘关系较远,它们的分化时间大约为79.39百万年。     

除草剂对节节麦的防效及小麦生长的影响

为明确不同除草剂、不同施药时期对节节麦的防效和小麦生长的影响,以节节麦株率10%为研究对象,选用世玛、阔世玛、穗安3种除草剂分3个时期进行药效试验。结果表明,在小麦三叶期前施药,虽能有效抑制节节麦的生长,但对小麦的鲜质量也具有较明显的抑制作用,因而施用除草剂应于小麦三叶期后进行;大田药效试验分析表明,小麦分蘖初期和小麦拔节初期施药对节节麦的防效均极显著高于小麦分蘖盛期,但小麦拔节初期施药会显著影响小麦产量的提高;世玛、阔世玛对节节麦的防除效果优于穗安,二者防效均在95.7%以上,施药后小麦产量较对照分别增产17.6%和17.3%。田间可根据阔叶杂草的多少有选择性地施用世玛或阔世玛。     

粗山羊草全基因组Aux/IAA基因家族的分离、染色体定位及序列分析

生长素是植物生长发育过程中的关键激素之一,Aux/IAA家族基因是重要的生长素原初响应基因。通过生物信息学方法从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出28个Aux/IAA基因,其中20个粗山羊草Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域;28个Aux/IAA基因分布于全部7对染色体上,5个基因分别具有位于同一位点的已知标记。粗山羊草IAA3、IAA11和IAA26的表达具有组织特异性,分别在雌蕊、种子和根中特异表达。系统发育显示,11对粗山羊草-乌拉尔图小麦Aux/IAA蛋白、5对粗山羊草-大麦Aux/IAA蛋白直系同源。共线性分析表明,粗山羊草Aux/IAA基因与短柄草、水稻中同源基因具有很好的共线性。本研究分离的相关基因不仅可用于小麦的遗传改良,也为深入研究小麦Aux/IAA基因提供了信息。     

入侵植物节节麦表型可塑性及竞争能力对模拟氮沉降的响应

设置节节麦和小麦单种及混种2种模式,以NH₄NO₃为外加氮源,研究N0、N5、N10及N15（分别为0、5、10、15 g·m^-2·a^-1）4个梯度氮沉降量对节节麦表型可塑性及竞争能力的影响,为氮沉降背景下节节麦的入侵风险预测提供参考依据。结果表明：无竞争条件下,节节麦形态指标（株高、叶面积及分蘖数）和生物量指标（地上部分、地下部分及总生物量）均随氮沉降量的增加而增加,表明氮沉降促进了节节麦生长。此外,节节麦形态及生物量指标的可塑性指数均值明显高于小麦;竞争条件下,至N15处理时节节麦生物量的各指标较CK增幅均明显高于小麦,表明节节麦较高的氮利率。基于生物量变化的竞争效应及竞争响应结果显示,氮沉降量的增加对节节麦竞争能力的提高主要体现在其对小麦的竞争效应上。综上所述,氮沉降量的增加促进了节节麦竞争能力的提升,加剧了其入侵的危害性。     

Genetic variation in drought resilience-related traits among wheat multiple synthetic derivative lines: insights for climate resilience breeding

Twenty-four wheat lines, developed by Aegilops tauschii Coss. introgressions and previously selected for heat or salinity stress tolerance, were evaluated under a drought-rewatering-drought cycle for two years. The objective was to select breeding lines that are resilient to more than one abiotic stress. The experiment was designed in alpha lattice with three replications. Drought was imposed by withholding water during flowering. The results revealed considerable genetic variability in physio-agronomic traits, reflecting the variation in the introgressed segments. High heritability estimates (above 47%) were recorded for most traits, including days to 50% heading, plant height, and thousand-grain weight, indicating the genetic control of these traits which may be useful for cultivar development. The trait-trait correlations within and between water regimes highlighted a strong association among the genetic factors controlling these traits. Some lines exhibited superior performance in terms of stress tolerance index and mean productivity compared with their backcross parent and elite cultivars commonly grown in hot and dry areas. Graphical genotyping revealed unique introgressed segments on chromosomes 4B, 6B, 2D, and 3D in some drought-resilient lines which may be linked to drought resilience. Therefore, we recommend these lines for further breeding to develop climate-resilient wheat varieties.