利用SRAP标记研究四川高原青稞育成品种的遗传多样性

利用SRAP(Sequence-related Amplified Polymorphism)分子标记技术,对25份来自四川高原的青稞育成品种进行了遗传多样性研究。结果表明:64对引物组合共检测出999条清晰条带,62对可以获得多态性条带,多态性引物组合占96.9%,共产生225条多态性条带,占总条带数的22.5%。64对引物组合共扩增出333种等位变异,平均每个引物组合检测到5.20种等位变异。遗传多样性在0(me9/em14,me9/em15)～0.8928(me6/em18)之间,平均为0.5126。聚类分析结果表明,25份材料可分成A、B、C3大类,材料聚类与其来源地有明显的相关性。25份材料间的平均遗传距离较小(0.3240),平均遗传多样性较低(0.5126),遗传基础较为狭窄。

陆地棉苗期耐盐性的高效鉴定方法

利用2个耐盐和2个盐敏感的陆地棉品种,分别设置对照和4%(40 g L–1)浓度NaCl溶液处理三叶期幼苗,处理72 h后调查盐害指数,测定地上部分鲜重、根鲜重、叶片相对含水量、叶绿素荧光参数、相对电导率、丙二醛含量、抗氧化酶类活性等13个与耐盐性相关的重要指标。利用灰色关联聚类、主成分分析和逐步回归等方法综合评价陆地棉苗期耐盐性,认为最大光化学效率(Fv/Fm)可以作为鉴定陆地棉苗期耐盐性的关键指标,构建耐盐指数(y)方程y=1.943x–0.882(x=最大光化学效率),同时结合另外2个耐盐和2个盐敏感品种所得方程y值对耐盐等级进行划分。进一步利用23个已知耐盐性的品种检验方程,计算结果与田间鉴定结果完全一致。因此选用最大光化学效率作为唯一指标鉴定陆地棉苗期耐盐性,高效准确,同时通过构建方程和划分耐盐等级,为未来大规模陆地棉品种资源耐盐性鉴定提供技术标准和研究基础。

棉花种质资源收集鉴定与创新利用

十二五期间通过对我国西南地区、南海诸岛、及国外野生棉起源中心实地考察和广泛征集,新收集国内外棉花种质资源1220份,其中陆地棉986份、海岛棉176份、亚洲棉58份,所收集种质均已入国家中期库保存。收集的棉花种质资源分别在河南安阳、海南三亚、新疆阿拉尔进行主要农艺经济性状鉴定和特性鉴定。通过SSR(Simple sequence repeat)分子标记、重测序等技术对收集到的种质进行了分子鉴定,筛选到大量与纤维品质、抗黄萎病、抗旱、抗草甘膦显著关联的基因。在收集保存的种质资源基础上,通过辐射诱变、远缘杂交、复合杂交创造出优质、高产、抗逆等优异种质资源。通过展示向全国科研院所及公司发放棉花种质19 191份次。

外源激素对一个新的棉花极端矮化突变体AS98植株生长和酶活性的影响

【目的】探索棉花极端矮化突变体AS98株高性状对不同外源激素的敏感性,进而确定该突变体属于哪种激素缺陷型。【方法】以突变体AS98和正常型品种LHF10W99为材料,用不同浓度的GA3、IAA和BR处理AS98,比较分析不同处理条件下AS98株高、节间长度和叶片数的变化;同时,分析AS98在GA3和PP333处理后,α-淀粉酶活性、POD活性、SOD活性等的变化。【结果】表明没有用激素处理的突变体AS98的平均株高、节间长度、铃重、子指,均显著低于正常基因型LHF10W99,但是其相同时期的叶片数和衣分等性状与LHF10W99差异不显著;100mg·L-1的外源GA3连续处理后,AS98的株高和节间长度明显高于未处理的AS98对照,差异达极显著水平,而且其株高达到了正常基因型对照LHF10W99水平。但不同浓度IAA和BR处理后,AS98株高与未处理的AS98对照相比,差异不显著。回归分析也表明AS98的株高和节间长度与外源GA3具有显著的正相关性,而与外源IAA和BR的相关性不显著。此外,研究还表明GA3能诱导AS98的α-淀粉酶活性提高,降低SOD和POD活性,PP333能诱导AS98的α-淀粉酶活性降低,提高SOD和POD活性。【结论】综上可见,AS98是一个株高极端矮化、叶片为正常阔叶的新型棉花矮化突变体;AS98的株高对GA3敏感,连续用GA3处理可以恢复其株高,而且GA3和PP333均能诱导AS98的α-淀粉酶活性发生敏感性反应,AS98是一个GA3敏感型矮化突变体。

