Genome wide association studies (GWAS) of element contents in grain with a special focus on zinc and iron in a world collection of barley (Hordeum vulgare L.)

Genome wide association studies (GWAS) were carried out to map Quantitative Trait Loci (QTL) associated with element contents in the grain using 336 spring barley. Of the elements analyzed, Fe content ranged from 21.9 to 91.0 mg kg⁻¹, Zn from 10.4 to 54.5 mg kg⁻¹, Ba from 0.2 to 8.9, Ca from 186.4 to 977.5, Cu from 1.5 to 9.8, K from 353.2 to 7721.5, Mg from 1049.8 to 2024.2, Mn from 8.1 to 22.9, Na from 55.9 to 627.9, P from 2272.9 to 5428.8, S from 880.7 to 1898.0, Si from 19.1 to 663.2, and Sr from 0.35 to 2.62 mg kg⁻¹. GWAS were carried out using 6519 SNP markers and multiple elements in MLM:PCA + K model in TASSEL software. Population analyses showed two sub-populations, primarily based on row types. GWAS for row types showed association with INTERMEDIUM-C, a modifier gene for lateral spikelet fertility in the 4H chromosome, validating current GWAS approach. GWAS also showed that 2 QTL for Ba, 2 for Ca, 4 for Cu, 11 for Fe, 2 for K, 3 for Mg, 6 for Mn, 4 for Na, 3 for S, 5 for Si, and 3 for Zn were mapped in barley chromosomes. The QTL identified in the current study are valuable for breeding nutrient dense barley cultivars in the future, especially Zn and Fe.     

Detect unique molecular structure associated with physiochemical properties in CDC varieties of oat grain with unique nutrient traits [Feed Type vs. Milling Type] in comparison with barley grain using advanced molecular spectroscopy as a non-destructive biological tool

The objective of this study was to determinate grain unique protein inherent molecular structure that are related physiochemical and nutrient profiles in CDC developed oat varieties [CDC Nasser (Feed Type) and CDC Seabiscuit (Milling Type)] grown in cool climate condition in western Canada in comparison with conventional barley variety of CDC Meredith as a control using advanced molecular spectroscopy. Multivariate analyses, including an agglomerative hierarchical cluster analysis (CLA) and principal component analysis (PCA), were performed to identify protein molecular structural differences among the grains. The results revealed that CDC Seabiscuit contained greater (P < 0.05) protein structural Amide I and II than CDC Nasser and CDC Meredith, while the greater (P < 0.005) structural Amide I to II area and height ratios was detected in CDC Meredith. New oat grains had greater (P < 0.05) β-sheet height than barley grains, however, there was no difference in α-helix to β-sheet ratio values among the varieties. In conclusion, CDC Nasser and CDC Meredith had no difference in protein molecular structural features, while CDC Seabiscuit contains different protein structural characteristics as compared to CDC Meredith grain. The molecular structure features are highly associated with physiochemical and nutrient profiles in grains, which indicate that it also affect nutrient utilization and availability.     

基于EST-SSR和SNP标记的大麦麦芽纯度检测

大麦麦芽作为啤酒酿造的主要原料之一,其纯度决定了麦芽原料的均一性,进而影响加工工艺和啤酒品质。为高效准确地鉴定麦芽纯度,在啤酒企业进行麦芽原料采购和质量监测时提供参考依据。本研究分别利用EST-SSR和SNP标记定性检测了按比例预混的麦芽样品纯度,并利用SNP标记定量检测了4份送检的麦芽盲样纯度。结果表明,EST-SSR标记能定性检测混杂度高于10%的麦芽样品,而SNP标记能够有效鉴定混杂度低至5%的麦芽样品。SNP标记对纯度定量检测的单次抽样的测定值与真实值之间的误差在3%以内。比较发现,本研究所用的两类分子标记均可用于麦芽样品的纯度检测,但基于KASP技术的SNP标记可以满足麦芽纯度的快速定量检测需要。     

