割手密初级核心种质取样策略研究

以国家甘蔗种质资源圃中596份割手密为研究对象,根据21个质量性状和6个数量性状,从分组原则、组内取样比例、组内取样方法3个层次探讨构建割手密初级核心种质的最佳取样策略,共形成50种取样策略;同时设10个总体取样量梯度,确定最佳的总体取样量。分组原则以采集地、海拔、茎径、纬度、生态区域、总体聚类进行分组及不分组的大随机;组内取样比例按组内个体数量的简单比例、平方根比例、对数比例和多样性比例确定;组内取样方法采用聚类和随机2种方法;10个总体取样量梯度为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%,应用变异系数、遗传多样性指数、表型保留比例、表型频率方差、表型方差等5个参数的主成分综合得分来检验各取样策略的优劣。结果表明,聚类取样优于随机取样;采集地分组和茎径分组都优于其他分组,组内取样比例以多样性比例最好;根据取样策略及总体取样量的分析结果最终确认,按15%总体取样量、以茎径分组、按多样性比例在组内聚类取样为构建割手密初级核心种质的最佳策略组合。在此初级核心种质的基础上,加入取样极易丢失表型性状的材料共计92份,组成最终初级核心种质,占总资源的15.44%。建立的初级核心种质库的遗传多样性、变异系数、表型频率方差、表型方差均明显优于总资源库,表型保留比例达100%,能较好代表总资源库。

云南省新平县农业生物资源调查与分析

对云南省新平县3个乡镇的11个村进行了重点调查,实地走访了15个村小组,访问了90户农户,共收集到与彝族、傣族、哈尼族、拉祜族生产、生活密切相关的特优、特有、特用农业生物资源164份。分析了当地农业生物资源现状和消长情况及原因和调查、收集到的资源种类及其利用价值,并针对该地区的农业生物资源的特性,提出了利用、保护和开发建议。

长春花钙调素基因克隆及其假基因的识别

以长春花[Catharanthus roseus(L.)G.Don]叶片cDNA和基因组DNA为模板,利用PCR技术扩增得到了长春花钙调素基因447 bp的全长编码cDNA序列和2个大小不同的DNA片段.序列分析表明,DNA长片段全长1 551 bp,由2个外显子和1个内含子构成,为长春花钙调素基因编码区DNA片段;DNA小片段全长447 bp,与447 bp的长春花钙调素基因cDNA核苷酸一致性高达87%,有56个碱基的差异,其中位于226 bp处的碱基A突变为T,即由AAG突变为终止密码子TAG使翻译提前终止.推测此447 bp的DNA小片段可能为长春花钙调素基因的假基因,命名为CCaMP1.

SARS冠状病毒S1基因的克隆及其植物表达载体的构建

目的:为获得抗SARS的转基因植物疫苗,进行了SARS S1基因的克隆,植物表达载体构建的研究。方法:根据SARS S蛋白受体结合结构域318-510氨基酸区域,设计合成长579 bp的序列片断(S1基因)。并以之为模板,进行PCR扩增,扩增产物被克隆至pGEM-Teasy载体进行序列测定。然后将S1基因插入植物表达载体pCAMB IA2301的35S启动子和NOS终止子之间,构建植物表达载体pCS1。将重组体转化大肠杆菌E.coliXL1,并对重组体进行了鉴定。结果:酶切鉴定和序列分析显示,克隆的目的基因与设计的片断序列一致;双酶切表明,植物表达载体的构建完全正确。结论:成功地克隆了S1基因和构建了含有S1基因的植物表达载体,为进一步获得抗SARS的转基因植物疫苗打下了基础。

国外引进甘蔗品种鉴定及多样性分析

利用3对SSR引物,对40份国外甘蔗品种进行品种鉴定。结果表明:同名种质除CP78-1628和Ti80-5同名种质的遗传相似系数分别为0.24和0.50相对较低外,其他同名种质之间的遗传相似系数相对较高,都≥0.95,平均0.93。聚类分析表明,除CP78-1628和Ti80-5两份种质出现分支外,其他种质分支都按照同名种质分别聚类。基于遗传相似系数和聚类分析结果表明,CP78-1628和Ti80-5为同名异种种质。