不同棉花种质资源耐热性鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一。中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫。本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状。然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率。不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异。而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性。结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标。

棉花资源收集、保存、评价与利用现状及未来

截至2010年12月,国家棉花种质中期库共保存棉花种质8868份,保存数量居世界第4位,其中陆地棉7362份、陆地棉野生种系350份、海岛棉633份、亚洲棉433份、草棉18份、野生种32份。共编目8503份,上交数据信息系统7527份,入长期库合格7298份,未能入长期库保存种质2194份。完善了繁殖更新技术,繁殖更新种质6550份,2001-2010年,共向704人次提供11507份棉花种质,年均1150份。2007-2010年对330份优异种质在河南安阳、江苏南京、新疆库车进行了精准鉴定,并进行了优异种质展示。近十年,创造了不同基因源且具有优质、专用、多抗、高产、高效等多个重要性状的优异基因聚合的新种质32份,并分别对12份棉花优异种质,从形态学、系谱和分子标记等方面进行了基因源和利用价值的分析,并定位相关基因。用简单重复序列(SSR)、EST-SSR、AFLP等分子标记,结合一种新方法"十进制数字串条形码",构建了优异种质特有的"分子身份证"。

陆地棉幼苗NaCl胁迫下转录因子的转录组学分析

以棉花耐盐种质早熟长绒7号和感盐种质南丹巴地大花为材料,利用转录组测序(RNA-Seq)技术分析2个种质在200 mmol L–1 Na Cl胁迫4 h和24 h后幼苗叶片的转录因子家族及转录因子的表达情况。结果表明,从样本中鉴定出54个转录因子家族的2815个转录因子。盐胁迫4 h后,长绒7号有249个转录因子基因表达发生变化;南丹巴地大花中有261个转录因子基因表达发生变化。在胁迫24 h后,2个种质对盐响应的转录因子数量均剧增。只在耐盐种质长绒7号特异表达的有106个(4 h)和184个(24 h)转录因子基因,对于2个种质共同表达的转录因子有143个(4 h)和282个(24 h)。通过筛选,鉴定出26个与耐盐相关的转录因子家族124个转录因子基因,并采用荧光定量验证转录组数据的准确性。推测高表达的11个转录因子的基因CotAD_66280(HD-ZIP)、CotAD_47058(ERF)、CotAD_18472(G2-like)、CotAD_04289(C2H2)、CotAD_57763(HSF)、CotAD_23656(TCP)、CotAD_02221(ERF)、CotAD_23975(WRKY)、CotAD_54036(MYB)、CotAD_27788(NAC)和CotAD_23815(HSF)有可能与陆地棉抗盐性密切相关,可作为陆地棉耐盐育种的候选基因源。

中棉所48的SSR数字指纹图谱的构建

利用25对核心引物对中棉所48及其亲本进行多态性检测,共有16对引物在2个亲本间具有多态性,其中,有14对引物在两亲本间扩增出大小不同的带,且这些标记位点在F1中均表现为杂合带,为共显性标记;另外2个引物的F1带型与母本或父本一致,为显性标记。以这25对引物在不同材料间扩增得到的01(二进制)数据转换成十进制数据,构建了中棉所48的数字指纹图谱,为杂交种的真伪鉴定和纯度检测提供了方法。为了构建准确、稳定和实用的棉花DNA指纹图谱,指出了需要规范分子标记类型和数量,DNA、Taq酶等试剂数量和质量,统一PCR反应,电泳和染色条件,统一提供标准品种和标准DNA,标准化电泳条带的识别、数据处理方式和编码方式。

