高等农业院校生物专业遗传学高效教学方法探析

遗传学是高等农业院校生物类专业所设的一门专业基础课,对植物、动物和微生物育种及相关课程的基础理论和生物分析技术的学习具有重要意义。本文分析了遗传学教学优化方法,以期在教学实践中提高教学效率,实现理想的教学效果。

几种杀菌剂对玉米穗粒腐病主要病原菌的抑制作用

采用室内平皿生长速率法,比较了4种杀菌剂对穗粒腐病3个主要病原菌,即串珠镰刀菌、禾谷镰刀菌和聚端孢菌的抑制作用。结果表明:甲基托布津、多菌灵、烯唑醇、三唑酮4种杀菌剂对3种主要致病菌有明显抑制作用,药剂浓度越大抑制效果越明显。其中多菌灵对3种病原菌的室内抑制作用最强,其次为烯唑醇,甲基托布津和三唑酮较差。在杀菌剂浓度为0.002 mg/mL时,多菌灵、烯唑醇与甲基托布津、三唑酮相比,其差异达到了极显著水平。

玉米矮花叶病抗病基因Rscmv1新型标记的开发

在玉米矮花叶病抗病基因Rscmv 1初步定位的基础上,利用生物信息学方法在抗病区域内进行BAC-SSR和内含子长度多态性标记(ILP)2种新型标记的开发。共找到16个在抗病材料四一和感病材料Mo17中有多态性的标记,其中BAC-SSR标记12个,ILP标记4个,为抗病基因Rscmv 1的精细定位和图位克隆奠定了基础。

玉米抗穗粒腐病近等基因系的选育

在QTL分析的基础上,采用感病自交系N 6为轮回亲本,抗病自交系BT-1为非轮回亲本,通过回交育种程序结合分子标记辅助选择,经过1次杂交,5次回交,1次自交,获得了分别含有第4染色体和第6染色体上抗病基因的近等基因系.

玉米穗粒腐病抗性研究进展

从玉米穗粒腐病的病原菌、发病症状类型、成因及抗病基因定位等角度介绍了玉米穗粒腐病的抗性研究进展,并探讨了进一步开展玉米穗粒腐病抗性研究的策略,为玉米抗病育种提供了依据。

玉米种质资源抗两种镰孢穗腐病的大规模鉴定

玉米穗腐病是一种主要由拟轮枝镰孢和禾谷镰孢引起的真菌性病害,严重威胁国家粮食安全。随着气候和耕作制度的变化,穗腐病已成为玉米生产上发生最普遍、危害最重的病害之一,大规模的抗病种质资源鉴定有利于解决因优良抗病种质资源缺乏而导致的抗病品种培育困难的问题。本研究在建立了玉米穗腐病高通量抗性鉴定平台的基础上,采用滚动式抗源鉴定策略,在初级鉴定阶段采用单环境、单重复的策略对大量种质进行初步筛选,随后对初级鉴定中的高抗种质进行多重复、多环境、多年份的次级鉴定,逐步淘汰感病种质。2018-2020年间对10524份玉米种质资源进行了抗镰孢穗腐病的初级鉴定,共筛选到191份高抗种质,进一步对高抗种质进行滚动式次级鉴定,最终筛选出18XDHNAM11-20、H5084、M C303等59份具有稳定抗性的种质,其中24份种质在5年的鉴定中均表现为抗病。从59份抗病种质的杂种优势类群看,抗病种质可分为5个类群:温热互导群、国内Reid群、NSS群、SS群及黄改群,基本涵盖国内最主要的杂种优势类群,其中来自温热互导群的抗病材料有24份,占抗病材料总数的41%。本研究抗病种质资源的发掘为玉米抗穗腐病育种提供了重要资源。

一个玉米叶色突变体的遗传分析与基因定位

在玉米自交系4H8中发现一个叶色突变体,自然条件下,该突变体幼苗叶色呈淡绿色,生长明显缓慢,逐渐萎蔫死亡。利用出现淡绿色幼苗的自交系4H8杂合体以及其与绿色自交系40-6构建的一套分离群体对叶色淡绿色突变体进行了遗传分析,发现4H8的淡绿色基因由1个隐性核基因控制,初步命名为vl1(Virescent leaf 1),并用SSR分子标记将该基因初步定位在第1染色体的长臂上,位于SSR标记umc1323和umc1709之间,与二者的遗传距离分别为2.1 cM和10.3 cM。该研究结果为今后该基因的克隆和功能分析奠定了基础。

基于四交群体鉴定玉米开花期相关性状的QTL

为研究玉米开花期的遗传机制,利用4个玉米自交系组配276/72//A188/交51四交群体,构建了包含213个SSR分子标记的遗传连锁图谱.在河南郑州和济源2个环境下共检测到开花期QTL 41个,大部分为微效等位基因,加性效应为主要效应.采用综合农艺性状加分子标记辅助选择的方法,以吐丝期1个QTL位点qSE4a所在的目标区间及其附近区间(umc1511～umc1051,bin4.05～bin4.08)为目标区段构建A188为供体亲本,交51为受体亲本的5个NIL,初步验证了该位点的遗传效应,并初步定位到标记bnlg2291附近.

