中国黄淮海地区小麦品种抗寒性及其与VRN1基因型的关系

冬季冻害是当前小麦生产面临的主要自然灾害之一。以我国黄淮海地区近年主栽的71个小麦品种为材料,通过对其抗寒性调查和VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1位点基因型的分子标记鉴定,研究小麦抗寒性的生物学基础,探讨VRN1基因在小麦抗寒性中的作用。结果表明,小麦的抗寒性与其他抗逆性状相关联,生产和国家区域试验证实具有较好抗旱节水、耐盐碱等抗逆特性的品种多具有较强抗寒性。VRN1是小麦抗寒性的关键性遗传调控位点之一,显性基因VRN1的存在会显著降低品种的抗寒性,具有2个或3个VRN1基因的品种一般抗寒性都很弱,而3个位点均为隐性基因是品种具有强抗寒性的必备条件。因此,建议我国黄淮海北部地区应加强选育、推广基因型为vrn-A1vrnB1vrn-D1的品种,以保证小麦安全生产。

基于选择牵连效应的标记/性状关联分析方法简介

许多重要农艺性状如产量、品质、抗逆性等多表现为数量性状,是由多个基因和环境共同作用的结果,对其遗传基础的研究比较困难。近年发展起来的以选择牵连效应分析为基础,通过标记/性状之间的关联分析方法为这些性状的作图和遗传解析提供了新的手段,也为作物的分子设计育种提供了新的思路,其与QTL作图结果互相验证、互相补充,必将促进数量遗传学、应用基因组学和育种学的发展。文章对关联分析的思路、方法、优缺点及应用时应注意的问题进行了比较系统的介绍。

中国小麦品种资源Glu-1位点组成概况及遗传多样性分析

分析了 5 12 9份中国小麦初选核心种质样品HMW GS的组成情况 ,其中地方品种 345 9份、育成品种(系 ) 16 70份。这些材料作为初级核心种质基本代表了保存在国家长期库中的普通小麦种质资源的遗传多样性 ,覆盖了中国小麦栽培的 10大生态区。总体来看 ,在Glu A1、Glu B1和Glu D13个位点上的主要等位变异分别为null、7+8和 2 +12。育成品种中 1、7+9、14 +15、5 +10和 5 +12亚基 (对 )的频率比地方品种有很大的提高。在Glu 1位点上 ,地方品种与育成品种的遗传丰富度差异甚微 ,但育成品种的遗传离散度指数却显著高于地方品种。在 3个位点中 ,Glu B1位点的多样性最丰富 ,其次为Glu D1位点 ,Glu A1位点的多样性最差。从生态区来讲 ,地方品种变异类型最丰富的 3个大区是黄淮冬麦区、西北春麦区和西南冬麦区 ;选育品种最丰富的 4个大区是西南冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和北部冬麦区。由于广泛的引种、杂交、选择以及亲本选配中的偏爱 ,造成许多生态区遗传离散度指数高低与遗传丰富度出现相矛盾的现象 ,这点在长江中下游冬麦区材料中表现尤为突出。育成品种与地方品种间遗传分化系数分析表明 ,现代引种和杂交育种使我国小麦品种“群体”遗传组成和结构发生了质的变化。