我国现存亚洲棉的表型多样性分析

对我国棉花中期库保存的200份不同地理来源的亚洲棉代表性样本进行了表型遗传多样性分析,结果表明,亚洲棉表型多样性丰富,种质间表型性状差异显著或极显著。19个表型性状的Shannon-Wiener多样性指数在0.34～2.15间,其大小依次为:衣分>株高>生育期>铃重>果枝始节=子指>叶枝数>短绒色>黄萎病抗性>茎色>茎毛>叶色>花基红斑>叶形=叶基红斑>花冠色>种子短绒>叶蜜腺>纤维色。不同棉区遗传多样性水平依次为:长江流域>黄河流域>华南>国外。利用软件NYSTS-pc2.20,采用类平均法(UPGMA)对遗传距离矩阵进行聚类分析,结果表明,种质间欧氏距离变幅为0.85～11.72,平均5.92。当阈值为5.48时200份种质可聚为绿色阔叶、红叶、鸡脚叶、棕絮、早熟、晚熟、大铃、高衣分等16种形态类型;筛选出8份表型特异种质。种质间遗传距离与地理距离没有必然联系。

陆地棉矮秆突变体株高和纤维品质的QTL定位及相关性研究

Ari1327是美国引进种质Ari971经60Coγ射线照射后得到的矮化突变体,以陆地棉遗传标准系TM-1为母本和Ari1327组配杂交组合,利用该组合产生的F2群体对株高和纤维品质性状进行QTL分析,共检测到4个与株高相关的QTL,分别位于Chr.3、Chr.11、Chr.14和LG6上,4个位点可解释的联合表型贡献率达74.53%;6个与纤维品质性状相关的QTL,其中2个与比强度相关,分别位于Chr.23和LG5上,其表型贡献率分别为4.85%和9.85%;1个与马克隆值相关的QTL位于LG3上,其表型贡献率为7.28%;与纤维长度、整齐度和伸长率相关的QTL均为1个,集中在LG5上,表型贡献率分别为9.86%、28.35%和28.26%。对株高和纤维品质5项指标进行相关分析,结果表明株高和纤维品质间的相关系数数值较小,未达显著水平,这说明株高和纤维品质在遗传上可能关系不大,这为株高和纤维品质的同步改良提供了理论依据。

引进海岛棉种质的SSR遗传多样性分析

本文利用95对SSR分子标记多对来自于前俄罗斯的33分海岛棉，以及5份来自埃及，1份来自美国，1份来自阿尔巴尼亚，9份来自新疆，7份来自国内云南，江苏，等地共56份海岛棉进行遗传多样性分析，结果如下：95对SSR引物在56个海岛棉品种中共测出了384个等位基因，其中多态性等位基因296个，占77.1%。每对引物等位基因变幅是2~9个，平均为4.1个。基因型多样性指数（H）在0.035~2.931之间，平均为0.879。Shannon信息指数（I）在0.09~4.417之间，平均为1.363 。各指数的趋势一致。95对SSR引物的多态性信息含量PIC变幅为0.035~ 0. 926,平均为0.698。56份海岛棉品种两两间的相似系数,分布在0.585~0.952之间，主要集中在0.6~ 0.8之间，占整个数据的97%，平均遗传相似系数为0.7。从整体上来看，56份海岛棉的遗传相似系数较高.从聚类图上可以看出，以遗传距离为0.69为标准，56份海岛棉品种可分为4类。第1类主要是前苏联海岛棉为主的27份品种，其中来自埃及的吉扎77和来自 美国的派字棉以及中239都归到了这一类。第二类稍微复杂，但主要是以来自新疆的6份海岛棉和来自埃及的吉扎系列的4份为主。第3类包括8个品种，主要是来自于前苏联的6个品种和来自于新疆的巴3116和河北的冀B91-45.第4类只有一个来自于前苏联的L-8007，独自成一类。研究结果再次说明SSR 作为一种共显性标记,尤为适用于海岛棉及其亲本的系谱分析及鉴定。因而, SSR标记技术可以为海岛棉育种实践工作中的亲本选配,提供可靠的分子水平上的依据。

