绿豆7S球蛋白基因鉴定及在籽粒发育中的表达分析

为阐明绿豆7S(Vigna radiata 7S,Vr7S)球蛋白基因的基本性质及其在籽粒生长发育过程中的表达模式,本研究运用生物信息学、反转录聚合酶链式反应(reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR)对10个Vr7S球蛋白基因的理化性质、基因结构特征、蛋白三级结构、系统发育关系及基因表达谱等进行研究。结果表明,Vr7S球蛋白基因编码的蛋白长度为246~594个氨基酸,等电点位于5.02~6.40之间,分子质量为27.82~70.02 kDa;所有Vr7S球蛋白基因包含3~7个外显子、2~6个内含子、5~8个保守基序;除Vr7S B1具有1个cupin保守结构域外,其余9个基因均含有2个cupin结构域;Vr7S球蛋白三级结构有4种类型,主要包含α-螺旋、β-链等结构;在cupin保守结构域中,绿豆和其他物种共有67个保守氨基酸残基,绿豆与赤豆7S球蛋白基因间的同源关系最近,其次是菜豆、木豆及大豆等。基于不同绿豆品种、不同发育时期籽粒的转录组测序和RT-PCR表达谱分析显示,Vr7S球蛋白基因伴随着绿豆籽粒的发育成熟呈现表达量升高的趋势,这与其他豆科物种7S球蛋白基因的表达模式一致,表明其在绿豆籽粒贮藏蛋白的生成调控过程中具有积极作用。本研究为进一步解析Vr7S球蛋白基因在绿豆籽粒发育中的生物学功能奠定了基础。

旱胁迫相关绿豆VrERF家族基因发掘及表达分析

【目的】探究AP2/ERF转录因子在绿豆干旱胁迫响应中的应答机制。【方法】基于全基因组测序数据对绿豆VrERF家族基因的种间同源性、互作蛋白功能及顺式作用元件进行分析,通过转录组测序数据分析各VrERF基因的组织特异性表达、干旱胁迫下基因表达差异情况并用q RT-PCR进行验证。【结果】绿豆与豌豆、菜豆和大豆的ERF家族基因间不仅具有相同的进化起源,还存在明显的基因扩张现象。VrERF基因启动子区均具有多个与激素响应、胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。此外,不同的绿豆VrERF蛋白间存在广泛的互作关系,可能通过与b ZIP、RAP2.4和STZ等蛋白互作参与绿豆非生物胁迫的防御响应。基因表达分析显示,多数VrERF家族基因的表达具有较强的组织特异性,且在干旱胁迫下,VrERF7/62在绿豆VC1973A和JP226873叶片中均显著下调表达,qRTPCR检测也显示VrERF7/62的表达受干旱胁迫诱导显著下调。【结论】推测VrERF7/62可能在绿豆干旱胁迫响应过程中起负调控作用,结果也为绿豆AP2/ERF家族基因的抗逆性表达及基因功能研究奠定了基础。

绿豆产量相关性状通径分析及高产种质筛选

【目的】探究影响绿豆产量的关键性状,筛选高产绿豆种质。【方法】以国内外294份种质为材料,通过连续3年田间试验,运用相关性分析、多元回归分析和通径分析等方法分析17个绿豆产量相关性状对绿豆产量影响,运用聚类分析法筛选优异种质。【结果】相关性分析表明,籽粒产量与百粒重(0.67)、荚长(0.56)、粒直径(0.63)和单株荚数(0.36)的相关性最强,与株高、单株分枝数、成熟期等性状呈极显著正相关;通过逐步多元回归分析建立了产量(SY)与株高(PH)、单株分枝(BPP)、单株荚数(PPP)、荚长(PL)、荚宽(PW)、单荚粒数(SPP)和(百粒重HSW)的最优回归方程:SY=-2628.124+136.778HSW+13.436PPP+4.780MD+34.901SPP+22.469PL+42.851PW+1.545PH+249.033SD+19.176BPP+3.242RGD,方程决定系数R^(2)=0.96,P=0.0001;通径分析表明单株荚数(0.63)、百粒重(0.53)对产量的直接作用最大,荚长(1.11)、成熟期(1.00)的间接作用最明显;聚类分析表明294份材料共分为6组群,其中第Ⅰ(2份)、Ⅱ类群(25份)的产量、荚宽、粒直径、百粒重性状显著高于其他类群,可作为高产绿豆引种优良品种或杂交育种的亲本材料。【结论】共鉴定出10个影响绿豆产量的关键性状,筛选27份高产种质,研究结果为进一步高产育种奠定基础。

绿豆遗传连锁图谱加密及生育期相关性状的QTL定位

生育期是决定绿豆熟性的重要农艺性状,对其产量形成有重要的影响。以VC2917×鹦哥绿绿豆RIL群体为材料,筛选SSR引物,并利用QTL IciMaping V4.0软件对现有绿豆遗传连锁图谱进行补充;利用复合区间作图法,通过1点3年大田试验对生育期相关性状进行QTL定位。结果表明,2个亲本间共筛选出了20对新的多态性引物,分布在除LG4、LG9外的其余9个连锁群上,连锁群总长由原来的1 010.18 cM增加至1417.29 cM,平均图距由原来的3.37 cM增加至4.26 cM。在新的遗传连锁图上共检测到15个生育期性状QTL位点,分布在LG1、LG2、LG6、LG9、LG11,其中LG6上分布最多,检测到5个QTL位点,LG9上分布最少,检测到1个QTL位点,LG1、LG6、LG11各检测到4、2、3个QTL位点。分枝期、始花期、始花期-分枝期、开花期-分枝期QTL位点各1个,贡献率在5.95%~11.61%之间;三叶期、开花期QTL位点各2个,贡献率在10.29%~51.30%;出苗期QTL位点3个,贡献率在6.97%~63.85%之间;成熟期QTL位点4个,贡献率在6.19%~44.76%。这些QTL既可以应用于绿豆育种的分子标记辅助选择,也对深入研究这些性状的遗传奠定了基础。