选择牵连效应分析:发掘重要基因的新思路

作物在长期进化过程中,除自然选择外,还经历了两次大的人工选择,即人工驯化选择和育种选择,使栽培种与野生种之间、现代品种与古老的地方品种之间在群体遗传结构及性状上形成了很大的差异;在基因组中,一些承受强选择作用的基因在群体中的多样性显著降低,同时这些基因附近区域的遗传多样性也明显下降。在遗传学中将这种对个别基因的选择导致其侧翼区域遗传多样性降低的现象称之为选择牵连效应(Hitchhikingeffect,也称选择搭载效应)。通过大群体多位点的扫描分析,可找到一些发生选择牵连效应的基因组区段,利用标记/性状关联分析(Marker/Traitassociationanalysis),就可发现这些区段所控制的重要性状;对这些区段进行精细扫描和分析,即可找到一些决定重要农艺性状的基因,并发现优异等位变异,从而为重要基因的克隆和作物品种的分子设计奠定基础。各大作物高密度分子标记连锁图谱的绘制完成、高通量基因型分析技术体系的建立,为利用选择牵连效应分析、通过标记/性状之间的关联,寻找和定位一些重要基因奠定了基础。本文在查阅文献的基础上,结合作者的研究,以小麦株高、千粒重、磷的吸收和利用等性状为例,就选择牵连效应分析的基本思路、方法进行了讨论,以起到抛砖引玉之作用。

不同生态环境下冬小麦籽粒大小相关性状的QTL分析

【目的】鉴定影响籽粒大小相关性状的QTL,并估计QTL的表型效应;分析不同环境下QTL的稳定性。【方法】以冬小麦小粒地方品种和尚麦为母本,大粒育成品种豫8679为父本及其F7:8重组自交系的142个株系为试验材料,分析籽粒长度、宽度、厚度、体积及千粒重在北京(2006、2007)、合肥(2007)和成都(2007)4个不同环境下的性状表现,并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱,对这5个性状进行QTL定位分析。【结果】4个环境下共检测到93个影响籽粒长度、宽度、厚度、体积及千粒重的QTL,这些QTL分布在除1D和6A之外的所有小麦染色体上。在检测到的QTL中,与籽粒长度、宽度、厚度、体积和千粒重相关的QTL分别为17、16、18、21和21个。另外,本研究还在1A、1B、2A、2D、3A、3B、5A、5B、5D、6A、6D、7B和7D染色体上共发现了18个QTL富集区。【结论】获得93个影响小麦籽粒大小相关性状的QTL,这些QTL可作为利用分子标记辅助育种途径进行小麦遗传改良的依据。

不同生态环境条件下小麦籽粒灌浆速率及千粒重QTL分析

以142个和尚麦/豫8679的F7:8重组自交系及其亲本为试验材料,分析了籽粒平均灌浆速率、最高灌浆速率及千粒重在北京(2006,2007)、安徽合肥(2007)和四川成都(2007)4个生态环境下的性状表现,并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱,对这3个性状进行了QTL定位分析。共检测到54个QTLs,涉及小麦1A、1B、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5B、6D和7D染色体。其中,17个与平均灌浆速率相关,可解释表型变异的7.17%～ 20.83%;16个与最高灌浆速率相关,可解释表型变异的6.31%～ 15.95%;21个与千粒重相关,可解释表型变异的4.36%～ 16.80%。另外,在1A、1B、2A、3B、4D、6D和7D染色体上发现10个涉及"一因多效"或紧密连锁位点的基因组区段,有助于了解籽粒灌浆和籽粒产量相关性状的遗传基础。

中国普通小麦初选核心种质的产生

对中国普通小麦种质资源构建了初选核心种质。地方品种和选育品种分别构建。按栽培区(地理生态区)分组。地方品种按亚区分为28组,选育品种按大区分为10组。各组内在21个表型性状聚类的基础上,按平方根法取样,并依遗传多样性指数与遗传丰富度加以调整。提出在生产上或育种中起过重要作用的品种为必选材料。初步选定的材料经种植核对,淘汰错杂后,产生初选核心种质。地方品种全部供试材料11694份,初选核心种质3283份,取样比例为28.18％。选育品种全部11441份,初选核心种质1684份,取样比例为14.9％。计划经分子标记分析,最后核心种质的比例占全部种质的10％左右。根据全部材料21个性状遗传多样性指数测验,初选核心种质,除芒和壳两性状外,与全部种质的遗传差异均未达到显著水平。讨论了初选核心种质的构建方法。指出陕南鄂西山地和汾渭谷地是中国小麦地方品种遗传变异多样性的富集地。育成品种多样性程度以西南冬麦区和黄淮冬麦区为最高。