激素对陆地棉矮化突变体AS98的生理影响

分别用外源激素GA3、BR和IAA处理棉花极端矮化突变体AS98,比较分析突变体内源激素GA、IAA、ZR和ABA的含量、α-淀粉酶、POD和SOD活性变化,探索该矮化突变体的矮化机理。结果显示,施用外源GA3能显著增加AS98叶片GA、IAA、ZR和ABA的含量,GA的相对变化值(VR)为60.4%～64.5%,IAA的VR为6.8%～12.3%,ZR的VR为11.7%～30.7%,ABA的VR为45.7%～82.3%;低浓度外源IAA对AS98的内源GA和IAA的合成具有一定的促进作用,其VR分别为49%和0.67%,外源IAA对ZR的合成具有抑制效应,其VR为-21.5%～-30.2%,对ABA的合成具有一定的促进效应,其VR为5.1%～35.4%;外源BR对AS98的内源GA和ABA的合成具有促进作用,其VR分别为25.3%～30.4%和3.0%～65.6%,对ZR的合成具有抑制作用,其VR为-32.1%～-40.9%,而对IAA的合成具有明显的浓度效应,低浓度促进IAA合成,高浓度抑制IAA合成。外源GA3对AS98的α-淀粉酶活性影响具有浓度效应,低浓度具有促进作用,0.3μmol/L的GA3使α-淀粉酶活性提高82%。PP333对α-淀粉酶活性具有抑制作用,1.2μmol/L的PP333使α-淀粉酶活性降低42%,而且PP333对α-淀粉酶活性的抑制作用可以通过施用GA3得到恢复。PP333对SOD活性有促进作用,1.5μmol/LPP333SOD活性提高35%,而GA3对SOD活性具有抑制作用,1.5μmol/L使SOD活性降低48%。结果表明,AS98是一个GA缺陷型矮化突变体,施用外源GA3能使促进和抑制生长的内源激素显著增加,同时,使α-淀粉酶活性增加,POD和SOD活性降低,而PP333对α-淀粉酶活性的抑制作用可以通过施用GA3得到恢复。

大铃棉中棉所48主要经济性状的QTL定位分析

利用4961对SSR引物对中棉所48的2个亲本进行多态性筛选,结果筛选到71对条带清晰、稳定性好的多态性引物,利用这些引物对261个F2群体进行扩增构建连锁图,获得了包含有49个标记位点的14个连锁群,共覆盖498.7 cM,约占棉花总基因组10.0%的遗传图谱。采用WinQTL Cartographer 2.5的复合区间作图法(C IM),对F2群体的铃重、衣分及纤维品质进行分析,共检测到11个稳定的QTLs,其中铃重2个、衣分4个、纤维整齐度2个、纤维细度2个、纤维伸长率1个。这些稳定表达的QTLs能解释较大的表型变异,可用于纤维品质及产量性状的标记辅助选择,也可为大铃、优质棉的分子标记辅助选择,改良、提高大铃基因的选择效率,提供理论依据。

不同棉花种质资源耐热性苗期鉴定

高温是非常严重的环境灾害之一,严重影响棉花的产量。本试验将不同棉花种质资源田间高温表现和幼苗高温条件下的生理生化变化相结合,建立苗期快速鉴定不同棉花种质资源耐热性的体系。首先鉴定了南丹巴地大花、常抗棉、早熟长绒、岱字棉55田间蕾铃脱落率、不孕籽率,三叶期48℃处理8h的幼苗萎蔫率、花粉相对萌发率(40℃),以确定种质的耐热性。然后测定不同苗龄期不同温度处理下这4份种质的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸、抗坏血酸过氧化物酶、还原型谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶、丙二醛、相对电导率和叶绿素含量。发现这10种指标在不同耐热性种质中存在着极显著的差异。并初步筛选出三叶期,40℃处理下的抗坏血酸过氧化物酶、相对电导率、过氧化物酶、丙二醛和过氧化氢酶为苗期鉴定指标。同时用15份不同的棉花种质资源来验证这5个指标。最后结合三叶期的幼苗萎蔫率,建立了以三叶期40℃处理抗坏血酸过氧化物酶、相对电导率和萎蔫率为指标的棉花耐热性苗期鉴定方法。

不同天然彩色棉纤维品质和纤维超微结构的差异

对不同品种彩色棉纤维品质、纤维素含量、蜡质含量研究结果表明,纤维素含量越高、蜡质含量越少,纤维品质越好;同时电镜检测结果发现,棕色棉和绿色棉纤维中色素分布位置具有较明显差异,细胞中色素含量越少,纤维品质越好。从总体材料来看,绿色棉纤维品质总体最差,个别经过改良的棕色棉纤维品质已经达到甚至超过对照白棉;棕色棉纤维品质可能和其色泽深度有关系,颜色越浅纤维品质越好,这可能是因为与白色棉杂交改良的结果。

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经60Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA3和ABA含量高于野生型,外施GA3能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。

