小麦四个抗白粉病基因的KASP标记检测

为提高Pm13的检测效率,了解Pm21、PmV、Pm12和Pm13共4个小麦抗白粉病基因在山东小麦育种中的利用情况,本研究通过测序和引物设计成功转化了Pm13的KASP标记,并采用4个基因的KASP标记对2022—2023年山东省小麦高产区试组和强筋区试组的140份参试品系和2份区试对照品种进行检测,结果显示140份材料均不含上述4个基因,表明它们在山东小麦育种中应用较少。本研究可为利用KASP标记开展小麦抗白粉病基因的分子标记辅助选择提供参考,促进其育种应用。

2019—2020山东小麦区试品系55个基因的 等位基因分布

为分析2019—2020年山东省小麦区试参试品系携带优异等位基因情况,利用产量、品质、抗性、开花期等55个基因的64个竞争性等位基因特异性聚合酶链式反应(KASP)标记对126份参试品系进行分子标记检测。结果表明,90%以上KASP标记具有较好的分型结果,可高效地进行基因型鉴定。20个基因的优异等位基因频率高于80%,包括Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1、Ppd-A1、Ppd-B1、Ppd-D1、Psy-D1、GluA3g、Rht-D1、Pinb-D1、TaCwi-A1-1、TaGW2-6B、TaSus1-7B、TaGASR7-A1、1-feh-w3、TaDreb-B1、PRRA1、PRR-B1、TaFT3-B1和TaMOT1-D1;26个基因的优异等位基因频率低于30%,包括Vp1-B1、Ppo-D1、TaPds-B1、Zds-A1、TEF-7A、Lr46、Glu-B3g、TaGS5-A1、TaCwi-4A、1B/1R、Rht-B1、Lr68、TaELF3-B1、Pina-D1、Sbwm1、TaPHS1、Pm21、COMT-3B、TaCKX-D1、TaSdr-B1、Pch1、Lr34、Yr15、Fhb1、TaMoc-7A和TaGS-D1,其中TaMoc-7A、Lr34、Fhb1、Pch1、Yr15和TaSdr-B1未检测到优异等位基因;9个基因的优异等位基因频率介于30%~80%,包括Pinb2-V、TaPod-A1、Lox-B1、Glu-A1、Glu-D1、TaGS2-B1、TaGW2-6A、TaSus1-7A和Lr14a。55个基因的优异等位基因型占比呈两极分化趋势。所有参试品系中仅济农CH03、CG086和济农CH01分别携带TaCKX-D1、Pm21和COMT-3B基因的优异等位基因,可作为基因供体用于粒重、抗白粉病和茎秆木质素含量改良和品种选育。本研究明确了126份参试品系的基因型信息,基本摸清了山东参试小麦品系在重要农艺性状基因上的等位基因分布特征,为分子标记辅助选择奠定了基础。

31份小麦材料中抗旱基因的KASP检测

为明确小麦材料中抗旱相关基因的组成,利用已报道的29个标记(11个新转化的KASP标记以及已报道的18个KASP标记),对16份抗旱小麦品种和15份高产小麦品种进行KASP检测。结果表明,多数基因位点在抗旱小麦品种和高产小麦品种间的优异等位基因数目无明显差别;TaPYL1-1B、Wcor14-2B、TaSRL1-4A、TaSnRK2.3-1A、QTDW.caas-6BL位点的优异等位基因在旱地品种中占比较高,而TaWRKY51-2B和TaSnRK2.4-3A位点的优异等位基因仅存在于抗旱品种中,前者的供体材料为晋麦47、晋麦92和晋麦101,后者的供体材料为济麦379。