大麦杂种优势利用研究,Ⅲ.大麦异棱型和同棱型F1杂种的杂种优势特征

研究了大麦4种杂交类型（含二棱×二棱、二棱×六棱、六棱×二棱和六棱×六棱）的F₁杂种的性状表现和优势特征，比较了同棱型相配组（二棱×二棱和六棱×六棱）和异棱型相配组（二棱×六棱和六棱×二棱）的超高亲优势（H_h）组合数及其出现率。研究性状包括株高、穗长、穗下节间长、穗数、粒数、粒重、籽粒产量、籽粒蛋白质含量和赖氨酸含量等13个.结果表明,(1)二棱×二棱杂种的穗长较长、每株穗数较多、千粒重较高；六棱×六棱杂种的每穗粒数、每株粒数较多、籽粒产量较高；而异棱型相配杂种则比同棱型相配组有较高的株高、穗下节间长和千粒重。（2）4种杂交类型杂种的类型内杂种间变异，在大多数性状上均为同质，仅有株高、穗长和主穗粒数在六棱×六棱杂种中变异增大，有较大的选择潜力。（3）在13个数量性状中，有9个性状的H_h优势出现率与杂交类型显著关联；株高、穗下节间长和千粒重的H_h优势出现率在二棱×六棱和/或六棱×二棱杂种中最高，而主穗粒数、每穗粒数、每株粒数、每粒重和每株干重的H_h优势出现率则在六棱×六棱和/或六棱×二棱杂种中最高。（4）异棱型相配组杂种的株高、穗下节间长和千粒重的Hh优势率显著高于同棱型相配组杂种，依次为20/30对8/33、30/30对18/33和22/30对5/33；但同棱型相配组杂种籽粒产量的H_h优势率显著高于异棱型相配组杂种，为10/33对2/30。说明异棱型杂种易产生生物量和千粒重优势，而同棱型杂种易产生籽粒产量优势。     

气候变化与大麦生产

分析了新洋农场近14年来的气候变化,年平均气温达14.4℃,比1990年前24年提高了0.6℃,且有升幅逐渐加大趋向。近5年平均气温比1990年前提高了0.9℃。气温升高以冬季最明显。近14年11月中旬至3月中旬升温1.15℃,而极端最低气温的升幅比平均气温更大。降水量变化的最显著特点是变率增大,近14年降水量的变异系数为35.0%,前24年为22.3%。从种植区划、品种、播期、耕作制度、密度、抗灾、病虫草害防治、种植结构调整、品质控制和秸秆还田等方面提出了应变对策。     

中国大麦黄矮病毒及 BYDV-GAV 株系研究进展

大麦黄矮病毒（Barley yellow dwarf virus, BYDVs）隶属于黄症病毒科（Luteovirdae）黄症病毒属（Luteovirus）,由该病毒引起的小麦黄矮病最早在美国发生并报道,此后在国外其他地域也曾有过发生报道。在我国,小麦黄矮病最早于 1960 年在陕西、甘肃发生并报道,近年来,在我国其他地区也有发生,该病害被称为麦类作物上的“癌症”,对麦类作物生产影响较大,为害严重时,造成麦类作物产量大幅降低。BYDV 株系的划分依据为其传毒介体蚜虫的传播专化性,即一个病毒株系只能由一种或两种蚜虫进行传播,根据 ICTV 国际病毒委员会分类系统报道,目前国际上确定的该病毒株系有 BYDV-MAV、BYDV-PAV、BYDV-RMV、BYDV-SGV 等,我国鉴定有 BYDV-PAV、BYDV-GPV、BYDV-GAV、BYDV-RMV 4 个株系,GAV 为我国流行株系。主要从 BYDV 的为害症状、株系分化、传播介体、基因组结构和功能、病害防治方面进行相关综述,着重介绍 BYDV-GAV 株系的抗性鉴定、抗性基因等方面的相关研究进展,以期为该病害的抗病育种和防治提供一定的理论基础。     

