基于SNP标记的玉米遗传多样性与杂优模式分析

为揭示我国玉米核心种质的遗传多样性和育种实践中所用的杂种优势模式,利用58个北方春玉米自交系的全基因组重测序数据,鉴定并筛选了2559400个高质量SNP用于解析供试材料的遗传特性。分析结果显示,核心自交系中的多态性信息含量在0.09~0.38之间,平均值仅为0.21,说明该群体的遗传多样性程度较低。玉米自交系间的亲缘关系系数范围在-0.21~1.75,其中自交系丹598与吉1037的亲缘关系系数最大,而自交系PH6WC与GS01的亲缘关系系数最小。聚类分析结果表明,供试群体明显地被划分为6个亚群,分别为SS、NSS、PA、兰卡斯特、塘四平头和旅大红骨。进一步对东北地区主要玉米品种的杂种优势模式进行分析得出,SS×NSS、NSS×PA、NSS×兰卡斯特及SS×塘四平头可作为东北地区主要推广的杂种优势模式。以上结果为自交系的改良创新及强优势玉米杂交种的组配提供了理论依据。

生物技术在吉林省农业种植中的应用探讨

生物技术在农业现代化进程中发挥着重要作用,如有助于解决粮食安全问题、缓解资源环境压力、改善生态环境等。吉林省是我国重要的农业大省,但当前吉林省农业种植中对于生物技术的应用仍存在一些问题。为进一步促进生物技术在吉林省农业生产中的应用,分析现阶段当地在生物防治技术应用、微生物肥料开发、生物农药创制及生物育种人才培养等多方面存在的问题,并提出拓展生物防治技术应用范围、建立菌种资源库、优化农药配方及加强人才培养等应对措施。

玉米籽粒长度的全基因组关联分析

【目的】筛选与玉米粒长紧密关联的SNP标记和候选基因,为分子标记辅助选择籽粒较长的玉米材料及克隆相关的功能基因奠定基础。【方法】以80个核心玉米自交系作为关联群体,在2014年和2015年分别将其种植在吉林省长春市和梅河口市,收获后考种。同时采用Illumina Hiseq PE150高通量测序仪对关联群体进行全基因组重测序,将获得的高质量SNP标记用于后续玉米粒长的全基因组关联分析。【结果】不同玉米自交系的籽粒长度遗传变异较大,广义遗传力为83.67%,说明该性状主要受到遗传因素的控制。经过全基因组关联分析,在4个环境下共检测到16个与玉米粒长显著关联(P<10-6)的SNP标记,解释的表型变异率在1.68%~27.61%。其中7个标记位于前人已定位的粒长QTL置信区间内,1个标记在2015年的2个环境中都被检测到。在显著性SNP标记的LD范围内共发掘出GRMZM2G018607、GRMZM2G034882和GRMZM2G322641等3个候选基因,其分别编码ABCF4转运蛋白、WIP2互作蛋白和一个含DUF2346结构域的蛋白质,可能与玉米粒长的发育形成密切相关。【结论】筛选出16个与玉米粒长紧密关联的显著性SNP标记和3个候选基因。

生物技术在玉米育种过程中的应用

玉米作为全球范围内重要的粮食作物之一,其具有的高营养价值使得其育种工作尤为关键。为了培育出产量高、品质优良、具备抗病和逆境耐受性的新品种,生物技术的运用显得尤为重要。其中,分子标记、染色体操纵和基因工程等先进技术在玉米育种中扮演着核心角色,这些方法不仅提高了育种的精确性和效率,也极大地促进了作物性状的改良。本文旨在深入分析生物技术的最新发展,特别是它们在农业作物改良中的应用,并着重讨论这些技术如何在玉米育种中发挥关键作用,期望为从事相关研究和实践的专业人士提供参考和借鉴,以更好地促进玉米生产的持续进步。

大豆查尔酮还原酶基因CHR1的功能研究

为了验证查尔酮还原酶基因CHR1在大豆苷元合成中的作用,文章克隆了CHR1基因并构建了RNA干扰表达载体pCPB-CHR1-RNAi,将载体转化受体大豆品种"吉农28"中,以期抑制CHR1基因的转录。通过农杆菌介导的遗传转化和PCR检测得到4株T0代阳性植株,13株T1代阳性植株。Southern blotting结果表明,功能元件以单拷贝的形式整合到大豆的基因组中。利用实时荧光定量PCR法(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)测定CHR1基因在mRNA水平上的表达量,结果表明,转基因大豆植株中CHR1的表达量与未转化的受体大豆相比降低了60%～99%;高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)检测到合成大豆苷元过程中的前体物质异甘草素的含量降低了38.7%。该RNA干扰机制在转录水平上抑制了CHR1基因的表达。

