水稻抗盐突变体的分子生物学鉴定

对经EMS诱变和盐胁迫,反复选择得到的已稳定了9代的粳稻耐盐突变体进行了分子生物学鉴定。沿着每条染色体,按照Mc Couch等提供的水稻RFLP连锁图,用130个标记作探针,对对照和突变体进行了RFLP分析,结果表明,在耐盐突变体第七对染色体上两个连锁位点RG711和RG4发生了突变。另外,对根和叶的可溶性蛋白的双向凝胶电泳分析表明,盐胁迫条件下,突变体基因组中有盐诱导的基因表达,产生了新的蛋白质。

转甜菜碱醛脱氢酶基因植物的耐盐性研究

将山菠菜甜菜碱醛脱氢酶（ＢＡＤＨ）基因经农杆菌介导转入草莓、烟草，转基因植株中该基因的转录水平、ＢＡＤＨ活性及耐盐性均明显高于对照，膜的相对电导率和大分子渗漏值说明在盐胁迫下转基因植株的膜结构所受损伤小于对照。

大豆重要农艺性状的QTL分析

应用栽培大豆科丰 1号 (♀ )和南农 1 1 38- 2 (♂ )杂交得到的F9代重组自交系 (RILs)群体 ( 2 0 1个家系 ) ,构建了含 30 2遗传标记、覆盖 2 363 8cM、由 2 2个连锁群组成的遗传连锁图谱。采用区间作图法 ,对该群体的主要农艺性状的调查数据进行QTL分析 ,表明与开花期、成熟期、株高、主茎节数、每节荚数、倒伏性、种子重、产量、蛋白质和含油量等 1 0个重要农艺性状连锁的QTL位点 34个 ,每个数量性状的遗传变异是由多个QTL位点决定的。

大豆分子育种研究进展

大豆分子育种代表了大豆育种的发展方向,主要包括分子标记育种、转基因育种和品种分子设计育种三个方面。通过综合利用基因组学、生物信息学、计算机模拟与遗传育种学等多个学科的理论和方法,大豆分子育种可对大豆从表型到分子等多个层次进行遗传操作,有助于大幅度提高育种效率,最终实现大豆品种的定向遗传改良。本文介绍了中国大豆分子标记育种、转基因育种和品种分子设计育种三个方面的开创者,将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了综述和比较,由于知识所限对未提及的做出重要贡献的科学家在此致歉。通过比较发现,中国大豆分子育种与国外相关研究的差距普遍存在,然而,有些分子育种相关研究如基因克隆及功能研究等方面则与国外的差距正在逐渐缩小。笔者认为,大豆分子育种正朝着遗传图谱信息多元化、基因发掘规模化、分子育种技术高效化、分子育种理论系统化的方向发展。

大豆耐旱种质鉴定和相关根系性状的遗传与QTL定位

从301份黄淮海和长江中下游地区代表性大豆地方品种和育成品种(系)中按根系类型选取59份,在苗期干旱胁迫和非胁迫条件下对地上部和地下部性状进行2年重复鉴定,发现材料间性状隶属函数值具有丰富遗传变异,以株高、叶龄、根干重和茎叶干重隶属函数的算术平均数为抗旱综合指标从中筛选出汉中八月黄、晋豆14,科丰1号,圆黑豆等强耐旱型(1级)和临河大粉青、宁海晚黄豆等干旱敏感型(5级)材料。比根干重、比总根长、比根体积与耐旱隶属函数平均值均呈极显著正相关,可作为耐旱性的根系性状指标。利用“科丰1号×南农1138 2”(1级×4级)衍生的RIL群体为材料,对耐旱相关根系性状采用主基因+多基因混合遗传模型分离分析法进行遗传分析并进行QTL定位。结果表明,该两亲本间比根干重、比总根长、比根体积的遗传均为两对主基因加多基因模型,后两者主基因间有连锁(重组率分别为4.30%和1.93%);主基因遗传率为62.26%～91.81%,多基因遗传率为2.99%～24.75%;耐旱相关根系性状各主要由1对主基因控制,另1对效应较小。QTL分析检测到5、3、5个QTLs分别控制比根重、比根总长、比根体积,位于N6 C2、N8 D1b+W、N11 E、N18 K连锁群上。3性状各有1个贡献率大的QTL(Dw1,Rl1,Rv1),而且均位在N6 C2的STAS8_3T STAS8_6T相同距离的区段上,其他QTLs效应均较小。分离分析与QTL定位的结果相对一致。

