葫芦科作物耐低温育种研究进展

低温胁迫制约了葫芦科作物冬季栽培。首先综述了选择育种、引种、杂交及杂种优势利用在葫芦科作物耐低温育种中的应用,并列举了当前保存葫芦科种质的资源库,然后综述了倍性育种及嫁接导致的可遗传变异在耐低温育种中的潜在作用以及葫芦科基因组测序现状,并列举了响应低温胁迫的相关基因或位点,整理了基因编辑应用于葫芦科耐低温性研究的最新进展,最后介绍了葫芦科作物响应低温胁迫的相关表现,为耐低温性评价提供参考。

基于叶绿体全基因组序列变异位点的葫芦科植物资源遗传多样性的分子鉴定新方法

植物遗传多样性的精确鉴定是资源利用和相关产业发展的基础。我们利用来自葫芦科5个属(种和亚种)的叶绿体全基因组序列中的物种特有的4952个核苷酸变异位点作为分子性状编制分子鉴定检索表,供试样品得到成功鉴定。物种特有变异位点的数量和核苷酸构成存在属(种)间差异。马瓟瓜Cucumis melo subsp. agrestis (1753)和黑子南瓜Cucurbita ficifolia (1542)的特有变异位点的数量显著多于西瓜Citrullus lanatus (727)、藏瓜Indofevillea khasiana (623)和罗汉果Siraitia grosvenori (307)。罗汉果的特有变异位点的数量最少。马瓟瓜的特有变异位点中,T的比例(29.78%)均高于A、C或G (22.48%~24.30%)。黑子南瓜的特有变异位点中,A的比例(19.52%)低于T、C或G (24.97%~28.15%)。西瓜的特有变异位点中,A或T的比例(18.57%或21.46%)低于C或G (30.67%或29.30%)。藏瓜的特有变异位点中,T的比例(20.55%)低于A、C或G (25.04%~27.61%)。罗汉果的特有变异位点中,C的比例(21.82%)低于A、T或G (25.73%~26.71%)。结果显示,叶绿体基因组的单核苷酸变异位点信息,可用于葫芦科植物资源遗传多样性的分子鉴定。调查了中国过去120多年来葫芦科植物标本的收集现状,讨论了存在的问题与对策。本研究对于葫芦科植物种质资源的保护和利用以及相关产业的发展具有重要价值。

葫芦科作物离体雌核发育技术研究进展

单倍体或双单倍体对作物改良、遗传育种具有重要意义,对提高单倍体的诱导频率、建立高效稳定的离体雌核诱导体系至关重要。而常规育种周期长、工作量大,且遗传性状存在不稳定性。在葫芦科作物中通常通过未授粉子房、胚珠离体培养的途径产生单倍体或双单倍体植株,从而获得纯合的自交系,使基因快速纯合,极大地缩短育种年限。对葫芦科作物离体雌核发育技术进行了综述,影响离体雌核发育结果的主要因素有供体植株的基因型、培养基及添加的外源激素、黑暗热激与预冷处理方式、播种季节、子房发育时期等。同时也概括了再生植株的倍性与加倍方法,为后续葫芦科作物离体雌核发育的研究提供参考依据。

葫芦科作物遗传多样性研究进展

葫芦科作物是世界第四大重要的经济作物,由115个属960个种组成,拥有丰富的种质资源。随着人们对产量和品质需求的提升,如今市场上葫芦科作物的栽培品种逐渐趋于同质化,种质资源遗传多样性变窄。系统研究葫芦科作物遗传多样性可以更全面、系统地发掘种质资源信息,对促进育种工作的进展发挥关键作用。主要介绍葫芦科作物的起源与系统进化关系、种质资源收集情况,并归纳总结葫芦科作物遗传多样性的相关研究,尤其是黄瓜、南瓜、西瓜、甜瓜和冬瓜的遗传多样性研究进展与育种创新等主要成果,以期为葫芦科作物的多样性利用和育种奠定坚实的基础。

葫芦科作物基因组学研究进展

葫芦科拥有许多常见的蔬菜和瓜果,在农业生产和人民生活中占有举足轻重的地位。高质量参考基因组是重要农艺性状相关基因挖掘、种质资源精准鉴评及分子设计育种体系建立及应用的重要前提。随着测序技术的快速发展,陆续建立了Sanger、Roche 454、Illumina、PacBio等测序平台,测序成本不断降低,不同物种的基因组测序工作陆续完成。黄瓜是葫芦科作物研究的模式作物,是第一个完成基因组测序的蔬菜作物。随后,包括西瓜、甜瓜、南瓜和冬瓜等在内的葫芦科作物逐步完成了全基因组测序,显著提升了葫芦科作物的基因组学、系统进化和分子生物学研究水平。本文综述了葫芦科主要作物在全基因组测序方面取得的一系列重要进展,全基因组测序工作在葫芦科作物起源与进化、重要农艺性状相关基因挖掘等方面的实际应用情况,并对葫芦科作物端粒到端粒(T2T)基因组和泛基因组的构建进行了展望。