国外引进甘蔗品种比较试验

对引进的18个国外甘蔗品种进行试验,结果表明:8个国外甘蔗品种表现为出苗率较好,分蘖力强,植株高大;Vmc96-60、CP94-1100蔗茎产量高、蔗糖分好,可以考虑进一步进行区域性试验,繁殖和示范推广;Q202、Vmc81-202、Vmc95-09、Q203蔗茎产量高、但蔗糖分较差,总含糖量和对照无明显差异;其余品种在各个方面表现一般,这些品种可以考虑进一步观察试验,以评价其利用价值。

甘蔗国家自然科学基金项目资助情况分析

对近10年来国家自然科学基金对甘蔗专业的资助情况进行了统计,就每年资助项目的总金额、项目类别、研究领域分布、受资助单位类型、各省区占的比例等进行了分析,旨在使甘蔗专业的科研工作者了解国家自然科学基金的资助情况及国内的研究领域。

98份甘蔗种质资源遗传多样性的AFLP分析

【目的】甘蔗蔗糖产量约占中国食糖总量的92%。具有遗传多样性的甘蔗种质资源是甘蔗杂交育种的基础,杂交亲本的选择和组合的选配是杂交育种成败的关键,研究98份种质的遗传多样性及亲缘关系,为甘蔗杂交组合选配和种质创新提供参考依据。【方法】采用CTAB法提取甘蔗幼叶基因组DNA,利用扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)分子标记技术,对来源于10个国家的98份种质资源的基因组DNA进行酶切、连接、预扩增、选择性扩增,选择性扩增产物在5%变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离,银染显色。电泳结果得到"0,1"矩阵,使用POPGENE 32软件计算每对引物的多态性条带数、多态性比率、多态信息量、有效等位基因数、遗传多样性指数等指标,同时使用NTSYS pc-V.2.1计算种质间遗传相似系数,根据相似性系数进行UPGMA(unweighted pair group method analysis)聚类分析和PCA(principal component analysis)主效应分析,对甘蔗种质资源进行分类。【结果】采用云南省甘蔗遗传改良重点实验室筛选出的10对引物组合共扩增出1 392条谱带,其中多态性条带为1 344条,多态性条带比率为96.55%,平均每对引物扩增出139.2个位点和134.4个多态性位点。98份种质的相似性系数在0.484—0.929,平均为0.734,多态信息量为0.2495,每个位点的有效等位基因数为1.4092,平均多样性指数为0.3890,遗传相似性系数最高的是KN90-418和KN90-455,达到0.929,最低的是云蔗94-375和IS76-126,为0.484。根据遗传相似性系数进行聚类分析,在遗传相似性系数0.64处切割时,可划分为4个类群,第I类群有5份澳大利亚种质,包括IK76-48、IS76-126、IK76-22、SES309和E.SARPET;第II类群有1份澳大利亚种质是IS76-199;第III类群有3份种质,包括KN93-06、90-110-9和BURMA;第IV类群有89份种质,在遗传相似性系数0.79处切割时,可将第Ⅳ类群划分为9个亚群(A、B、C、D、E、F、G、H和I)。基于Jaccard系数用PCA法对98份甘蔗种质AFLP标记结果进行主效应分析,主效应分析显示了不同种质的分类位置,分子主效应分析结果与分子聚类结果一致,集中在一个区域的种质亲缘关系较为紧密,澳大利亚种质位置较为分散,最分散材料为蔗茅属和细茎野生种。【结论】98份种质资源的遗传基础差异较小,亲缘关系较近,其中,澳大利亚种质遗传多样性相对较丰富。90-110-9、KN93-06和粤糖00-236较为特殊,在杂交组合选配中应给予重点关注。

