大豆主要营养品质性状相关分子标记的育种应用潜力评价

大豆营养品质性状多为数量性状,受多基因调控。目前,已定位到大量与营养品质性状相关的分子标记,但经过大豆育种群体验证的可用标记却很少。本研究以288份黄淮海地区选育的大豆品种和19份野生/半野生大豆种质为材料组成大豆自然群体,利用近红外光谱法、气相色谱法和高效液相色谱法分析其蛋白质、脂肪、脂肪酸和异黄酮组分含量;选用已报道的与营养品质性状紧密连锁的18个SSR标记,采用毛细管电泳方法进行基因型鉴定。采用关联分析方法验证分子标记的选择效果,共检测出与脂肪含量关联的标记3个,与蛋脂总和关联的标记3个,与棕榈酸关联的标记1个,与硬脂酸关联的标记1个,与油酸关联的标记2个,与亚麻酸关联的标记2个,同时发掘出这些位点的优异等位变异,表明上述验证的分子标记可用于大豆营养品质分子育种中。

一个玉米ZmMs7复等位基因突变体的遗传分析与分子鉴定

我们在自然群体中发现了一个玉米雄性不育突变体(male sterile mutant),命名为ms20s1。该突变体雄花育性彻底丧失,花药干瘪皱缩,没有花粉形成。细胞学分析发现,与野生型相比,ms20s1突变体花药在S11期表现出明显的药室收缩,绒毡层细胞肿胀,小孢子破裂的表型,表明ms20s1突变体绒毡层细胞程序性死亡出现异常,且花粉败育。遗传分析表明该不育性状受单个隐性核基因控制。为克隆目标基因,以ms20s1为母本分别与不同自交系杂交构建F_(2)定位群体,利用靶向测序技术(GBTS)分析群体基因型,将基因定位于7号染色体124.95-128.47 Mb之间,进一步精细定位将该区间缩小到0.68 Mb。生物信息学分析发现,该区间存在一个已知基因ZmMs7。ZmMs7基因编码PHD-finger转录因子,在绒毡层发育和花粉外壁的形成过程中发挥重要作用。等位测验分析发现ms20s1为ZmMs7基因的等位突变体。基因测序结果表明ms20s1突变体在外显子区存在多处序列变异,与所报道的ZmMs7基因已知突变体ms7-6007和ms7gl的突变方式不同,证明ms20s1是一个新的ZmMs7基因等位突变体。突变体ms20s1的发现与鉴定为探讨玉米核雄性不育的分子机制以及育种应用提供了新的材料。

大豆脂肪氧化酶突变体功能标记开发与育种应用

大豆脂肪氧化酶(LOX,lipoxygenase)能催化不饱和脂肪酸的酶促反应,使豆制品产生令人不愉快的豆腥味,被称为抗营养因子,从而影响豆制品的营养品质。本研究采用脂肪氧化酶缺失近等基因系(Suzuyutaka和Century)和育成品种为材料,克隆了3种脂肪氧化酶突变体基因lox1、lox2和lox3,比较不同lox基因序列的差异;根据差异序列设计特异性引物,采用琼脂糖凝胶电泳、毛细管电泳法和KASP标记法,开发不同LOX突变基因(lox1-303 bp、lox3-266 bp、lox2-KASP、lox3-KASP)的功能标记,并利用开发的标记鉴定低豆腥味大豆育成品种和育种后代材料的基因型,结合比色法生化验证,筛选出28份缺失脂肪氧化酶-2基因(lox2)的低豆腥味大豆新品系。比较杂交育种后代材料的产量和主要品质性状,发现群体中大豆脂肪氧化酶突变体与野生型株高、单株产量、蛋白质和脂肪含量没有显著性差异。结合农艺和品质性状,筛选出6份高产、低豆腥味新品系,为低豆腥味大豆分子育种提供可靠的功能标记和优异育种材料。