葫芦科作物抗氧化基因的全基因组鉴定及分析

抗氧化(oxidation resistance, OXR)基因是含有TLDc结构域的一类基因,能有效清除活性氧,在抗氧化过程中发挥着重要作用。基于葫芦科基因组数据库,从6个葫芦科作物中共鉴定出37个OXR成员,其中冬瓜、西瓜、甜瓜、葫芦和黄瓜均有6个成员,南瓜有7个成员。通过系统发育以及保守结构域分析,将这些OXR成员分为5个亚族:OXR1、OXR2、OXR3、OXR4和OXR5。OXR基因在染色体上呈不均匀分布,同一亚族OXR成员所编码的氨基酸数、分子量、外显子数、内含子数以及保守基序的排列模式都极为相似,表明OXR基因具有高度保守性。顺式作用元件分析结果显示,OXR基因的启动子区域含有多种顺式作用元件以及MYB转录因子的结合位点。基因复制分析发现,葫芦科OXR2成员通过片段复制或全基因组复制发生了一定扩张,这些复制基因对均受到纯化选择。共线性分析结果显示,在亲缘关系较近的葫芦科作物之间,OXR基因所在的共线性区块较大。不同组织的表达谱分析结果显示,葫芦科OXR4成员有相似的表达模式,在叶片中表达量均较高;OXR2亚族内复制基因出现了非对称表达的现象。

代表性葫芦科果蔬的挥发性风味成分研究进展

葫芦科植物,又称瓜类植物,包括西瓜、甜瓜、南瓜等水果和蔬菜两部分,在人类的饮食文化中占有重要地位。葫芦科作为一种重要的食用植物科,具有分布广泛、种类繁多、风味清香、营养价值高、抗癌抗病毒等优点,受到国内外消费者的喜爱。葫芦科果蔬与人类饮食密切相关,研究其风味成分对进一步认识风味化合物的形成机制及变化途径有重要意义。系统综述了代表性葫芦科果蔬的挥发性风味成分在国内外的研究进展,归纳总结了特征香气及研究方法,对今后的研究方向进行了展望,为该领域的深入研究提供思路及参考。

GWAS在葫芦科作物遗传改良中的研究进展

为推进全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study)在葫芦科瓜类作物重要农艺性状关键遗传变异位点精准挖掘中的应用,文章介绍了GWAS的原理和统计模型,归纳了GWAS在鉴定群体中的遗传变异位点、解析植物代谢机制,并对其在实施精准遗传改良策略中体现出的优势进行了概述,系统梳理了GWAS在西瓜、甜瓜、黄瓜、南瓜等主要葫芦科瓜类作物遗传改良研究中的最新进展,同时对葫芦科作物育种研究中的多组学联合分析和数据库构建进行了展望,以期为葫芦科作物的遗传改良过程中提供更多的依据和参考。

葫芦科作物叶片硅含量测定方法的优化

为优化葫芦科作物硅含量的测定方法,给园艺植物硅肥应用与硅营养研究提供技术支持,以‘津优1号’黄瓜、‘蜜本’南瓜和‘早佳8424’西瓜3种葫芦科作物为研究材料,分析硅提取与含量测定过程中不同的研磨温度、研磨时间、浸提时间、硅钼黄显色反应水浴时间、硅钼蓝还原反应时间、显色液吸光度测定波长等对作物叶片硅含量测定结果的影响。结果表明:在植物样品硅提取过程中,研磨仪低温(液氮,-196℃)研磨硅含量测定值高于室温研磨。在样品研磨时间与浸提时间方面,正交试验与全因子试验结果均显示,50 Hz低温研磨30 s、浸提10 min组合测定效果最佳。在硅显色测定方面,硅钼黄显色反应水浴3 min后测定值趋于稳定,硅钼蓝还原反应2 min后测定结果趋于稳定,硅钼蓝显色反应液在波长810 nm附近出现最大吸收峰。针对葫芦科作物叶片硅含量的最优测定流程为植物样品采用研磨仪50 Hz液氮研磨30 s,常温浸提10 min,50℃水浴3 min进行硅钼黄显色反应,硅钼蓝还原反应2 min,810 nm处测定吸光度,该方法回收率为93%~108%。