利用分子标记数据逐步聚类取样构建甘蔗杂交品种核心种质库

甘蔗杂交品种是商业品种选育的重要亲本资源,为有效管理和评价这类资源,本研究使用SSR分子标记数据,依据不同相似性系数,采用逐步UPGMA聚类法对161份甘蔗杂交品种(136份来自前期构建的初级核心种质库和25份为新引入国家甘蔗种质资源圃的材料)构建核心种质库,以随机取样方法为对照。在核心种质库质量检测中,用Nei’s多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、总条带数、多态性条带数、多态性条带比例、变异系数符合率、极差符合率、方差差异百分率和均值差异百分率评价分析。结果表明,161份材料在20个SSR位点上具有丰富的多态性,获得294个条带,其中290个为多态性条带,平均多态性条带比例达98.64%;依据3种相似性系数(Jaccard、SM、Dice)和2种取样方法获得8个核心种质库,在核心种质库质量检测中Shannon-Wiener多样性指数、总条带数、多态性条带数表现出较高的检测效率,而其他指标相对较低,8个库中依据Jaccard或Dice相似性系数构建的核心种质库质量最优,该库由107份材料组成,Nei’s多样性指数(0.9785)和Shannon-Wiener多样性指数(4.1854)在P<0.05概率条件下与原库(分别为0.9801和4.4074)无显著差异,而且与原库的均值差异百分率为0(<20.00%),极差符合率为94.32%(>80.00%),对原库分子和农艺性状遗传多样性都具有较好的代表性,可为后续甘蔗杂交品种资源的准确评价、优异基因发掘和开发利用提供重要的前期基础。

云南甘蔗品种表型性状的遗传多样性分析

为了提高云南甘蔗品种资源的利用效率,为甘蔗遗传育种亲本的选择、杂交组合配制提供理论指导,本研究从18个质量性状和5个数量性状对73份云南甘蔗品种和27份中国历年主栽甘蔗品种(不包括云南选育的主栽品种)的遗传变异、遗传多样性、聚类关系等开展了研究。结果表明:云南甘蔗品种芽形、曝光后节间颜色、曝光前节间颜色、芽沟和57号毛群的多样性十分丰富;而数量性状的遗传变异主要来自叶片宽度和株高;相似性系数和聚类分析表明品种的相似性处于中等水平,可分成2个大类群4个亚类群及20个小类群,主成份分析表明云南甘蔗品种和中国历年主栽品种可划分为3个明显的基因库,与聚类分析结果基本一致。

甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究Ⅰ.甘蔗与滇蔗茅远缘杂交F_1群体构建与SSR分子标记鉴定

利用光周期调控技术诱导甘蔗热带种路打士开花,并与滇蔗茅云南95-19进行远缘杂交,培育实生苗76株,大田移栽成活62株,成活率81.6%;选用4对引物对获得的62份杂交后代进行SSR分子标记鉴定,结果表明,62份杂交后代全部为真杂种,所选SSR引物对滇蔗茅后代群体具有较高的鉴定效率。该杂交组合后代杂种真实率为100%,是目前数量最大的滇蔗茅F1群体。

干旱胁迫下割手密根系转录组差异表达分析

【目的】探明云南割手密82-114受干旱胁迫的内在分子机制,挖掘与抗旱密切相关的功能基因,提高割手密抗旱基因的研究与利用。【方法】以干旱胁迫24、48和72 h的云南割手密82-114的根系进行Illumina Hi Seq TM 4000高通量转录组测序分析,将组装得到的Unigene分别与Swiss-Prot、Nr、KOG、Pfam和KEGG数据库进行比对,利用RPKM来衡量各样本间的基因表达丰度,以FDR≤0.05和|log2 fold change|≥1来评估样本间的差异表达基因,通过Gene Ontology(GO)数据库、KEGG pathway数据库对不同干旱胁迫样本差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】未胁迫处理的CK与胁迫24、48和72 h后的样本转录组分别检测到134 724、130 368、133 564和131 321个表达基因,与CK相比,各胁迫样本显著上调(或下调)的差异表达基因分别有3 061(1 302)、2 304(2 841)和3 236(2 525)个;以FDR值=0为筛选条件,3个样本的极显著差异表达基因主要参与转录激活、水分运输、DNA结合、ATP结合及细胞膜、跨膜运输和防御反应等有关代谢活动。GO富集分析表明:3个胁迫处理的样本在生物学途径中富集最多的类别并不完全相同,其中,胁迫24 h与48 h的样本富集最多的类别是与DNA依赖型转录和转录调节子相关的基因,胁迫72 h样本富集最多的类别是与翻译相关的基因;而在细胞组件和分子功能中,3个胁迫样本富集最多的基因类别均是与内在的膜、核和ATP结合相关的基因。KEGG富集分析表明:胁迫24 h的样本有2 248个差异表达基因参与了107条代谢途径,胁迫48 h的样本有2 114个差异表达基因参与了130条代谢途径,胁迫72 h的样本有2 392个差异表达基因参与了144条代谢途径;经KEGG显著性富集分析,筛选到鞘糖脂生物合成途径、MAP激酶信号途径和ABC转运蛋白等与非生物胁迫或逆境相关。【结论】获得3个干旱胁迫样本与CK样本间差异表达基因的变化及其功能信息,发现参与云南割手密82-114干旱胁迫响应相关的细胞外信号调节激酶、磷脂酶D、β-氨基己糖苷酶和ATP结合盒B亚族(MDR/TAP)-1等,获得在整个干旱胁迫时期稳定上调表达基因70个,稳定下调表达基因11个,通过同源基因序列的比对分析,阐明这些基因在各自的代谢通路中被强烈诱导或抑制表达,显示与干旱胁迫存在密切关系。