YS型小麦温敏雄性不育系A3017控温条件下的花粉育性比较

为了研究温敏不育系在可育和不育温度条件下的花粉发育情况，通过人工控温的方法对YS型小麦温敏不育系A3017-310和A3017-312减数分裂期分别处在不育和可育温度条件下的花粉育性进行了分析．结果表明，不育温度条件（12～16℃）下，花粉粒多数败育，I2-KI染色不着色，染色不均匀，约1／3花粉粒发育至单核中后期或双核早期发生败育，大部分花粉粒发育到二核后期或三核期发生败育（染败），两个系的花粉粒碘染败育率分别为98．7％和99．0％，花粉萌发势分别为0．7％和0．5％，花药不开裂、不散粉，自交结实率均为0；可育温度条件下（正常分蘖穗为18～22℃，再生分蘖穗为20～25℃），花粉粒多数正常，花药能正常开裂、散粉，花粉粒在这两种可育温度条件下碘染的败育率无差异，均约为20％．花粉萌发势随温度升高而增加，A3017—310由60．7％增为71.5％。A3017-312由27．4％提高为63．1％;自交结实率（国际法）为34．6％～113．7％。A3017—310和A3017—312株系来源于同一组合的F6代，它们在不同的可育条件下，育性恢复程度有所不同，表明YS型温敏不育系在育性转换为可育后控制自交结实的遗传机制较为复杂。

YS型小麦温敏雄性不育系A3017育性相关基因的SSH分析

以人工气候箱控温条件下YS型小麦温敏不育系A3017的不育幼穗和可育幼穗为材料,分别构建了不育和可育条件下基因特异表达的抑制消减杂交cDNA文库.在两个库中分别随机挑选100个阳性克隆进行测序,经BLAST序列比对分析,共获功能已知的EST 78条.比较发现,不育条件下与细胞质相关的基因表达数量(63.4%)远高于可育条件下的基因数量(35.1%),参与蛋白质合成、蛋白质修饰/加工/储藏、转运和信号传递过程基因的比例也均高于可育条件下的,而参与能量代谢过程基因的比例则明显偏低.分析认为,在不育和可育条件下的基因表达差异可能是导致温敏雄性不育系育性变化的关键,这为进一步从分子基础上揭示YS型小麦温敏雄性不育系育性转换机制奠定了基础.

YS型小麦温敏不育系育性转换基因的cDNA-AFLP分析

对YS型小麦温敏雄性不育系A3017不育与可育条件下不同发育时期的幼穗提取mRNA,进行cDNA- AFLP表达差异分析,64对引物组合获得差异片段1160个。统计分析表明,单核期表达的差异片段数最多,认为这一时期是育性转换的关键时期。对其中12个在不育或可育条件下表达的差异片段进行同收、克隆、测序,经 BLAST序列比对分析表明,可育条件下的4个EST与物质转运和能量代谢过程的铁转运蛋白1和ATP合酶α亚基,基因表达调控的反转录转座子跳跃多聚蛋白和转座子相似序列同源。不育条件下有5个EST与细胞内信号传导的ZCCT转录因子和光敏色素蛋白,基因表达调控的转座酶、染色体浓缩因子和亮氨酸富集蛋白的编码基因同源。结果表明YS型小麦温敏雄性不育系A3017的育性转换与细胞内基因表达调控、物质和能量代谢及信号传导过程有关。

小麦幼胚培养技术及其应用的研究进展

综述了影响幼胚培养的因素、愈伤组织的内部结构与生化代谢 ,以及小麦幼胚培养在远缘杂交育种。

干旱和复水条件下小麦叶片TaNCED1表达与ABA积累的关系

NCED基因是ABA生物合成过程中的关键限速酶。为给小麦耐旱性研究及耐旱新品种选育提供理论依据,本研究以8个抗旱性不同的小麦品种为材料,研究干旱胁迫和复水过程中小麦叶片 TaNCED1表达水平和ABA含量对水分变化的响应。结果表明,在干旱胁迫过程中, TaNCED1的表达水平和ABA的积累呈现先增后降的变化趋势,品种间 TaNCED1的表达水平存在明显差异。济麦22、郑麦366等5个品种 TaNCED1的表达水平呈现明显的单峰曲线,而鲁麦21、临旱2号等3个品种呈现明显的双峰曲线,而且不同材料间 TaNCED1表达量达到最高值的时间也存在差异。在复水过程中,除临旱2号外,其余7个小麦材料的 TaNCED1表达均表现为先快速下降,之后缓慢上升的"V"字形变化趋势。整个水分胁迫和复水处理过程中,ABA含量的变化较为平缓,除临旱2号外, TaNCED1的相对表达量与ABA相对含量之间均都符合y=aln(x)+b的对数关系,且品种之间 TaNCED1对ABA的影响程度存在较明显的差异。分析认为,可以将 TaNCED1作为重要的水分胁迫响应基因应用于小麦抗旱育种和抗旱理论研究。