大麦籽粒淀粉和β-葡聚糖积累特性研究

为研究大麦籽粒支链淀粉、直链淀粉和β-葡聚糖积累特性,及淀粉各组分与β-葡聚糖的关系,以2个皮大麦、1个裸大麦和1个糯裸大麦为试验材料,测定花后7、14、21、28d淀粉各组分及β-葡聚糖含量。结果表明,甘啤6号淀粉各组分含量随灌浆推进均逐渐升高,在成熟期达到最大值;甘垦啤7号和甘垦6号均呈先升高后降低趋势,在花后21d有1个峰值。糯大麦C 2-1直链淀粉含量显著低于非糯大麦;支链淀粉含量显著高于非糯大麦,整个灌浆期呈先升高后降低趋势。β-葡聚糖含量均随灌浆时间延长逐渐升高,成熟期含量最高;整个灌浆期糯大麦C 2-1含量显著高于非糯大麦。相关分析表明,直链淀粉/支链淀粉比值与β-葡聚糖含量呈极显著负相关,可以将直链淀粉/支链淀粉比值作为高β-葡聚糖品种选育的一个指标。Logistic方程拟合发现,直链淀粉、β-葡聚糖最终积累量与积累起势与有效积累时间有关,支链淀粉最终积累量取决于最高积累速率和平均积累速率。     

适用于转录组测序的大麦胚芽鞘保卫细胞分离方法优化

为获取高质量的大麦幼苗胚芽鞘保卫细胞以进行转录组相关研究,以大麦品种Morex的幼苗胚芽鞘为实验材料,分别对胚芽鞘表皮条撕取方法和保卫细胞分离方法进行优化。结果表明,通过"刮压"技术,不仅可以获得完整的大麦胚芽鞘表皮条,而且缩短了获取的时间;利用纤维素酶R-10与离析酶R-10制备酶解液,同时在酶解液中加入转录抑制剂,并结合表皮条"穿孔"进行辅助酶解,发现酶解温度为30℃、酶解时间为水浴1.5 h时,可以获取大量具有活性的大麦胚芽鞘保卫细胞。     

大麦高蛋白种质遗传稳定性分析

鉴定和筛选高蛋白大麦种质资源为育种者利用 ,提高饲用和食用大麦的营养品质是国内外大麦育种关注的热点。作者对“八五”、“九五”期间初鉴的 170余份蛋白质含量高的品种进行多点种植鉴定 ,从中选出 4 0份进行 2年多点重复鉴定和遗传稳定性分析 ,选出一批比Hiproly遗传稳定、性状比较优异的高蛋白种质。     

大麦籽粒苯丙氨酸含量QTL初步定位分析

为挖掘控制大麦籽粒苯丙基酸含量的QTL,以紫光芒裸二棱和Schooner构建的包含193个家系的重组自交系（RIL）为材料,测定RIL群体及亲本籽粒苯丙氨酸含量,并结合SSR标记和完备区间作图法构建遗传连锁图谱,对大麦籽粒苯丙氨酸含量进行QTL定位。结果表明,紫光芒裸二棱籽粒苯丙氨酸含量为1.23 mg·g^-1,Schooner籽粒苯丙氨酸含量为0.60 mg·g^-1,群体籽粒苯丙氨酸含量在0.59~1.24 mg·g^-1之间;所构建的大麦遗传连锁图谱包含180对SSR标记,总遗传距离为2 671.03 cM,平均标记间距为14.84 cM;共检测到4个控制大麦籽粒苯丙氨酸含量的QTL,均为新发现的QTL,除 qPHE-4H加性效应来自母本紫光芒裸二棱外,其他3个QTL加性效应均来自父本Schooner。 qPHE-2H和 qPHE-7H为主效QTL,分别位于2H和7H染色体上,表型贡献率分别为12.32%和15.45%。该研究结果为大麦籽粒苯丙氨酸含量QTL精细定位奠定了基础。