中国十倍体割手密资源的表型相关性及遗传多样性

为有效评价和利用十倍体割手密资源,挖掘其优异性状,选取中国6个省9个地区的171份十倍体割手密资源,针对8个质量性状指标和8个数量性状指标,对其多样性指数、变异系数、数量性状间的相关性、数量性状与纬度和海拔的相关性进行研究。表型相关性分析结果表明:十倍体割手密资源质量性状的Shannon–Wiener多样性指数整体偏低,采自滇中地区的多样性指数(0.636 6)最高,而采自滇西北地区的多样性指数(0.335 8)最低;数量性状的遗传变异较丰富,变异系数最大的为滇西南地区的资源(33.06%),最小的为贵州的资源(22.12%);产量性状与海拔和纬度呈负相关,糖分性状与海拔呈负相关,与纬度呈正相关,纤维分仅与海拔呈正相关;产量性状之间和糖分性状之间均呈正相关。遗传结构分析结果表明:表型性状的遗传变异主要来自于采集地区内部,采集地区之间有明显的基因交流(基因流值Nm>3),遗传分化不明显。聚类分析结果表明:表型性状与采集地的地势有一定关系,高地势的滇东北地区和滇西北地区聚为一个小类群,低地势的滇东南、滇西南、川东南、广东地区聚为一个大类群。

基于表型与分子数据的斑茅核心种质构建

斑茅(Saccharum arundinaceum L.)是重要的"甘蔗复合群"野生资源,在我国分布广泛,但目前尚未在遗传育种研究中得到很好的利用。本研究以国家甘蔗种质资源圃保存的来自全国9省区的147份斑茅无性系为原始种质,首先基于表型数据筛选58份材料构建了斑茅初级核心种质,然后基于SSR和AFLP分子标记数据筛选16份材料构建斑茅微核心种质,分别占原始种质的39.46%和10.88%。通过表型与分子遗传多样性参数的比较分析,验证了斑茅核心种质具有较好代表性。最后对甘蔗种质资源和遗传育种研究中斑茅核心种质的构建方法和利用策略等问题进行了探讨,以期为"甘蔗复合群"野生类群核心种质的构建及创新利用提供参考,促进资源研究工作重心由数量保存型向创新利用型转变。

甘蔗非生物胁迫抗性研究进展

甘蔗是世界上重要的糖料和能源作物,对于我国食糖产业发展具有举足轻重的作用。但是,我国甘蔗种植面积正不断减少,呈现出向高海拔、土壤贫瘠等生产条件差的地方转移的趋势,因此遭受的逆境胁迫程度日益加深,严重影响了甘蔗的生长发育及产量形成。如何解决逆境胁迫下甘蔗的产量问题是目前生产上面临的重要课题。目前最好的解决办法还是培育高抗逆品种,为了给甘蔗抗性品种选育提供参考,本文对甘蔗的各种逆境,如低温、干旱、高盐、重金属等伤害与抗逆性的生理生化机制及甘蔗抗逆相关功能基因的挖掘研究进行了综述,以期系统地了解甘蔗逆境研究现状,并提出了甘蔗抗逆育种需要开展的关键工作,以期为甘蔗抗逆相关研究方向的设定、抗性机理和抗性品种的选育提供借鉴。

甘蔗创新种质的因子分析与聚类分析

对13份甘蔗创新种质和2个对照种的13个性状进行因子分析,前4个公因子方差累计贡献率达90.21%,反映了原变量的绝大部分变异信息,以前4个公因子得分为综合指标,采用非加权组平均法进行系统聚类,在欧氏距离为2.69时可将参试材料聚为4类,其中Ⅰ类和Ⅱ类综合表现较好。