tae-miR167d及靶基因ARF12在小麦中的表达模式分析

本研究通过分析tae-miR167d及其靶基因ARF12在小麦品种济麦22和西农889相同时期不同器官和不同时期相同器官中的表达水平,以及冷胁迫前后8个小麦品种叶片和幼穗中表达水平,以明确tae-miR167d及其靶基因ARF12在小麦中的表达时空分布情况以及不同品种中冷胁迫前后的变化趋势。结果表明,在济麦22和西农889相同发育时期的叶片、叶鞘、茎和幼穗中tae-miR167d和ARF12的表达水平不同,并且随着发育时期的变化,tae-miR167d和ARF12的表达水平也发生变化。分析8个品种正常条件和冷胁迫下叶片和幼穗中tae-miR167d和ARF12的表达情况,发现除临麦4号的幼穗及周麦22和濮麦053的叶片以外,其余品种的叶片和幼穗中tae-miR167d和ARF12表达呈负调控关系;以济麦22的叶片和幼穗为参照,发现多数情况下,叶片中tae-miR167d的表达量低于ARF12,而幼穗中tae-miR167d的表达量高于ARF12。上述结果表明,在小麦的发育过程中,tae-miR167d和ARF12表达水平在不同器官和不同发育时期处于动态变化中,受到冷胁迫后二者呈负调控关系。

棉株不同器官中几种内源激素的变化及相关关系

本试验以转Bt基因抗虫棉GK 1 2为试材 ,研究不同生育期棉花幼叶、功能叶、衰老叶片、根组织和伤流中内源激素的变化。结果表明 :①细胞分裂素两组分iPA +iP和ZR +Z对叶片、根系建构及功能的调控作用是协同互补关系 ,在幼叶、功能叶、衰老叶片和根组织中iPA +iP和ZR +Z的含量变化趋势相反。iPA +iP和ZR +Z均呈单峰曲线变化趋势 ,其中iPA +iP开口向下 ,ZR +Z则开口向上。②赤霉素两组分GA3 和GA4在幼叶、功能叶、衰老叶片和根组织中的变化趋势相似 ,其中GA3 主要调控着根系和叶片的建构与功能 ,GA4参与调控叶片的衰老。③IAA和ABA在幼叶、功能叶、衰老叶片和根组织中的变化趋势不一致。盛花期之后 ,幼叶和功能叶片中的IAA和ABA含量上升 ,衰老叶片和根组织中的含量下降。ABA启动叶片和根系的衰老过程 ,启动后ABA含量下降。④伤流液中iPA +iP、ZR +Z、GA3 、GA4、IAA和ABA的变化动态均呈单峰曲线。

糜子抗旱及复水相关基因的cDNA-AFLP差异显示

以糜子抗旱种质为实验材料,采用cDNA-AFLP技术分析四叶期糜子幼苗叶片在干旱、复水与对照等条件下的基因表达差异。选取了36个引物组合(6个荧光标记TaqⅠ引物×6个非荧光标记MseⅠ引物)进行选择性扩增,结果表明,这些引物组合都有很好的扩增效果,在三种处理之间均能扩增出表达模式不同的差异片段。随机选取了8个干旱特有和4个复水特有的差异片段进行了克隆测序。利用NCBI的Blastn进行序列的dbEST比对结果表明,12个EST序列中有2个分别与小麦、玉米的EST序列有较高的相似性,其余10个与已知EST序列的同源性都很低,可能为新的糜子抗旱相关基因。用Blastx与Genebank的非冗余蛋白数据库进行比较结果表明,其中的一个序列(DR007245)与N-乙酰葡萄糖胺-N-乙酰胞壁酸五肽(UDP-N-acetylglucosamine--N-acetylmuramyl-(Pentapeptide))的同源性较高,两个序列(DR007249,DR007250)与水稻的反转录转座子蛋白具有较高的同源性,反转录转座蛋白在植物抗旱、耐盐等抗逆境方面有重要作用。另外还有两个序列(DR007251,DR007252)与两种假定蛋白同源性较高。

