黑麦MIKC型MADS-box家族基因的鉴定和表达分析

MIKC是MADS-box蛋白家族中一类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对黑麦MIKC基因家族的分析,为研究黑麦各时期组织器官的功能奠定基础。利用PFam和BLASTP两种方法确定黑麦MIKC家族共47个蛋白序列,将以上蛋白序列利用TBtools软件进行理化性质、进化关系、保守基序和基因结构、共线性及聚类分析等生物信息学分析。将黑麦47个MIKC基因分为12个亚家族,共线性分析发现黑麦与小麦的共线性基因多于黑麦与水稻间的共线性基因,说明黑麦与小麦的亲缘关系更近。聚类结果结合黑麦物种内共线性分析发现,ScMIKC31基因仅在穗子表达,于其他植物组织器官及发育时期均无表达,选用课题组材料进行RNA-seq验证,结果与生物信息学结果一致,推测ScMIKC31基因为黑麦中与开花有关的基因。以上结果说明MIKC家族基因在黑麦中存在功能分化,为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

黑麦种间杂交F1代农艺性状的相关、通径及聚类分析

通过分析黑麦属(Secale L.)植物主要农艺性状间的关系,筛选具有优异农艺性状的种质资源,为麦类作物育种改良提供参考,以新疆杂草黑麦(S.cereale subsp.segetale)和栽培黑麦(S.secale L.)杂交F₁代为材料,对群体356个单株的14个主要农艺性状进行调查和数据分析。结果表明,356个单株在14个农艺性状上均表现出明显的遗传变异(7.16%～50.73%),单株产量、生物学产量和有效穗数的变异系数分别达到了50.73%、48.68%和44.77%。相关及通径分析表明,对黑麦千粒质量性状影响最大的是单穗粒质量(r=0.534,P<0.01),直接通径系数为1.348,穗粒数对千粒质量有着制约的关系(r=-0.121,P<0.05),直接通径系数为-1.130。聚类分析在平方欧氏距离为14处将群体材料分成3大类群,其中第1类有着最多的每穗小穗数;第3类有最多有效穗数,并具备穗最长,穗质量最大,粒大、粒多和粒质量高等优异性状;可根据育种目标选择用作饲草和麦类遗传育种的优质种质资源。