大豆豆腐和豆乳得率的遗传分析与QTL定位

【目的】优质高产豆腐与豆乳专用品种的选育是现代大豆品质育种的重要方向,本研究欲通过对大豆同一重组自交系群体2004和2005两年的豆腐与豆乳得率进行相关的遗传分析与QTL定位,为豆腐与豆乳专用品种选育提供遗传学依据。【方法】以干豆腐与干豆乳得率均差异极显著的大豆品种科丰1号与南农1138-2及其构建的184个重组自交系的群体为试验材料,应用主基因+多基因混合遗传模型进行遗传分析;以该群体所构建,由488个分子标记组成,覆盖4226.40cM,平均图距8.66cM的遗传连锁图谱为基础,应用软件CartographerV2.5的复合区间作图(CIM)程序检测QTL。【结果】两个年份两个性状均存在双向超亲变异,年份间、群体各家系间、以及年份与家系互作间的差异均极显著;干豆腐得率的遗传,两个年份及两年平均值均属两对具有累加作用的连锁主基因加多基因混合遗传模型,重组率均为0.00,主基因遗传率为13.23%～26.84%,多基因遗传率为73.15%～86.77%;各年份及两年平均干豆乳得率的遗传均为两对连锁主基因加多基因混合遗传模型,重组率均为0.00,主基因遗传率为17.27%～22.29%,多基因遗传率为77.71%～82.73%。CIM检测的QTL结果显示,在C2连锁群STAS815T～A676I标记区间检测到与干豆腐得率相关的2个紧密连锁的QTL,能在不同年份稳定表达,对表型变异的贡献率累计为16.23%～23.18%;在M连锁群satt728～K24I标记区间定位到1个控制干豆乳得率的QTL,在不同年份稳定表达,距离其左侧标记0.01cM,对表型变异的贡献率为4.73%～7.14%。【结论】豆腐与豆乳得率均属主基因加多基因遗传,主基因遗传贡献不大,多基因占主要部分(≥73.15%),遗传分析和QTL定位的结果可以相互验证,遗传改良需要更多地依靠多基因积聚。

用SSR分子标记研究大豆属种间亲缘进化关系

利用ＳＳＲ标记技术对大豆属１１个种３７份材料的遗传多样性进行分析，不同位点在种间的等位基因数为６～２９，平均每个位点１５．９个等位基因，Ｓｏｊａ亚属的等位基因数是Ｇｌｙｃｉｎｅ亚属的７１．５％，并且Ｇｌｙｃｉｎｅ亚属种间指纹图谱的差异大于Ｓｏｊａ亚属种间的指纹图谱。ＳＳＲ等位基因的主成分分析结果表明，大豆属中的Ｇｌｙｃｉｎｅ亚属和Ｓｏｊａ亚属的分类界限是比较明确的，利用第一主成分和第二主成分可较明显地区分开Ｇｌｙｃｉｎｅ亚属和Ｓｏｊａ亚属。通过ＵＰＧＭＡ方法构建了大豆属１１个种的遗传进化关系，Ｓｏｊａ亚属中Ｇ．ｍａｘ、Ｇ． ｓｏｊａ和Ｇ． ｇｒａｃｉｌｉｓ３个种在系统分化树上界限是比较明显的，由此看来这３个种是独立存在的。

大豆产量有关性状QTL的检测

【目的】研究大豆产量和生物量、叶面积指数、冠层以及产量构成因素间的相关性,定位控制这些性状的QTL。【方法】以地理和遗传来源均有较大差异的北方亲本科丰1号和南方亲本南农1138-2所衍生的184个重组自交家系2年有重复的田间试验结果进行产量有关性状的QTL分析。【结果】(1)产量与地上部生物量、叶面积指数、根重、冠层宽和高等均有极显著正相关,相关系数0.5～0.7。(2)地上部生物量检测到7个QTL,贡献率6.2%～21.1%,其中2年重复检出1个(qSBO-1);根重8个QTL,贡献率5.2%～20.1%,重复检出1个(qRTB1-1)。(3)开花期叶面积指数5个QTL,贡献率6.4%～17.2%;结荚期叶面积指数5个QTL,贡献率7.3%～26.2%,重复检出1个(qLAIR3A2);冠层宽4个QTL,贡献率6.3%～13.1%,重复检出1个(qCWD1b-2);冠层高11个QTL,贡献率5.2%～9.2%,重复检出4个(qCHH-1、qCHO-1、qCHO-2和qCHO-3)。(4)百粒重6个,荚粒数2个,荚数1个QTL,贡献率6.9%～15.7%;分枝荚数5个,主茎荚数3个QTL,贡献率6.3%～11.1%;主茎节数8个QTL,有效分枝数3个QTL,贡献率4.7%～15.2%。(5)根重和地上部生物量各有1个,R1(始花期)和R3(始荚期)叶面积指数各有2个,冠层宽和高各有2个,产量与荚数各有1个,百粒重和分枝荚数各有1个,荚粒数和主茎节数各有1个,分枝荚数与有效分枝数各有1个共享的QTL。【结论】大豆产量有关的13个性状共检测到68个QTL;年份间有重复检出的,但不多,其表达较大程度上与环境有关;尽管性状间普遍有相关、有共享的QTL,但不多,各有其遗传体系;产量有关性状中很少有贡献率大的主效QTL,产量育种要考虑多数基因聚合的技术。

