超声波处理对中棉113种子萌发和幼苗生长发育的影响

超声波处理可以促进种子萌发、提高陈旧种子发芽率,调控作物产量和品质。本研究旨在通过分析超声波处理对棉花种子萌发和幼苗生物量的影响,明确超声波处理对棉花种子萌发和幼苗生长发育的调控效应。以中棉113为试验材料,用频率40 kHz、功率200 W的超声波清洗器对中棉113的种子进行不同时间(20 min、30 min、40 min)处理,通过统计发芽率、发芽势、发芽指数和胚根长度,明确超声波处理调控种子萌发的适宜时间;通过调查和测定超声波处理后种子的出苗情况和两叶一心期材料的鲜物质质量和干物质质量,评估超声波处理对幼苗生长发育的影响。研究表明,超声波处理的种子发芽势和发芽指数显著高于对照组,随处理时间延长呈先上升后下降的趋势,其中超声波处理30 min的最高,且该处理种子胚根长度显著增长,出苗状况最佳。超声波处理后,种子出苗加快,两叶一心期幼苗鲜物质质量和干物质质量均显著提高。研究明确了适宜条件的超声波处理对中棉113种子萌发和幼苗生长发育具有促进作用,其中30 min为频率40 kHz、功率200 W的超声波的适宜处理时间。这些结果可为超声波技术在棉花生产实践中的应用提供科学依据。

棉花功能基因图位克隆的研究进展

图位克隆是鉴定特定表型变异遗传基础的经典有效策略。棉花功能基因图位克隆,对育种工作者创新利用种质资源、培育和定向设计新品种、提高育种效率有重要指导作用。近年来,随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉等基因组测序的完成和不断完善,基因的物理位置信息已知,省去了筛选基因组文库和构建候选区段物理图谱的过程,棉花功能基因图位克隆研究进入快速发展期。2016年,利用正向遗传学方法首次图位克隆了陆地棉显性无腺体Gl2e(GoPGF),目前已有20个质量性状基因和5个数量性状基因通过图位克隆策略鉴定。本文从基因符号、名称、染色体定位、候选基因等方面系统综述棉花纤维、腺体、蜜腺、叶型、株型、植株颜色、育性等性状相关图位克隆基因;并从图位克隆作图群体和集团分离分析法测序(bulked segregate analysis-sequencing,BSA-seq)应用等方面系统综述图位克隆策略。随着基因组测序技术的升级、测序成本的降低、BSA-seq等新方法的应用,图位克隆发展更加快速准确。利用转基因和基因组编辑技术对基因功能开展全面系统的鉴定评价,将为棉花分子设计育种提供理论基础和基因资源,加快棉花遗传改良进程。

棉花窄卷苞叶基因fg的精细定位

【目的】窄卷苞叶可以减少棉花苞叶碎屑的附着,有助于降低机采棉含杂率。对棉花窄卷苞叶基因fg进行精细定位,为该基因的图位克隆和育种利用提供参考。【方法】以陆地棉T582为母本,分别与父本陆地棉TM-1、海岛棉3-79杂交构建2个F2分离群体;其中群体1(T582×TM-1)包含370个单株,群体2(T582×3-79)包含2667个单株。根据TM-1和3-79参考基因组数据,利用开发的插入缺失(insertion-deletion,Indel)标记对fg进行精细定位。利用棉花功能基因组学和多组学数据,对定位区间内的基因进行功能注释及表达模式分析。【结果】遗传分析结果表明,棉花窄卷苞叶由隐性单基因控制。在前人对fg基因初定位的基础上,进一步将窄卷苞叶基因fg定位在A03染色体分子标记M3与M4之间,区间大小为188 kb。预测定位区间内有14个注释的功能基因。其中,Gh_A03G021700、Gh_A03G021900、Gh_A03G022600和Gh_A03G022700基因在花萼、副萼中的表达量较高。【结论】棉花窄卷苞叶fg基因被精细定位在A03染色体188 kb区间内,并初步分析了定位区间内的14个候选基因,为该基因的图位克隆奠定了基础。

北方冬麦区与黄淮北片优良小麦品种(系)耐热性评价

为筛选小麦耐热种质资源,在开花后15d开始覆盖塑料大棚,模拟高温胁迫,对来自我国北方冬麦区和黄淮北片主推的53个小麦品种(系)的千粒重热感指数、容重热感指数、几何平均产量进行分析,并以耐热品种TAM107为对照,结合苗期细胞膜热稳定性对参试材料的耐热性进行评价。结果表明,在三年(2008-2011)试验中,千粒重热感指数均小于1的品种(系)有9个(05CA306、京冬8号、邯6228、衡6632、农大3492、农大3432、济麦19、农大212和衡4399),容重热感指数均小于1的品种(系)有8个(衡观216、农大3492、农大413、京冬8号、山农2149、农大212、衡6632和济麦19)。依据参试品种(系)在3年的几何平均产量及热感指数的结果,农大212、农大3492、京冬8号、济麦19、衡6632、农大413、山农2149和衡观216可作为耐热高产品种(系)在生产上推广应用。利用细胞膜热稳定性筛选出44个苗期耐热性好的品种(系)。综合细胞膜热稳定性法及田间评价结果,农大212、衡6632、农大3492、济麦19、农大413、山农2149和衡观216为耐热性较好的品种(系)。