玉米缺陷型籽粒突变体的遗传分析及突变基因dek1-T7的定位

突变体是功能基因组学研究和分子育种的重要材料。自然条件下,在玉米自交系M08649中发现一个突变穗,其突变表型表现为凹陷,没有胚以及胚乳,不能发芽并繁殖后代的缺陷型籽粒(defectivekernel)。利用出现籽粒突变自交系M08649的杂合体与正常自交系齐319构建分离群体对突变体进行遗传分析,共有85个F2代自交穗具有突变籽粒,38个F2代自交穗表现为正常,统计分析发现其符合2:1的分离比例。同时在85个具有突变籽粒的穗子中,共有9961粒正常籽粒和3217粒突变籽粒,符合3:1的分离比例,初步证实自交系M08649中控制籽粒发育的突变基因属于单个基因的隐性突变,暂命名为dek1-T7(t)。利用SSR分子标记将该基因初步定位在第1染色体的短臂上1.03区,位于SSR标记bnlg2204和Hkf1-3之间,两个标记之间的物理距离为1.78Mb。本研究结果为该基因的克隆和功能分析奠定了基础。

玉米颖片基部颜色基因Rab1的精细定位

为了对玉米护颖基部颜色进行遗传分析和定位,利用玉米颖片基部颜色分别为红色的自交系48-2和绿色的自交系黄野四为亲本,构建F2分离群体,采用SSR分子标记进行遗传分析。结果表明,玉米颖片基部颜色为红色的性状属于质量性状,受1对显性核基因Rab1控制。连锁分析发现,位于玉米第2染色体上的标记bnlg2277与目标基因紧密连锁,并进一步将该基因定位在标记umc2195和umc1185之间,遗传距离分别为2.5,0.4 cM,物理距离为2.1 Mb,并以此为基础构建了目标区段的遗传连锁图谱。

“遗传学”课程思政的教学探索

“00后”的当代大学生,成长在国家经济高速发展和全面信息化的时代,形成他们特有性格和心理特点,通过课堂将正确的理想信念和价值观传达给他们是高校育人的重要途径。课程思政是将思想政治教育、人生观、价值观等融入专业课程的教学中,对学生的思想意识产生潜移默化的影响,激发学生的爱党、爱国情怀,培养学生勇于创新、实事求是的科学精神,实现立德树人的教育目的。以高等农业院校面向“00后”大学生的“遗传学”课程思政教学为例,将思政元素融入专业知识的教授中,收到了良好的效果,以期为其他相关课程的思想政治建设提供启示。

过表达ZmCIPKHT基因增强植物耐热性

高温胁迫对植物正常生长发育及产量的影响越来越显著。为了适应外界环境的变化,植物进化出了一系列应对高温胁迫的分子遗传机制。类钙调磷酸酶B蛋白(CBL)互作蛋白激酶(CIPK),在ABA信号转导途径上积极参与植物对高温胁迫的响应。在前期全基因组关联分析的基础上,本实验克隆了一个与玉米耐高温性状相关的候选基因ZmCIPKHT,qRT-PCR结果表明ZmCIPKHT基因受高温胁迫的显著诱导。室内表型鉴定的实验发现过表达ZmCIPKHT的转基因拟南芥植株在高温胁迫下,比野生型的存活率显著提高,生长状态更好。玉米原生质体瞬时转化实验证明ZmCIPKHT蛋白定位于细胞核中。酵母双杂交实验验证了ZmCIPKHT蛋白与玉米CBLs家族中的ZmCBL4蛋白存在互作关系。同时,ZmCIPKHT转基因拟南芥在高温胁迫条件下,脱落酸(ABA)通路相关基因的表达水平有其相应的变化,揭示了ZmCIPKHT可能依赖于ABA信号转导通路来增强植物的耐热性。这些结果为解析玉米CBL-CIPK信号通路依赖于ABA途径对植物非生物胁迫响应的分子机制提供了新的实验根据。