甜菜碱醛脱氢酶基因在大肠杆菌中的表达、纯化及功能性鉴定

为转BADH基因玉米品系Western杂交等蛋白水平检测做前期准备,对辽宁碱蓬中的甜菜碱脱氢酶基因(BADH)进行原核表达、纯化及功能性鉴定。通过构建含有BADH基因的原核表达载体转化至大肠杆菌BL21中,诱导其进行原核表达,并对表达产物进行Ni-NTA柱亲和层析纯化分析。所构建pET28a-BADH原核表达载体经PCR和双酶切鉴定及测序分析与预期结果一致;SDS-PAGE结果显示表达产物约50.5 kD,且为可溶性;生物功能性鉴定BADH蛋白的表达使受体细胞在高盐条件下的抗性有显著提高。

玉米行粒数的全基因组关联分析

行粒数是玉米重要的产量构成性状之一,对其遗传机理进行深入研究具有重要的理论和现实意义。本研究以吉林省80份核心玉米自交系作为关联群体,于2014年和2015年分别在吉林省长春和梅河口进行行粒数测定。同时利用第2代测序技术对关联群体进行全基因组重测序,获得的SNP标记用于后续分析。结果显示,不同环境下玉米行粒数表型性状变异范围在12.0~41.6之间,遗传力为36.4%。关联分析结果共得到19个与玉米行粒数显著关联的SNP标记,其中位于染色体框2.04和3.08的两个标记在2015年长春和梅河口均被检测到,14个SNP标记位于前人已定位到的QTL置信区间内。在显著性SNP标记的连锁不平衡区域内挖掘出4个候选基因,分别预测编码泛素化目标受体蛋白、金属依赖性磷酸水解酶、重金属转运/解毒蛋白及一个无特征功能的假定蛋白,可能与玉米行粒数的发育形成密切相关。

Cry1Ab13杀虫基因的PCR诱变及功能验证

【目的】通过易错PCR技术克隆一种新的Cry1Ab13基因,以利用Cry类Bt基因提高作物抗虫性,丰富基因资源。【方法】利用易错PCR技术对苏云金芽孢杆菌Cry1Ab13基因进行随机诱变,构建突变体文库,筛选获得突变株Cry1Ab13-1,将该基因构建原核重组表达载体后转化到大肠杆菌中进行异源表达,并利用表达的目的蛋白进行抗虫鉴定。【结果】序列分析表明,突变株Cry1Ab13-1基因序列全长2 036bp,与原始碱基序列的一致性为97.79%,有2个碱基发生突变,导致该基因编码的氨基酸序列中有2个氨基酸改变,分别是第130位由脯氨酸变成丝氨酸,第383位由丝氨酸变成苏氨酸;改变后的氨基酸序列与原始氨基酸序列一致性为96.97%。在线分析表明,该基因与已知过敏源的序列同源性低于35%,不存在致敏性。SDS-PAGE电泳分析表明,表达蛋白分子质量大小为79.5ku,与预期结果相符。抗虫鉴定表明,处理72h时表达的目的蛋白对小菜蛾(Plutella xyllostella)幼虫的致死率达87.88%,明显高于未突变基因对照组的幼虫死亡率;对亚洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)幼虫的致死率达81.11%,而且存活的亚洲玉米螟幼虫的生长发育受到明显抑制。【结论】成功克隆了Cry1Ab13-1抗虫基因,且该基因对小菜蛾幼虫和亚洲玉米螟幼虫均具有高效的杀虫活性。

hrpZpsta和RIPs双价抗病基因转化大豆的研究

构建了含有hrpZpsta和RIPs的双价抗病基因植物表达载体,采用农杆菌介导法,以大豆子叶节为外植体,将双价抗病基因hrpZpsta和RIPs转入大豆品种吉农28中,以耐盐基因BADH作为筛选标记基因、筛选得到T1阳性植株18株;T1转基因植株PCR、Southern杂交及RT-PCR检测表明外源基因已成功整合到了大豆基因组中并可遗传给后代。