一个与小麦雄性不育育性转换相关的MADS-box转录因子基因

为了揭示YS型小麦温敏雄性不育育性转换的基础,构建了该类型不育系A3017的不育和可育幼穗正、反杂交的两个SSH-cDNA文库。经文库比较,在不育文库中筛选出一个与MADS-box基因同源的EST序列(GenBank登录号:36925702)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据,设计引物对该基因在可育和不育幼穗中的表达进行了RT-PCR分析,结果表明,该基因在不育幼穗中表达量较高,可育幼穗中表达量很低。对不育幼穗中扩增出的cDNA片段进行克隆测序,获得了666bp的cDNA序列。序列分析表明,该片段编码160个氨基酸,具有MADS-box转录因子的典型结构域K-box,被定名为TaMS-MADSbox,与一个小麦MADSbox转录因子基因WAG的氨基酸序列的相似性为94%。进一步以3种不同类型的小麦雄性不育系和保持系的幼穗cDNA为材料,利用半定量RT-PCR对该基因的表达模式分析发现也存在类似差异,该基因在不育系幼穗中表达量较高,而保持系幼穗中表达量较低。以上分析表明,该MADS-box转录因子基因的表达与小麦雄性不育系的育性转化相关,表达量高时表现雄性不育,表达量低时表现雄性可育。

条锈菌诱导的抗锈小麦种质的基因表达分析

以条锈菌接种前后的抗条锈病种质N 95175的小麦幼苗叶片为材料,利用抑制消减杂交技术,构建了条锈菌接种初期小麦抗性种质叶片的SSH-cDNA文库。通过对文库中随机选取的50个阳性克隆提取质粒,进行测序,共获得已知功能的EST序列14条,如蛋白激酶、锌指蛋白、细胞色素P 450和OM T 1等抗病相关基因,它们涉及植物的信号传导、转录调控、丙烷代谢途径及防卫反应等方面。

小麦四个多效抗病基因的分子检测

锈病和白粉病是小麦的主要病害,目前小麦中已发现的多效抗病基因有四个,包括Lr34/Yr18/Pm38/Sr57、Lr27/Yr30/Sr2、Lr46/Yr29/Pm39/Sr58和Lr67/Yr46/Pm46/Sr55,这些基因在我国的利用程度不高。为了明确这4个多效抗病基因用于育种的情况,本研究对来自世界各国的367个小麦品种(系)进行了分子标记检测。在所有检测的材料中,有174份材料至少携带1个多效抗病基因,其中携带Lr34的有23份,携带Sr2的有12份,携带Lr46的有138份,携带Lr67的仅有对照品种;有8份材料携带2个基因,分别是郑麦9023、西农1376、德抗961、Pavon76、TX03A0148、lasen、MV LAURA和Mason/Jagger;仅有Aca 801携带3个基因。

拟南芥和烟草幼嫩种子RNA不同提取方法的比较

拟南芥和烟草在植物分子生物学研究中都占有非常重要的地位，为了后续试验的顺利进行，欲探索适合提取拟南芥及烟草幼嫩种子总RNA的经济快捷的方法。采用4种方法分别对拟南芥和烟草幼嫩种子的总RNA进行了提取和分析，3种方法所提取的总RNA均能满足一般的下游操作。Trizol法提取的RNA质量低。CTAB-异丙醇法提取的总RNA产量最高，并具有提取步骤少，操作时间短，价格便宜等优点，可用于大量样品提取；百泰克试剂盒提取时间短，可在常温下操作；CTAB—LiCl法提取的总RNA基本无基因组DNA的污染，但是不利于小分子RNA的沉淀。经紫外分光光度计检测，3种方法提取的总RNAOD260/OD230。均在1．80～1．97，表明蛋白质及其他有机溶剂的污染很少，OD260/OD230在2．03～2．37，表明盐类小分子的污染也较少；电泳检测28SrRNA和18SrRNA条带清晰，28SrRNA的亮度基本为18SrRNA的2倍。所提取的总RNA质量较高。将CTAB．异丙醇法提取的拟南芥总RNA用于反转录，可获得高质量的cDNA，dscDNA清晰的分布在100~3000bp之间。