亚洲棉种质资源的SSR遗传多样性分析

对我国棉花中期库保存的200份不同地理来源的亚洲棉代表性样本进行了SSR遗传多样性分析,结果表明:亚洲棉分子水平的遗传多样性较高。83个多态性位点共检测到368个等位基因变异,其中多态性的等位基因数为329个,平均每个SSR位点3.964个。位点多态性信息量(PIC)变幅为0.010～0.882,平均0.578,PIC值大于0.7的标记有33个(占39.8%)。基因多样性(H′)变幅为0.031～2.163,有效等位基因数(Ne)变幅为1.010～8.496。华南棉区基因遗传多样性最高,其次为长江流域棉区、黄河流域棉区,从理论上支持被广泛接受的亚洲棉在我国的传播路线是由南到北,华南棉区是中棉种系的遗传多样性富集中心。利用软件NYSTS-pc2.20,采用类平均法(UPGMA)进行聚类分析,种质间SSR相似系数变幅为0.58～0.997,平均0.745,在阈值0.73处200份亚洲棉聚为8个类群,贵池小子棉白子单独聚为一群,与其他种质遗传距离较远。遗传距离和地理距离没有必然联系,但种质间亲缘关系处于极端远或极端近时,则地理距离一般也趋于较远或较近。

青藏高原青稞品种醇溶蛋白的遗传多样性

利用A-PAGE(acid-polyacrylamide gel electrophoresis)法对来自中国青藏高原地区67份青稞品种进行了醇溶蛋白位点的遗传多样性研究。共分离出29条相对迁移率不同的条带,多态性为100%。所有材料在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ醇溶蛋白位点分别发现了36、46和7种等位变异类型,总变异数以四川材料为最高,甘肃材料为最少,等位变异类型频率在地区间的分布存在显著或极显著差异。4个青稞群体醇溶蛋白Ⅰ、Ⅱ位点的遗传多样性均略大于Ⅲ位点的遗传多样性,4个地区材料的平均遗传多样性无显著性差异。聚类分析结果表明,67份材料可分成A、B、C、D、E、F、G和H8类,材料聚类与其生长的地区有明显的相关性。

棉花种质资源光子性状的遗传分析

文章利用来源于不同国家和地区的102份陆地棉材料和85份海岛棉材料分别与陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉毛子品种新海13号杂交,得到陆地棉和海岛棉两种F_1群体,同时从陆地棉F_1群体中随机选取呈隐性性状的材料"库光子"、"SA65"和"陆无絮"后代,配制3个F_2分离群体,用于进一步研究陆地棉和海岛棉光子性状遗传特征。结果表明:(1)同一材料种植于不同生态区,其种子短绒多少存在变化,新疆和海南要少于安阳,说明棉花短绒多少和生态环境有关系;(2)陆地棉光子材料中26份(25.49%)呈显性遗传,8份(7.84%)呈不完全显性遗传,22(21.57%)份呈隐性遗传;海岛棉光子材料中5份(5.88%)呈显性遗传,16份(18.82%)呈部分显性遗传,9份(10.59%)呈隐性遗传。其余为隐性性状或显性性状不明显材料和毛子材料;(3)库光子的光子性状由两对隐性等位基因控制,并且有互补效应;陆无絮的光子性状由两对隐性等位基因控制,基因间呈积加作用;SA65的光子性状由单隐性基因控制。大量光子材料的初步鉴定为深入研究棉花纤维发育和育种利用提供了基础材料和理论依据。

棉花极端矮化突变体AS98性状与分子标记分析

AS98是从一个棉花海陆种间杂交后代中发现的自然突变体,该突变体株高极端矮化,株高仅为25.6cm,叶片为正常阔叶。但是与正常棉花品种LHF10W99比,AS98的铃重、籽指显著减小,净光合速率降低,分别降低68.88%、49.45%和29.69%;遗传分析表明AS98的极端矮化性状受一对不完全显性基因控制;利用SSR和AFLP分子标记方法,以AS98与正常型品种LHF10W99杂交的F2分离群体为分子标记群体,发现一个与该极端矮化性状连锁的SSR标记(GH537)和一个AFLP标记E4M13(E-ACA,M-CGA),与AS98的矮化性状的遗传距离分别为4.9cM和9.7cM。通过对其农艺性状及其分子标记定位研究,可为该材料在棉花育种的应用提供理论指导。