基于SSR标记的小麦骨干亲本育种重要性研究

【目的】通过对大面积推广小麦品种和育种骨干亲本的全基因组多位点扫描分析,探讨两者之间的遗传关系及骨干亲本在小麦育种中的作用。【方法】利用ABI3730对中国66份大面积推广的小麦品种和13份育种骨干亲本的481个SSR位点进行基因型扫描分析。【结果】以基因型数据为基础的主坐标及NJ聚类分析,发现中国大面积推广品种可聚成6个大组,每一组中至少有一个骨干亲本。系谱分析表明,每一组中大面积推广品种和骨干亲本之间均存在密切的血缘关系,前者大多为骨干亲本的后裔;同一省份的品种多数聚在一起。来自同一组合的骨干亲本碧蚂4号含有的优势等位变异数多于大面积推广品种碧蚂1号,同样,郑引4号(St2422-464)多于郑引1号(St1472-506);新一代骨干亲本往往由上一代骨干亲本衍生而来;来源于同一组合的骨干亲本与大面积品种相比,前者与其组合中的骨干亲本间存在更大的遗传差异。【结论】只有对资源的创新、引进和利用给予足够的重视,育种工作才能取得大的突破。

中国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠特性的分子标记鉴定

为探索我国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠的遗传基础,利用已报道的4个3AS上的SSR标记(Xbarc57、Xbarc294、Xbarc310和Xbarc321)和1个3BL上的Viviparous-1基因标记Vp1-b2对107份我国小麦微核心种质及31份地方品种进行籽粒休眠的分子标记鉴定。结果表明,5个分子标记在试验材料中表现出丰富的等位变异,具有5～6种等位类型,与籽粒萌芽指数(GI)密切相关。根据一般线性模型分析结果,各位点的等位变异显著影响籽粒休眠,其中Vp1-b2和Xbarc294对籽粒休眠作用较其他标记大,可分别解释65.8%和61.2%的表型变异;其次是Xbarc310(56.3%)和Xbarc57(55.8%),最小的是Xbarc321(53.3%)。而5个标记联合可解释95.9%的性状变异,其次是Vp1-b2和Xbarc294的组合(89.1%),解释变异最小的标记组合是Vp1-b2和Xbarc321(79.4%)。5个分子标记即可解释籽粒休眠的绝大部分表型变异,说明我国小麦微核心种质及地方品种籽粒休眠特性受3AS和3BL上的2个主效基因控制。

多个环境下小麦千粒重QTL定位的稳定性分析

为尽可能多的探寻千粒重的重要遗传位点并验证其在不同生态条件下的稳定性,以142个和尚麦/豫8679的F9:10重组自交系(RIL)及其亲本为试验材料,分析了千粒重在北京(2006、2007)、安徽合肥(2007、2008)、四川成都(2007、2008)和山东泰安(2009、2010)8个环境下的性状表现,并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱对该性状进行了QTL定位分析。结果共检测到35个QTLs,可解释表型变异的4.36%～16.80%;涉及小麦1A、1B、2A、2D、3A、3B、4A、4D、5A、5B、6D和7D染色体,特别是1B、2A、3B染色体上(Xwmc269、Xgwm33、Xwmc419、Xbarc124、Xgwm636、Xgwm359、Xgwm533、Xwmc307、Xwmc418)的QTL可在多个环境下稳定的表达,为千粒重的QTL精细定位和分子标记辅助选择奠定了基础。