大豆遗传图谱的构建和分析

利用大豆栽培品种科丰 1号和南农 1 1 38- 2杂交得到的重组近交系NJRIKY ,通过RFLP、SSR、RAPD和AFLP 4种分子标记的遗传连锁分析 ,构建了包含 2 4个连锁群、由 792个遗传标记组成的大豆较高密度连锁图谱 ,该图谱覆盖 2 32 0 .7cM ,平均图距 2 .9cM。SSR标记的多态性较高 ,在基因组中的位置相对稳定 ,可以作为锚定标记 ,有利于连锁群的归并和不同图谱的比较整合 ;而AFLP标记对于增加图谱密度效率较高 ,但其容易出现聚集现象 ,从而造成连锁群上有很大的空隙 (gap)。另外 ,在连锁群中有 2 1 .7%的分子标记出现偏分离。该图谱为基因定位、比较基因组学和重要农艺性状的QTL定位等研究打下了基础。

果聚糖蔗糖转移酶基因的克隆及耐盐转基因烟草的培育

采用ＰＣＲ方法克隆了枯草杆菌（Ｂａｃｉｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）果聚糖蔗糖转移酶基因（ＳａｃＢ），将其与克隆自酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）的羧肽酶Ａ的液泡引导信号序列连接得到嵌合基因。测序验证后，插入含ＮＰＴⅡ基因的植物双元表达载体ｐＢｉｎ４３８中，经农杆菌介导转化烟草。部分经卡那霉素筛选的抗性芽能在含１％ＮａＣｌ的ＭＳ培养基上正常生根，而未转化芽不能生根或根生长缓慢。转基因小苗移入盛蛭石的花盆并浇灌含１％ＮａＣｌ的ｈｏａｇｌａｎｄ′ｓ营养液，１７ｄ后，其中一些转基因烟草植株生长良好，而未转化苗出现明显萎蔫。ＰＣＲ扩增及Ｎｏｒｔｈｅｒｎ分析证实ＳａｃＢ基因已导入转基因植株并得到转录。此结果表明ＳａｃＢ基因的植物基因工程可提高烟草植株的耐盐性。

大豆蛋白质有关性状的QTL定位

以科丰1号×南农1138-2组合衍生的184个重组自交家系(简称RIKY)和(Essex×ZDD2315)×ZDD2315衍生的114个BC1F2家系(简称BIEX)为材料,对蛋白质含量、蛋油总量与油脂含量,11S、7S、11S/7S,11S-1～11S-4,7S-1～7S-6等4组16个性状利用WinQTL Cartographer Ver.2.5的复合区间作图法(CIM)、多区间作图法(MIM)和IciMappingVer.2.0的完备区间作图法(ICIM)进行QTL分析,结果表明:(1)在RIKY和BIEX群体分别定位到17+个和21+个QTL,合计38+个QTL;在RIKY有蛋白、油脂、蛋油总量QTL11个,在11S和7S亚基组上分别只有1+和3+个;在BIEX有前性状QTL2+个,有后性状QTL分别9+和6+个;(2)两群体16个性状上均没有检测到共享的QTL,说明两群体的蛋白质有关性状具有完全不同的遗传基础;RIKY的两个亲本间蛋白、油脂和蛋油总量有明显遗传差异,但在亚基组上遗传差异不大,而BIEX则反之;(3)4组总、分性状中,两群体一致表现出蛋白、油脂和蛋油总量和11S、7S和11S/7S比值两组在总、分性状间共享QTL(共同遗传基础),而11S亚基组和7S亚基组两组性状在总、分性状间无共享的QTL;(4)蛋白质有关性状QTL定位结果和分离分析结果共同表明这类性状主效基因和微效基因均占较大比重,要考虑两者兼用的育种方法。

应用微卫星标记进行大豆种质多样性和遗传变异性分析

微卫星标记又称SSR标记是近年来发展的一种新型的分子标记，可有效地进行基因型鉴定、系谱分析并可估算材料间的遗传距离。用5对SSR引物对15份大豆材料进行扩增，共得到21条多态性条带。每个SSR座位的等位基因数目为3～6个，基因多样性范围为0.439～0.668，对这些材料进行了遗传距离分析。家系分析表明微卫星DNA经过多世代的减数分裂后产生了突变，在RILF8代中有的个体在个别SSR座位等位基因的大小在较小范围内由于重复单位数目的增加或减小而变化。