浙江农林大学揭示葫芦科植物卷须变态发育一个可能的保守基因通路

2023年3月26日,浙江农林大学园艺科学学院在《New Phytologist》发表了题为“Tendril morphogenesis is regulated by a CsaTEN-CsaUFO module in cucumber”的研究论文。研究结果揭示了葫芦科植物卷须变态发育一个可能的保守基因通路TEN-UFO,促进了对植物攀爬行为进化的理解,可为葫芦科园艺作物(如黄瓜、西瓜、南瓜等)的”无卷须”育种和轻简化栽培提供依据。设施栽培中,卷须为多余器官,需要人工摘除以便于藤蔓管理,因此,“无卷须”是实现轻简化栽培的重要育种目标。本研究基于一份田间分离获得的黄瓜卷须缺陷突变体tmd1,主要研究结果为:(1)正向遗传学研究确定候选基因为UFO,为1份UFO基因启动子功能缺陷突变体;(2)UFO在黄瓜中具有双重功能,同时调控卷须变态发育和花变态发育,有趣的是UFO上述2个功能可以相互独立;(3)生化分析发现TEN-UFO为黄瓜卷须发育关键通路,TEN结合UFO启动子并调控该基因在卷须中表达;(4)TEN-UFO途径和卷须器官进化形成,可能与UFO启动子中一段保守基序(motif 1)获得相关,提示其可能应用于葫芦科园艺作物的“无卷须”基因编辑育种设计。

采用SSR和RAPD标记研究黄瓜属(葫芦科)的系统发育关系

野黄瓜Cucumishystrix ( 2n =2 4 )是在亚洲发现的第一个染色体基数为 1 2的黄瓜属物种。这一发现对现行的以染色体基数和地理分布为基础的黄瓜属分类系统提出了质疑。采用SSR和RAPD两种分子标记对黄瓜属 2 2份不同类型材料的亲缘关系进行了研究。结果表明 ,野黄瓜C .hystrix与黄瓜C .sativusvar.sativus( 2n =1 4)间的遗传距离 (SSR :0 .5 9,RAPD :0 .5 7)小于其与甜瓜C .melovar.melo( 2n =2 4 )间的距离 (SSR :0 .87,RAPD :0 .70 )。SSR计算的各物种间遗传距离值高于RAPD的结果 ,线性方程为y=0 .85 9x + 0 .1 41 ,但两者相关性较好 ,r=0 .94。综合 1 0 9个SSR位点和 398个RAPD条带对 2 2份材料进行聚类分析 ,共分为两群 :CS群 (黄瓜、西南野黄瓜C .sativusvar.hardwickii、C .hytivus及野黄瓜C .hystrix)和CM群 (甜瓜、菜瓜C .melovar.conomon、野生小甜瓜C .melossp.agrestis及非洲角黄瓜C .metuliferus)。

葫芦科化学分类学

葫芦科为全世界约有110～122个属,775～960种的大科,我国有38属,约150种.该科植物中许多种类作为栽培植物,用作观赏、果蔬或药用,其化学成分十分复杂,大多数属中具有葫芦素类化合物.由于长期的栽培和人为繁育,化学成分的组成变得更加复杂,而化学成分的研究也不是十分全面,难以找到规律性.本文在葫芦科化学成分研究的基础上,探讨了其化学成分与各个属植物之间的相互联系.本文的讨论对整个葫芦科的化学分类学特征的化合物很难确定,但从化学系统学的角度,以葫芦科各个属的化学成分研究结果为基础,结合分类学的分属依据,讨论了葫芦科近缘属间关系,化学成分的结构类型基本上支持Takhtajan的葫芦科分类系统.

葫芦科蔬菜种质资源对南方根结线虫的抗性评价

根据不同种质的来源地、农艺性状等背景信息，从国家蔬菜种质资源中期库中选取具代表性的444份主要瓜类作物地方品种，分属葫芦科7个属的13个种或变种，采用病土接种法进行苗期根结线虫抗性鉴定，得出了不同葫芦科作物对南方根结线虫的抗性分布范围。忽略基因型差异，不同作物的平均病级指数从小到大的顺序为：冬瓜、西瓜、丝瓜、节瓜、苦瓜、越瓜、甜瓜、菜瓜、瓠瓜、黄瓜、中国南瓜、印度南瓜、美洲南瓜。通过抗性鉴定，共获得27份抗根结线虫种质（病级指数1-2），包括12份冬瓜、3份苦瓜、7份丝瓜和5份西瓜。

葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人设计与试验

为提高葫芦科穴盘苗嫁接机器人的人均操作效率,在原先机器的基础上优化改进,设计了葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人,并进行了效率提高的理论分析,通过分析得出,所设计的葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人的人均操作效率与操作者的操作熟练度呈负相关的关系,理论上,设计的单人操作嫁接机器人人均操作效率比改进前提高1倍。通过试验得出,在种苗质量有保证的前提下,机器嫁接成功率可达95%,嫁接速度可达455株/h,实际作业的人均操作效率提高了50%以上。