我国部分小麦地方品种Waxy基因多样性研究

利用2对STS引物、1对SSR引物和1对基因特异引物分析了1 739份中国小麦地方品种Waxy基因的变异情况。检测出Wx-A1基因缺失突变材料3份,Wx-B1基因缺失突变材料25份,Wx-D1基因缺失突变材料3份。利用SDS-PAGE方法对以上Waxy基因突变材料在蛋白质水平上进行鉴定,验证了Waxy分子标记在种质资源研究中的有效性。向育种家推荐一批具有不同Waxy基因缺失的地方种质,并提供了全部品种的缺失类型。

我国小麦主推品种穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的评价

为了培育抗穗发芽品种,对我国10个小麦主产省份的75个品种进行了穗发芽抗性鉴定,同时利用3个分子标记Vp1B3、Xbarc310和Barc294对上述品种进行了分子检测。结果表明,不同品种间穗发芽抗性存在明显差异。Vp1基因的等位变异与穗发芽抗性关系不密切,Vp1B3标记难以用于品种的穗发芽抗性筛选。主效QTL(QPhs-3AS)与种子休眠关系密切,Xbarc310和Barc294可作为穗发芽抗性选择的重要参考,且Barc294较Xbarc310的选择效果好。上述结果为抗穗发芽小麦品种的改良和推广提供了重要信息。

玉米隐花色素CRY1b和CRY2基因转录丰度对不同光质处理的响应

玉米株高、开花期、产量、品质等性状与环境中的光密切相关。隐花色素是一类蓝光和近紫外光的受体,主要参与植物的光形态建成及动、植物的生物钟调控。通过研究玉米隐花色素基因对不同光处理的表达模式,可为进一步研究其对玉米光形态建成的作用奠定基础。本研究采用RT-PCR技术克隆了玉米Zm CRY1b和Zm CRY2基因;利用生物信息学相关网站和软件对其编码蛋白的结构域及氨基酸进行了系统发育分析;利用q RT-PCR分析了玉米自交系B73中Zm CRY1b和Zm CRY2基因在不同组织、以及响应不同光质及长日照和短日照处理的转录丰度。研究发现,玉米与拟南芥、水稻和小麦的CRY蛋白有相同的结构域及较高的氨基酸序列的一致性,表明它们具有相似的功能。Zm CRY1b和Zm CRY2基因主要在玉米的叶片中表达;二者能迅速响应各种持续光质、黑暗到不同光质转换及长日照和短日照处理,且Zm CRY1b在各种处理下的转录丰度均高于Zm CRY2,可能暗示Zm CRY1b在玉米中功能更强。以上研究结果表明,Zm CRY1b和Zm CRY2基因均能有效地响应各种光质和光周期处理,并在玉米的光形态建成中发挥重要作用。本研究为进一步探明Zm CRY1b和Zm CRY2基因的功能及其在玉米品种改良中的应用提供了研究基础。

小麦春化基因的遗传效应研究

为了解小麦春化基因Vrn-1的遗传效应,以15个不同类型的小麦品种为试材,研究了不同春化处理对小麦发育进程的影响,并采用分子标记鉴定了上述品种的Vrn-1等位基因组成。结果表明,不同Vrn-1等位基因组合的小麦品种抽穗期存在很大差异;3个显性Vrn-1等位基因的遗传效应表现为Vrn-A1>Vrn-D1>Vrn-B1;春化基因具有累加效应,显性Vrn-1基因的存在使基因型呈现春性特征,不携带任何显性Vrn-1基因的基因型则表现为冬性。因此,采用春化基因分子标记可以很好地预测品种的冬春性。

高粱淀粉粳糯特性的快速鉴定方法与应用

高粱籽粒有粳(非糯)、糯之分,我国传统名酒如茅台、五粮液等,均以糯高粱为主要原料,快速鉴别高粱的粳糯对种质鉴定、糯高粱育种和原料采购均具有重要意义。现有高粱粳糯的鉴定方法主要有染色法和蒸煮法等,但均存在鉴定效率不高的问题,影响糯高粱育种进程。本研究在前人基础上,经过反复试验,总结出如下4种适合不同情形的高粱粳糯快速鉴别方法,即刀切法、籽粒捣碎开水糊化法、冷水捣碎染色法和田间花粉染色法。综合利用这4种方法,可使鉴定效率大大提高;同时,还讨论了4种鉴定方法在育种中的应用前景,探讨了4种鉴定方法的适用性和鉴定效率。