来自莫迦小麦(T. macha)的T型恢复基因Rf3和K型不育基因rfv1的SSR标记分析

为了建立非1B/1R类型K型小麦细胞质雄性不育系的分子标记辅助选育技术体系,对基础遗传材料Tm3314来自莫迦小麦1BS染色体的T型恢复基因Rf3和K型不育基因rfv1进行了分子标记定位。以Tm3314和T型不育系T504A的杂交F2代作为定位群体,利用分离集团分析法(BSA),从1BS染色体上10对SSR引物中筛选出与目的基因连锁的2个SSR标记Xbarc8和Xgwm18。然后结合(T504A/Tm3314)F2群体在T型细胞质下的育性分离情况和F2可育株与K型不育系K119A测交所得的K型细胞质下的育性结果,运用Mapmaker 3.0b软件进行连锁分析,结果表明,Xbarc8和Xgwm18与Rf3基因的遗传距离分别为5.5 cM和8.1 cM,与rfv1基因的遗传距离分别为22.2 cM和19.6 cM,且2个SSR标记位于两个育性基因之间。

小麦雄性不育育性转换相关基因TaG3BP的克隆与表达分析

为揭示YS型小麦温敏雄性不育的育性转换基础,以该类型不育系A3017不育幼穗和可育幼穗为材料构建正、反杂交SSH-cDNA文库,从可育文库中筛选出一个与G3BP(Ras-GTPase activating protein SH3 domain-binding protein)基因同源的EST序列(GenBank登录号为DY543200)。以该EST序列的同源性比对和拼接结果为依据设计引物,在可育幼穗中扩增出一条1230bp的cDNA序列。该片段含有与G3BP相似的由409个氨基酸组成的结构域,与水稻G3BP的氨基酸序列同源性为79%,被命名为TaG3BP(GenBank登录号为GU475149)。利用Real-time PCR检测TaG3BP基因在YS型小麦温敏雄性不育系花药发育各时期中的表达模式,发现该基因在育性转换的关键时期上调表达,且可育条件下的表达量高于同时期不育条件下的表达量。进一步对TaG3BP在3种不同类型的小麦K型雄性不育材料的不育系及其保持系的幼穗中的表达模式进行半定量RT-PCR分析,结果该基因在保持系幼穗中表达量较高,在不育系中表达量较低。表明该基因可能在其育性转换中具有重要作用。

小麦春季抗寒性研究进展

近年来气候异常现象频繁发生,春季低温冻害已成为影响小麦生产的限制因素之一。关于小麦春季抗寒性已开展大量研究,并取得一定进展。本文根据国内外相关研究报道分别从小麦对倒春寒敏感期的鉴定、响应倒春寒的生理生化、倒春寒对小麦产量及其构成因素的影响、小麦春季抗寒性分子生物学研究等方面进行概述,并据此探讨了此领域研究中存在的问题及今后可能的研究思路。

小麦几个多效抗病基因的利用现状及展望

小麦是中国最重要的粮食作物之一,对全球粮食安全有重要意义。锈病和白粉病是小麦的毁灭性病害。小麦多效抗病基因在成株期同时对上述病害具有持久抗性,将其用于小麦抗病育种有积极作用。目前,已发现4个小麦多效抗病基因,这些基因主要来源于国外春麦品种,但单个基因的抗病效应较小,聚合多基因可以提高抗病效果。已有研究显示,同时含有2个以上多效抗病基因的小麦品种(品系)仍较少,据此,本文对几个小麦多效抗病基因的利用现状进行综述,并对其成因进行分析,以期为今后多效抗病基因资源的利用提供参考。

药隔期低温对小麦生长发育的影响

选用6个冬小麦品种为材料,采用人工气候室盆栽和药隔期低温胁迫的方法,研究药隔期低温对冬小麦生长发育和穗部结实率的影响。结果显示,药隔期-2℃低温胁迫24 h和48 h对小麦的生长状态、结实率及千粒重均有不同程度的影响,低温胁迫24 h大部分品种结实率降低不明显,胁迫48 h降低幅度明显增大,表明-2℃低温胁迫时间越长,小麦受害越重。根据结实率的变化判定,6个品种的耐倒春寒能力表现为济麦22、临麦4号﹥烟农19﹥鲁原502、济南17和周麦18。