甘蔗独脚金内酯生物合成关键基因ScD27的克隆与表达分析

独脚金内酯(strigolactones,SLs)是一类新型植物激素,D27基因是独脚金内酯生物合成途径中最上游的调控基因,且该基因调控SLs的合成是一个可逆的过程。本研究根据水稻、玉米、高粱、二穗短柄草4种禾本科作物的D27基因核苷酸序列保守区域设计引物,以甘蔗品种ROC22的c DNA为模板,利用RT-PCR和RACE技术,从甘蔗中克隆出D27基因的c DNA全长序列,命名为Sc D27,Gen Bank登录号为KP987221.1。该基因序列全长1379 bp,包含一个867 bp的完整开放阅读框(ORF),编码288个氨基酸残基。Sc D27编码的蛋白质分子量为71.58 k D,理论等电点为5.04,是一种非分泌性蛋白,主要分布于叶绿体上,该蛋白的保守区可能具有2个锌指蛋白结构域(Zn F_TAZ和Zn F_A20),且不存在信号肽;该基因编码的氨基酸序列具有较高的保守性,与高粱、谷子、大麦、短穗二柄草等禾本科植物的D27氨基酸序列相似性在70%以上;Sc D27基因在甘蔗各组织部位均有表达,其中茎尖和腋芽中表达量较高,叶、茎和根中的表达较低。此外,Sc D27基因在甘蔗茎尖中的表达受PEG、盐胁迫、磷缺乏和营养缺乏的诱导,推测Sc D27基因是甘蔗独脚金内酯生物合成途径中响应非生物胁迫的关键基因。

甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究 Ⅱ.滇蔗茅F_1群体重要农艺性状的遗传分析

以热带种路打士(Saccharum officinarum)与滇蔗茅(Erianthus rockii)云南95-19属间远缘杂交F1群体的62个无性系为研究对象,利用方差、相关、逐步回归及通径分析方法对其单茎重、株高、茎径、有效茎、节间长度、小区产量等6个农艺性状进行遗传分析。结果表明:所有性状分布频率接近正态分布,单茎重、株高、茎径、节间长度在后代群体中存在双向超亲分离,有效茎平均表型值高于母本,小区产量平均表型值低于母本;有效茎、节间长度与小区产量呈极显著正相关,并解释小区产量48.9%、3.4%的变异信息;单茎重与小区产量呈显著正相关,并解释小区产量32.3%的变异信息;株高、茎径主要通过间接效应影响小区产量,有效茎、单茎重、节间长度更适于作为该群体后代材料高产潜力的选择指标。

甘蔗根尖染色体制片技术研究

甘蔗是异源多倍体植物,染色体数目多、体积小,染色体制片困难,导致细胞遗传学研究进展缓慢。以分裂旺盛的甘蔗根尖为材料,对不同采样时间、预处理方法、解离时间、染色方法等各技术环节进行实验研究。结果表明:在冬季气温较低的条件下,于15:00进行采样,饱和对二氯苯与0.002mol/L8-羟基喹啉等体积混合液室温预处理4～4.5h,1mol/LHCl与45%乙酸等体积混合液于60℃水浴锅解离8min后,用改良苯酚卡宝品红进行涂片滴染,所获得的染色体制片效果最好。

斑茅种质资源的表型性状及遗传多样性

为有效评价和利用斑茅种质资源,挖掘其优良性状,以162份斑茅种质资源(云南74份,福建15份,贵州19份,海南18份,四川14份,江西10份,广东4份,广西4份,浙江4份)为研究材料,对其表型性状及遗传多样性进行研究。表型性状分析结果表明:①斑茅种质资源质量性状的Shannon-Wiener多样性指数整体偏低,其中,福建斑茅的(0.762 4)最高,广西斑茅的(0.294 2)最低;②数量性状的遗传变异较丰富,其中,云南地区的变异系数(32.15%)最大,广西地区的(14.95%)最小;③海拔高度与锤度呈极显著负相关,纬度与株高呈极显著负相关。遗传分化系数和基因流结果显示,斑茅种质资源群体的遗传变异主要来自于采集地内部,群体之间存在较大的基因交流,遗传结构分化不明显。UPGMA聚类分析结果表明,各居群间的遗传距离与采集地之间有一定的相关性。