棉花形态性状质量遗传分析与基因定位研究进展

棉花质量性状的遗传分析和基因定位,对棉花育种工作者设计和培育新品种,提高育种效率,创新种质资源都有重要指导作用。棉花质量性状的研究始于20世纪初期,但都是基于形态上的观察。近年来,棉花基因组学研究的不断深入和分子标记遗传图谱的不断完善,为定位克隆棉花重要质量性状基因提供了便利。迄今为止,研究人员已对大部分质量性状基因进行了遗传连锁分析或染色体定位,其中部分质量性状的候选基因也已被鉴定出来。本文主要从质量性状遗传分析、分子标记定位和候选基因克隆几个方面系统地综述了植株颜色、叶片颜色、叶型、苞叶、花、蜜腺、腺体和纤维8类质量性状,为进一步研究棉花质量性状形成的分子机理和调控机制、定向转移基因及基因聚合育种等提供参考。

甲基磺酸乙酯诱变棉花突变体剂量分析

突变体为基因分离和克隆提供了良好的研究材料。在前期预实验基础上,本研究用1.0%(体积分数) EMS浓度下对亚洲棉(Gossypium arboreum L.)石系亚1号种子进行4 h、5 h、6 h和7 h的诱变处理,对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)TM-1种子进行5 h、6 h、7 h和8 h的诱变处理,筛选出半致死、苗期生长明显受到抑制的处理时间。1.0%EMS溶液处理下,石系亚1号和TM-1种子的最佳诱变时间分别为6 h和8 h。同时利用该诱变条件进行田间较大规模的诱变处理,结果发现植株发芽率明显低于温室条件下的发芽率,并且出现了一定数目的畸变植株。该研究为后续棉花突变体的构建及突变性状的研究奠定基础。

陆地棉自然群体纤维强度性状的全基因组关联分析

纤维强度是衡量棉花纤维品质的重要指标之一。了解棉纤维强度形成的遗传基础对棉花纤维品质的遗传改良具有重要的指导意义。本研究利用83份纤维强度差异显著的陆地棉材料,采用广义线性模型(General linear model,GLM),对5个环境的纤维强度及最佳线性无偏估计值(Best linear unbiased prediction,BLUP)进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。结果表明,各环境纤维强度基本符合正态分布,且存在丰富的变异,变异系数为5.55%~8.44%,广义遗传力达到88.67%。GWAS共检测到19个稳定的显著关联SNP位点,分布在A01、A06、D05、D08、D10、D11和D13等7条染色体上,合并为9个数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)区间,其中4个QTL区间与前人定位的QTL区间重叠,其它5个QTL区间是本研究新发现的控制纤维强度性状的稳定位点。根据区间内基因的表达模式及功能注释,共筛选出4个可能与纤维强度相关的候选基因。本研究通过对棉花纤维强度进行全基因组关联分析,为棉花纤维品质性状的分子遗传改良奠定了基础。

棉花重组自交系群体重要农艺性状的遗传分析

通过产量、纤维品质、株型三类农艺性状来探究棉花重组自交系(recombinant inbred line, RIL)群体的综合表现,并进行纤维品质优异株系的筛选,是提高棉花育种效率的有效途径。本研究以鲁棉研28为母本,海岛棉渐渗材料爱字棉73003为父本,进行杂交并多代自交获得的126个RILs材料为研究对象,在四个环境下对5个产量、5个品质、4个株型相关性状进行变异系数、方差、遗传力和相关性分析。方差分析表明,该RIL群体的各性状受环境效应影响显著;变异分析和超亲分析表明群体内部存在丰富的遗传变异;相关性分析表明衣分与上半部平均长度、断裂比强度、整齐度指数呈极显著负相关,株高和果枝数与单位面积产量呈显著正相关,第一果枝高度与整齐度呈极显著正相关,果枝数与伸长率呈极显著正相关。通过综合分析,在该RIL群体中筛选出9个纤维品质性状表现优异的材料,为棉花新品种选育提供参考。

棉花陆海回交自交系群体叶绿素含量性状QTL定位

【目的】对棉花叶片叶绿素含量数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL)进行定位。【方法】以中36为轮回亲本与海7124配制的195个BC1F7家系为研究材料。根据本课题已构建的高密度遗传图谱,利用QTL IciMapping 4.1中的BIP(QTL mapping in bi-parental populations)和MET(QTL mapping for multi-enviromental trials)模型采用完备区间作图法(Inclusive composite interval mapping, ICIM)分别对初花期和结铃期基于Soil and Plant Analyzer Development(SPAD)读值的叶绿素含量进行QTL分析。【结果】检测到9个与叶绿素含量相关的QTLs分布在6条染色体上。其中,与初花期叶绿素含量显著相关的q-SPAD-A11-1与结铃期检测到的q-SPAD-A11-2具有较大重叠,表型贡献率分别为5.08%和5.75%;q-SPAD-D08-2位于D08染色体的48.71~53.65 Mb与前人定位结果相近。【结论】本研究首次鉴定的与叶绿素含量性状稳定相关q-SPAD-A11为叶绿素含量性状进一步的精细定位奠定了基础。

小麦茉莉酸诱导蛋白基因TaJIP的克隆和功能鉴定

为探讨高温影响小麦品质和产量的主要非生物胁迫因素,从小麦(Triticum aestivum)中克隆了1个受热胁迫诱导的茉莉酸诱导蛋白基因,命名为TaJIP,该蛋白具有Dirigent和Jacalin-like 2个保守结构域。通过生物信息学分析发现TaJIP基因的启动子区域包含多种激素响应元件。采用荧光实时定量PCR的方法,分析TaJIP在转录水平的表达模式,发现TaJIP不仅受茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)的诱导,还受高温、干旱和高盐胁迫的诱导。通过农杆菌介导的方法将TaJIP超表达转化拟南芥并对其功能进行鉴定,发现TaJIP转基因株系高温胁迫后的成活率和下胚轴生长活力明显高于野生对照(Wild type,WT)。但是在含有甘露醇或NaCl的MS培养基中生长时,转基因株系的表型与WT基本没有差异。以上结果说明TaJIP基因可以提高植物对高温的适应性,但不能提高植物的耐盐和抗旱能力。