玉米雄性不育突变体ms20s2的表型鉴定与基因定位

玉米突变体male-sterile 20s2(ms20s2)是在玉米自交系KWS49中发现的一个无花粉型雄性不育突变体。与野生型相比,ms20s2突变体花药细小且颜色偏浅,花药内未观察到花粉。扫描电镜观察表明,与野生型相比,9叶期突变体ms20s2的花药中未观察到正在减数分裂的花粉母细胞;抽雄后突变体花药壁外部角质层形成异常,内部未观察到乌式体结构。观察不同发育阶段花药的石蜡切片发现,在S6-S7时期,与野生型相比,ms20s2突变体花药部分中间层和绒毡层细胞发生异常分裂,导致花药壁萎缩,花粉母细胞无法正常进行减数分裂,最终造成花粉母细胞死亡,产生雄性不育表型。遗传分析表明,突变体ms20s2的雄性不育表型受单个隐性核基因控制。利用玉米10K SNP芯片对F2定位群体进行基因型分析,初步将该突变位点定位在玉米2号染色体长臂上6.21 Mb区段内。进一步精细定位将该区间缩小到了590 kb,区间包含一个已知的蛋白编码基因MS32(Zm00001eb106620)。对MS32基因进行测序分析,在突变体MS32基因4号外显子上发现了一段3166 bp的大片段插入,可能影响了MS32蛋白功能,造成ms20s2的花药发育异常和雄性不育的表型。等位测验结果表明,突变体ms20s2是雄性不育基因MS32的新等位突变体。组织表达分析发现该基因在玉米花药中特异表达,且仅在花药发育的S6和S7时期表达量较高,进一步验证了该基因在玉米花药绒毡层和中间层细胞发育过程中的重要作用。

北部麦区新育成小麦品种重要农艺性状基因的等位变异

了解2017-2021年中国北部麦区新育成小麦品种在适应性、品质、产量和抗性相关基因上的育种选择以及与黄淮麦区主推小麦品种中在这些基因上的遗传差异,利用61个功能标记对来自这两个麦区的160份小麦育成品种进行分析,发现北部麦区新育成品种的遗传多样性高于黄淮麦区品种。聚类分析发现,北部麦区新育成的部分品种与黄淮麦区品种聚为一类,表明两个麦区的部分品种具有相同的血缘。两个麦区品种中与产量相关基因的优异等位变异频率相近,但北部麦区品种中与品质和穗发芽抗性相关基因的优异等位变异频率高于黄淮麦区品种。在北部麦区5个省份中,宁夏品种中与品质和产量相关基因的优异等位变异频率最高。

大豆脂肪氧化酶缺失种质生化鉴定方法比较及其营养品质分析

大豆脂肪氧化酶(LOX)是一种重要的豆腥味因子,为了筛选适宜的LOX鉴定方法和优异的LOX缺失育种亲本,本研究以大豆LOX缺失的近等基因系(Century和Suzuyutaka)和6个低豆腥味品种为材料,采用比色法、变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和等点聚焦聚丙烯凝胶电泳(IEF-PAGE)技术鉴定LOX缺失情况,比较3种鉴定方法的优缺点;同时,采用近红外光谱(NIRS)、超高液相色谱(UPLC)、气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)等方法分析LOX缺失种质的主要营养品质组分(蛋白质、油分、可溶性糖、脂肪酸、异黄酮、维生素E和类胡萝卜素)含量差异。结果表明:比色法简便快捷,试剂需要现配现用;SDS-PAGE方法简单且成本低,但分辨率较差;而IEF-PAGE方法检测准确性较高,但成本也较高。品质分析发现,Century近等基因系的不同营养品质组分差异显著;而Suzuyutaka近等基因系的蛋白质、油分和类胡萝卜素组分差异显著。综上,针对大量种质材料筛选可先采用比色法进行快速初筛,然后结合IEF-PAGE法进行精准鉴定,既可加速低豆腥味大豆育种进程,同时可降低检测成本。筛选出具有不同营养品质组分的LOX缺失的优异种质,可为低豆腥味大豆品种选育提供可靠的育种和亲本材料。

小麦类病斑突变体lm452的生理和遗传特性分析

在小麦品种西农1376与克旱21构建的近等基因系中发现一个自然突变的类病斑家系lm452。本研究对lm452的类病斑发生进程、生理生化特性、农艺性状、遗传分离规律等进行了研究。结果表明,类病斑最先发生于第一叶,颜色由白色渐变为黄褐色,呈条纹斑块状;类病斑数量随着植株生长发育进程逐渐增加,可蔓延至叶鞘。类病斑的发生受温度和光照影响,遮光可以避免或减轻类病斑的发生;低温和强光可加重类病斑发生。生理生化分析表明类病斑的形成伴随着超氧化物产生、可溶性蛋白质含量降低和细胞活性降低;突变体lm452的千粒重在田间和温室环境条件下均较表型正常姊妹系g451极显著降低。遗传分析表明lm452的类病斑性状受单个隐性核基因控制。上述结果为lm452类病斑基因的克隆和分子调控网络机制解析奠定了基础。