以遗传学课程思政教学为例探析思政元素与专业课的有机结合

课程思政在一定程度上把先进的人生观、价值观、世界观贯穿融会到专业课及其教育活动中,形成课程教学"大思政"的新格局,推动社会主义核心价值观进教材和进课堂,最终将无形的价值观教育与有形的专业知识有机结合。以遗传学课程为例,探究思政元素与专业课的有机融合,在课程实施过程中努力达到真正的全方位育人的总体目标。

玉米穗腐病籽粒抗性与穗轴抗性的相互影响

玉米穗腐病是世界上普遍发生、危害严重、防治困难的真菌病害,目前已成为玉米生产上亟待解决的主要问题之一。本研究分别以233份家系组成的RIL群体和452份骨干自交系组成的关联群体为材料,穗轴与籽粒接种拟轮枝镰孢后分别观察其籽粒抗性与穗轴抗性。通过对比穗轴与籽粒接种观察到的籽粒抗性,发现RIL群体中114份家系与关联群体中230份自交系经穗轴接种观察到的籽粒抗性与经籽粒接种观察到的籽粒抗性不一致;而通过对比籽粒与穗轴接种分别观察到的穗轴抗性,发现RIL群体中138份家系与关联群体中247份自交系经籽粒接种观察到的穗轴抗性与经穗轴接种观察到的穗轴抗性不一致。籽粒抗性与穗轴抗性的相互影响可能涉及了新的抗病机制,这为玉米穗腐病复杂的抗性机制的研究提供了新的理论依据。

玉米穗腐引起叶枯的抗性鉴定

【目的】发掘兼抗穗腐与叶枯的优异种质资源,为探索穗腐与叶枯抗性间相互影响的分子调控机制奠定基础。【方法】在传统穗腐病接种方法的基础上进行改良,并对326份骨干自交系和244份RIL群体进行抗性鉴定。【结果】建立了授粉后2 d于穗轴基部接种1 mL孢子数量体积分数为5×10^(6)个·mL^(-1)的拟轮枝镰孢孢子悬浮液的接种体系及其鉴定体系,穗腐引起叶枯抗性在不同自交系间存在较大差异,来自CIMMYT的自交系和P群的自交系抗性较好。【结论】穗腐引起的叶枯抗性与穗腐抗性的比较研究发现,70.9%的自交系表现不同,可能存在不一样的抗性机制。研究还鉴定出14份兼抗玉米穗腐与叶枯的优异自交系。

基于宿主诱导的基因沉默技术创制抗拟轮枝镰孢玉米自交系

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioide)是一种主要的病原真菌,侵染玉米可以导致穗粒腐病、茎腐病、苗期根腐病及引起种子腐烂。由拟轮枝镰孢引起的病害不仅影响玉米的产量和品质,而且其病原菌代谢过程中产生的伏马菌素等多种真菌毒素严重威胁了人畜安全。通过宿主诱导的基因沉默(host-induced gene silencing,HIGS)技术创制抗拟轮枝镰孢的玉米种质,为玉米抗病育种提供新的优异抗源。【方法】通过同源克隆方法克隆可能与拟轮枝镰孢生长发育相关的关键基因,并通过体外转录获得相应的dsRNA片段;将不同基因的dsRNA与拟轮枝镰孢的分生孢子悬浮液预混后,用于后续的体外RNA沉默试验;对感病玉米自交系西502的种子进行消毒与接种,在培养皿中28℃避光培养48 h,调查种子的发病程度;在混有dsRNA的孢子悬浮液中加入葡萄糖,25℃培养24 h后,在显微镜下观察孢子萌发与菌丝生长情况;将三叶期的西502幼苗转移至预混dsRNA的孢子悬浮液中进行培养,7 d后观察苗期根腐病发病状况;通过种子鉴定与苗期鉴定体系,逐步筛选具有显著抑制效果的沉默靶标基因;合成筛选出的重点靶标基因片段,构建沉默载体并转化感病玉米自交系西502;对转基因株系的种子接种鉴定,验证转化玉米株系的抗性;提取接种后转基因种子的总RNA,对拟轮枝镰孢的靶标基因进行荧光定量分析,确定HIGS株系的沉默效果。【结果】从拟轮枝镰孢中克隆出18个与其生长发育相关的候选基因;通过种子接种鉴定,发现11个候选基因被沉默后,种子的发病等级极显著降低;进一步筛选出6个沉默后影响拟轮枝镰孢的孢子萌发和菌丝生长的候选靶标基因deo、Ras2、Dpdc、Hsp90、Frp1和Atg15;通过苗期接种鉴定,最后筛选出3个在体外具有显著抑制效果的沉默靶标基因deo、Atg15和Frp1;进而将3个靶标基因的特异区段人工融合成一段序列并构建沉默载体,获得转基因植株;鉴定发现转基因植株的T2代种子对拟轮枝镰孢的抗性显著增强,且3个靶标基因的表达量均显著下降。【结论】拟轮枝镰孢基因deo、Atg15、Frp1与其生长发育密切相关,且沉默后能够显著提升玉米对拟轮枝镰孢的抗性。