江苏省葫芦科作物西瓜花叶病毒的分子鉴定和序列分析

[目的]对江苏各地具典型褪绿花叶症状的多种葫芦科作物是否为西瓜花叶病毒（Watermelon mosaic virus,WMV）侵染进行分子鉴定,明确该病毒在江苏的遗传分化.[方法]提取样品总RNA,利用西瓜花叶病毒的cp基因特异性引物进行RT-PCR扩增,克隆测序,应用DNASTAR和Clustal X软件进行序列分析.[结果]来自南瓜、瓠瓜、西瓜和西葫芦的11个分离物的RNA模板中均检测到1200 bp左右的片段;序列测定表明该片段含1154个核苷酸,包含完整的编码281个氨基酸的WMV-cp基因.序列比对结果表明,11个分离物和来自不同地区的17个分离物WMV-cp基因核苷酸和推导的编码CP蛋白氨基酸序列同源性分别为90.5％～100.0％和92.9％～100.0％.[结论]WMV的遗传变异与地缘相关性较强而与寄主相关性较弱.江苏分离物WMV-CP氨基酸均具有蚜传株系的特征结构域DAG,暗示其田间流行与蚜虫有关.

两种葫芦科病毒的分子检测和致病性研究

小西葫芦黄化花叶病毒 (ZYMV)和黄瓜花叶病毒 (CMV)是浙江及其周边地区侵染葫芦科植物最主要的病毒种类。本文通过RT PCR和基因克隆 ,获得了侵染南瓜的CMV杭州分离物 (HZ0 1S10 )的 3' 端序列 ,通过CP氨基酸序列同源性分析 ,确定其属于CMV亚组I;分别以3 2 P标记的ZYMV和CMV基因组cDNA作为探针 ,用RNA点杂交方法定点检测了浙江地区自然感病的葫芦科作物中以上 2种病毒的发生情况。ZYMV和CMV在葫芦科作物上的发生表现出显著的季节性差异 :夏季CMV发生普遍 ,只有部分南瓜和甜瓜感染ZYMV ;ZYMV则主要发生在秋季 ,同一时期未检测到CMV。此外 ,幼苗期接种试验显示 :以上 2种病毒对西葫芦 (早青一代 )、丝瓜 (中长 )、黄瓜 (津绿 4号 )的致病性存在明显差异 ,供试西葫芦对ZYMV比较敏感 ,供试丝瓜对CMV更敏感 ,而供试黄瓜品种对以上 2种病毒均表现抗病。

葫芦科瓜类作物分子标记辅助育种研究进展

综述了几种常用分子标记在葫芦科瓜类作物遗传图谱构建、重要性状基因定位、遗传多样性及亲缘关系分析、分子标记辅助选择及在葫芦科遗传育种中的应用,对目前葫芦科遗传育种中应用分子标记技术存在的问题和解决方案进行了探讨,并对葫芦科分子标记辅助育种的前景做了展望。

B型烟粉虱在四种葫芦科寄主植物上的发育和繁殖

研究了B型烟粉虱在4种葫芦科寄主植物黄瓜、节瓜、苦瓜和丝瓜上的发育和繁殖特性.结果表明,B型烟粉虱在节瓜上的世代发育历期最短,为19.3d,在苦瓜上的世代发育历期最长,为29.0d;世代存活率在黄瓜上最高,为92.85%,在苦瓜上最低,为53.08%;平均单雌产卵量在黄瓜上最多,为187.4粒,苦瓜上最少,为30.0粒;雌成虫寿命以在黄瓜上最长,为25.2d,在苦瓜上最短,为10.9d.B型烟粉虱在黄瓜、节瓜、苦瓜和丝瓜上的内禀增长率(rm)分别为0.1453、0.1429、0.0616和0.1055.综合比较4种葫芦科植物,黄瓜是B型烟粉虱的最适宜寄主.

中国大陆葫芦科一归化属——野胡瓜属

报道了中国大陆葫芦科一归化属——野胡瓜属.

葫芦科药用植物甾醇类成分研究进展

我国葫芦科药用植物资源丰富,入药部位广泛,富含植物甾醇类、三萜类、脂肪酸类、糖和苷类等多种类型的化学成分。其中,植物甾醇多和油脂类成分共存于种子和花粉中,具有和胆固醇相似的化学结构,可降低血液中的胆固醇含量,因而在市场上广泛应用于功能性食品。本文对我国常见的葫芦科药用植物中植物甾醇的结构、特征的核磁共振数据及药理作用进行了归纳总结。