糙皮侧耳漆酶基因的克隆及在粟酒裂殖酵母中的表达

利用RT-PCR技术,从糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)总RNA中克隆漆酶基因(Lac),再通过NheⅠ酶切位点与粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)表达载体pESP-2连接,构建酵母真核表达载体,利用电转化方法转化粟酒裂殖酵母SP-Q01细胞,并在SP-Q01中进行表达分析,最后用愈创木酚法测定表达产物的酶学活性。漆酶基因在构建的表达载体重组SP-Q01细胞中得到表达,酶学活性达到89.37 U/L。

玉米生理成熟后子粒自然脱水速率的遗传变异与相关分析

为了培育生理成熟后子粒脱水快的玉米新品种,以当前吉林省常用的71份玉米核心自交系为材料,采用裂区试验设计,利用烘箱法测定生理成熟后子粒脱水速率并进行遗传变异和相关性分析。结果表明:玉米的子粒脱水速率呈现出较大的遗传变异,在早熟和晚熟玉米自交系组内均达到极显著差异。在与子粒脱水速率进行相关分析的诸多性状当中,仅粒长与早熟组玉米的子粒脱水速率表现出极显著相关,其余性状虽然与玉米子粒脱水速率也表现出一定的相关性,但均未达到显著水平。

转酸性蛋白酶pepB基因玉米的分子鉴定与农艺性状分析

通过分子生物学技术把酸性蛋白酶pepB基因转入受体玉米自交系基因组中,培育转酸性蛋白酶pepB基因玉米新品系。以耐盐基因badh作为筛选标记性基因,经过抗性筛选,对T1、T2、T3代转基因植株进行PCR检测,得到14个T1代转基因阳性植株,32个T2代转基因阳性植株和27个T3代转基因阳性植株。Southern杂交结果表明,外源酸性蛋白酶基因已经整合进玉米基因组中。RT-PCR结果表明,酸性蛋白酶基因在受体玉米中获得表达,获得外源酸性蛋白酶pepB基因遗传表达的T3代转基因玉米株系。通过对T2、T3代转基因玉米各品系农艺性状的分析结果表明,转基因玉米各品系在株高、茎粗、穗长等农艺性状上与受体亲本没有差异,但生育期均有不同程度的缩短。

成熟胚愈伤诱导及再生条件优化

采用三因素随机区组设计,研究不同基因型、培养基种类及2,4-D处理浓度对成熟胚愈伤诱导率的影响。结果表明,影响玉米成熟胚胚性愈伤组织诱导的主要因素是基因型,且基因型、培养基和2,4-D处理对岀愈率影响效果差异达到显著或极显著水平,除初级愈伤三因素互作不显著外,任意两因素或三因素之间的互作效应显著。丹988的最佳培养组合为MN+2,4-2mg/L;铁7922最佳培养组合为MS+2,4-D 2mg/L。添加1mg/L的KT有利于愈伤组织分化。

玉米子粒脂肪含量的全基因组关联分析

利用分子标记对控制玉米脂肪合成的关键基因进行定位,从分子水平上阐明其遗传机理,提高高油玉米的育种效率。以吉林省80份核心玉米自交系为关联群体,2014年和2015年分别在吉林农业大学试验地进行田间试验,将自交收获的果穗晾晒脱粒后用NIRFlex N-500近红外光谱仪测定其子粒脂肪含量。同时使用Illumina PE150测序仪对80份玉米自交系进行全基因组重测序,共获得1 490 007个高质量的SNP用于后续的关联分析。结果表明,玉米子粒脂肪含量的变异范围为2.83%-6.81%,广义遗传力为63.3%。经过两年1点的全基因组关联分析共筛选得到10个SNP位点与子粒的脂肪含量显著关联（P〈0.000 001）,解释的表型贡献率为0.65%-34.5%,其中位于染色体框4.01的SNP标记表型贡献率最高为34.5%。在显著性SNP位点（P〈0.000 001）的连锁不平衡区域（5.2 kb）内共挖掘出6个候选基因,分别预测编码MYB转录因子、果胶酯酶、谷氨酰胺合成酶和3种无特征功能的假定蛋白,可能与脂肪的合成代谢密切相关,可为高油玉米材料的分子标记辅助选择及克隆调控玉米子粒脂肪含量的关键基因提供参考。