玉米茎秆营养品质性状全基因组关联分析及候选基因筛选

【目的】从分子水平对玉米茎秆主要营养品质性状进行遗传解析,为玉米茎秆主要营养品质性状的遗传改良提供理论依据。【方法】以381份不同类型玉米自交系作为关联群体,2016年、2017年在河南省鹤壁市农业科学院试验园区进行随机区组种植,于玉米抽雄期、灌浆期和成熟期调查茎秆营养品质性状酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)和消化率(IVDMD)。利用Maize SNP50基因芯片获得高质量的461053个SNP用于全基因组关联分析。【结果】利用广义线性模型(GLM)分析,在玉米10条染色体上两年共检测出不同生育时期茎秆营养品质性状392个显著相关的SNP(P<1.08×10^(-7)),表型变异解释率为9.69%~17.34%,发现2次以上独立关联到的SNP有97个,共获得77个与茎秆营养品质性状关联的候选基因;利用混合线性模型(MLM)分析,两年共检测出257个显著相关的SNP(P<2.17×10^(-6)),表型变异解释率为9.82%~20.20%,发现2次以上独立关联到的SNP有17个,共获得82个候选基因,与GLM模型候选基因重合的有10个。GLM和MLM两种模型共鉴定出159个候选关联基因,有43个候选基因被2次以上重复检测到;其中,Zm00001d021261在多个位点发现31次与不同年份ADF、NDF和IVDMD相关联,该基因编码产物为ATP结合蛋白和叶绿体传感器激酶,在成熟期叶片中表达量最高;Zm00001d021255在两个位点发现10次与茎秆营养品质性状相关联,该基因编码产物为富半胱氨酸受体样蛋白激酶25,只在发育节间和雌穗中表达,可进一步深入研究验证。【结论】采用GLM和MLM两种模型可以快速、有效地关联到玉米茎秆营养品质相关性状显著性位点,通过重复性显著位点筛选出HC-SNP,进而挖掘出关联基因富集区域。

高通量分子标记检测方法的研究进展

分子标记直接反映基因组序列水平上的遗传多样性,被广泛地应用于基因定位、多样性分析、作物遗传育种及医疗等领域。近几年,伴随着芯片杂交技术和测序技术的快速发展,高通量、高自动化的分子标记检测技术有许多新发展。本文针对目前常用的分子标记检测新技术,包括dCAPS、KASPar、基因芯片、简化基因组测序和靶向测序基因型检测等技术的原理、方法、优缺点和其应用前景进行综述,为分子标记的检测和遗传相关研究提供信息支持。

玉米穗轴对穗腐病抗性鉴定体系与优异抗源的研究

穗轴作为拟轮枝镰孢菌侵染果穗引发玉米穗腐病的重要途径之一,能够影响病原菌的侵染和扩散。为了深入开展玉米穗轴对拟轮枝镰孢菌抗性的研究以及了解玉米穗腐病子粒与穗轴抗性的差异,进行抗性鉴定体系的优化,利用164份国内外玉米骨干自交系进行两年两点的接种鉴定筛选优异抗源,对发病边长、发病芯长、发病面积、发病相对面积等4个抗性指标进行研究。结果表明,发病边长能较大程度地区分不同自交系间的抗感差异且又在材料内具有较好的重演性。把发病边长确定为玉米穗腐病穗轴抗性鉴定指标,对参试自交系进行抗性评价,鉴定出CML27、BT-1、CML274等58份穗轴高抗自交系,筛选出BT-1、CML173、CML193等8份子粒与穗轴均抗穗腐病的优异抗源。

玉米抗蚜虫种质资源的鉴定

蚜虫是玉米主要虫害之一,抗蚜品种的选育及推广是有效防治蚜虫的主要途径。试验在重虫区三亚乐东试验基地,连续两年对222份玉米自交系在自然发病的条件下进行蚜虫抗性鉴定和评价,结果表明,确定危害度为抗性评价指标,同时筛选出15份高抗蚜虫自交系。结合血缘追踪发现,抗性材料主要来源于Reid、lancaster种质。