蒙药“阿给”不同居群遗传多样性的ISSR分析

目的研究内蒙古地区草甸草原、典型草原及森林草原中蒙药阿给的遗传多样性。方法利用12条ISSR引物对3个阿给居群进行扩增,用PopGen 32进行数据计算与聚类分析。结果 ①12条引物共扩增出184个位点,其中多态性位点为180,多态位点百分率为97.83%。②3个居群Gst=0.043 0,基因流Nm=11.135 5。③通过UPGMA分析,典型草原与森林草原阿给居群聚为一类,草甸草原阿给居群单独聚为一类。结论 ①阿给具有丰富的遗传多样性。②阿给居群总的遗传多样性大部分存在于居群内,各居群间有基因交流。③典型草原居群与森林草原居群的遗传距离最小,草甸草原居群与典型草原居群的遗传距离最大,这可能与其地理位置的远近有关。

正交优化设计蒙药阿给ISSR-PCR反应体系

[目的]建立适用于蒙药阿给(Artemisia frigidaWilld.)的ISSR反应体系,为ISSR标记技术在蒙药阿给遗传多样性研究中的应用奠定技术基础。[方法]利用正交试验设计,从Mg2+、dNTP、TaqDNA聚合酶和引物浓度4因素3水平,对蒙药阿给ISSR-PCR反应体系进行优化分析,并在此基础上对PCR的循环次数及退火温度进行试验。[结果]在20μl反应体系中,Mg2+为1.5mmol/L,dNTP为0.25mmol/L,TaqDNA聚合酶为1.5U,引物为0.75μmol/L时,且ISSR最适的循环次数为40,最适退火温度为56.0℃,扩增效果最好。[结论]筛选出的反应体系适用于蒙药阿给的ISSR扩增。

2个玉米光敏色素C基因的转录丰度对多种光质处理的响应

【目的】通过NCBI数据库获得2个玉米PHYC及相关数据,并进行相关生物信息学分析。利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析2个玉米PHYC在玉米各器官的转录丰度,以及其转录丰度对多种光质处理、黑暗到各种光质转换和光周期处理(长日照和短日照)的响应,为研究玉米PHYC在玉米幼苗去黄化与开花期的调控机制奠定基础。【方法】采用玉米B73自交系为研究材料,通过RT-PCR分别对Zm PHYC1和Zm PHYC2的全长ORF序列进行克隆;借助相关软件对其进行生物信息学分析,利用q RT-PCR分析这两个基因在玉米各器官中的转录丰度,及其转录丰度对各种光照处理的响应。【结果】Zm PHYC1和Zm PHYC2的全长ORF均为3 408 bp,编码1 135个氨基酸基序,分子量分别为126.14和126.07 k D。生物信息学分析表明,玉米phy C蛋白可以分为6个功能区段:节奏周期蛋白—Ah核转运接受蛋白—专一蛋白区段(Per-Arnt-Sim,PAS)、c GMP受激磷酸二酯酶区段(GAF)、色素区段(PHY)和PAS相关区段(PRD,包含2个PAS区段)、组氨酸激酶A区段和组氨酸激酶ATP酶区段,但是Zmphy C2在PRD区段仅有一个PAS区段。氨基酸水平的系统发育树分析表明,Zmphy C1和Zmphy C2与禾本科物种phy C有很高的一致性,且与甘蔗和高粱phy C的亲缘关系较近。q RT-PCR分析表明,Zm PHYC1和Zm PHYC2的表达在根和叶中的转录丰度均较高,同时对持续蓝光和白光响应强烈;在黑暗到各种光质转换处理中,这两个PHYC的表达模式相似。在黑暗转到远红光、红光、蓝光和白光的0.5 h,Zm PHYC1和Zm PHYC2的转录表达均急剧上升,随后迅速下降到自身起始黑暗时的水平以下,并上下波动。这两个基因对长日照和短日照的光周期处理也能积极响应,在长日照条件下,2个Zm PHYC出现了极其相似的表达模式,均在光照和黑暗阶段各出现1个峰值;在短日照条件下,这两个基因的表达模式差异较大,Zm PHYC1的峰值出现在进入黑暗后6 h,而Zm PHYC2的峰值出现在进入光照阶段2 h。【结论】玉米phy C蛋白可以分成6个功能区段,但是Zmphy C2在PRD区段仅具有一个PAS相关区段。2个玉米PHYC转录丰度具有组织特异性。在各种光质处理中,Zm PHYC1和Zm PHYC2的表达模式相近,可能二者存在功能冗余,在转录水平上前者的丰度高于后者,推测Zm PHYC1在玉米中起更重要的作用,并且可能二者在功能上存在分工。Zm PHYC1和Zm PHYC2对各种光质和光周期处理均有较强的响应,推测二者在调控玉米光形态建成和开花中具有重要作用。

对基因组原位杂交信号释译可能出现的片面性——来自一个小麦易位系(A-3)中外源遗传物质鉴定的启示

利用基因组原位杂交 (GISH)和种子醇溶蛋白电泳 (A- PAGE)技术对一个可能携带有 10倍体长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum (Host) L iu & Wang)遗传物质的小麦新种质 A- 3进行了综合鉴定。用普通小麦“中国春”(Triticum aesticum L.cv.Chinese Spring)基因组 (ABD) DNA作探针 ,拟鹅观草 [Pseudoroegneria stipifolia(Czern exNerski) A L ve,10倍体长穗偃麦草基因组可能供体种之一 ,基因组为 St]基因组 DNA作封阻进行原位杂交 ,检测到小麦的一对染色体与外源染色体发生了罗泊逊易位 ,并证明该外源臂携带一个 18S- 5 .8S- 2 6 S r DNA位点。进一步分析表明 ,易位发生在 B基因组染色体上。种子醇溶蛋白电泳分析表明该材料具有黑麦 1RS的标记位点 Gld B3。再用黑麦(Secale cereale L.R)基因组 DNA作探针 ,普通小麦基因组 DNA作封阻进行 GISH分析 ,最后证明该材料确为 1BL/1RS易位系。本文还对 GISH分析中可能出现的假象进行了讨论。本文研究结果提示我们 :在鉴定外源染色体 (质 )时必须非常慎重 ,单凭一种技术很难得出准确的结论 ,需要多种方法相互印证 。

我国普通小麦核心种质的构建及遗传多样性分析

用分布于21个连锁群上的78个微卫星标记(SSR),对我国5029份普通小麦初选核心种质进行基因型分析,收集了40万条SSR数据.以此为基础,采用适当调整的分层分组代表性取样法(即分区取样时,对材料遗传多样性高的地区略增加取样量,反之略减少取样量;著名品种、重要育种亲本和携带稀有等位变异的材料优先入选),构建了由1160份材料组成的小麦核心种质(库),其中地方品种762份、育成品种348份、国外引进品种50份.核心种质占初选核心种质的23.1%,占整体种质(23090份)的5%,遗传代表性估计值为91.5%.核心种质中地方品种的遗传多样性明显高于育成品种.群体遗传结构及主坐标分析均显示我国地方品种和育成品种是两个相对独立的组群.来源于不同生态区的地方品种遗传分化十分明显,而育成品种分化相对较弱.此外还构建了由231份材料组成的微核心种质,其占整体种质的1%,但遗传代表性估计值接近70%.最后就核心种质构建的意义和取样策略进行了讨论.