大豆5个花叶病毒株系抗性基因的定位

以科丰 1号×南农 1138 2为亲本构建的RIL群体NJRIKY为材料 ,对群体进行了 5个SMV株系 (Sa、Sc 8、Sc 9、N1 、N3)的抗病性鉴定。结果表明 :大豆对 5个SMV株系的抗性均受一对显性基因控制。用Mapmaker 3 0进行连锁分析 ,发现Rsa与Rn1、Rn3和Rsc9均连锁 ,距离分别为 2 1 4cM、2 3 5cM和 35 3cM ;Rsc8只和Rn1连锁 ,距离为 35 8cM ;Rn1和Rn3之间的遗传距离最近 ,为 10 2cM。多点分析结果表明 :5个抗病基因的排列顺序和遗传距离为Rsc8 35 8cM Rn1 10 3cM Rn3 2 1 5cM Rsa 35 8cM Rsc9。根据RFLP、SSR标记分析结果构建了一套大豆遗传图谱 ,该图谱包含 2 2个连锁群、2 5 6个标记 ,总遗传距离为 30 5 0 9cM。将 5个抗病基因定位于N8 D1b +W连锁群 ,有 3个RFLP标记和Rn1、Rn3都连锁 ,分别为A6 91T、K4 77I、LC5T。它们与Rn1、Rn3的距离分别为 15 0 4cM、17 82cM、15 37cM和 16 14cM、17 82cM、16 5 8cM。

细菌mtl-D基因的克隆及在转基因八里庄杨中的表达

运用ＰＣＲ方法克隆了大肠杆菌１－磷酸甘露醇脱氢酶（ｍｔｌ－Ｄ）基因，序列分析表明与已发表序列相比，除第 ４１６位密码子由 ＡＡＡ代替 ＣＡＴ、相应的氨基酸由 Ｌｙｓ代替 Ｈｉｓ外，其他部分均相同。该基因插入植物双元载体中，经土壤农杆菌介导导入八里庄杨［１］，经卡那霉素筛选后再经盐胁迫筛选获得一批较高耐盐性的转化植株，在附加 ０.６％ＮａＣｌ的培养基中生长良好，而对照在附加 ０．４％ ＮａＣｌ的培养基中不能存活。对转化植株进行的 ＰＣＲ检测、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交，说明外源基因已整合到染色体上并且有转录。

水稻种子经卫星搭载后大粒型突变系的分子生物学分析

为探索空间条件对植物种子的诱变作用，对粳稻“农垦５８”纯系单株种子经“８８８５”卫星搭载处理后在地面种植，筛选出已稳定遗传的大粒型突变系，对其基因组的突变位点进行了分子生物学分析，运用１４０个随机引物对“农垦５８”原种及其大粒型突变系进行多态性研究，在扩增的２０００多条ＤＮＡ片段中，仅有５个片段显示了多态性，即所检测的２０００个染色体位点上仅５个位点有差异，占０．２５％，其中４个片段为重复序列，一个片段为２个拷贝序列。应用水稻窄叶青８号和京系１７杂交Ｆ１代花药培养ＤＨ群体为作图群体，将该片段定位于第１１号染色体上，位于分子标记ＣＤＯ５２０和ＰＴＡ８１８中间。

转甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因小麦的耐盐耐旱性

采用室内模拟盐、旱胁迫,结合田间实际测定的方法,对基因枪法获得的转BADH基因小麦多个株系的不同世代材料进行了耐盐、耐旱性鉴定。结果表明,在旱、盐胁迫条件下,转BADH基因小麦在种子萌发、幼苗生长、根系发育以及质膜保护等方面均比受体品种(对照)具有明显的优势;在田间生长条件下的转基因株系,其叶片蒸腾强度比对照明显降低,而离体叶片失水速率与对照没有明显差别。

山菠菜胆碱单氧化物酶基因(CMO)的克隆与分析

甜菜碱是一类广泛存在于生物体内的渗透保护剂。高等植物中 ,甜菜碱的生物合成经由胆碱→甜菜碱醛→甜菜碱两步反应完成 ,其中第一步反应 ,也是甜菜碱生物合成的限速反应 ,由胆碱单氧化物酶 (CMO)催化。本研究以耐盐植物山菠菜 (Atriplexhortensis)为材料构建了盐胁迫下的cDNA文库 ,用菠菜CMOcDNA为探针从中筛选获得一个长 1 77kb的cDNA克隆 ,测序结果表明该克隆包含一个完整的开放读码框 ,编码一个由 438个氨基酸构成的多肽 ,与菠菜和甜菜CMO的氨基酸序列同源性分别为 81%和 72 %。同菠菜和甜菜中的CMO序列相比 ,山菠菜CMO基因 (AhCMO)也具有保守的Rieske Type[2Fe 2S]簇结合区和保守的多铁原子核结合域。对盐处理条件下山菠菜CMO基因转录水平的研究表明CMO基因在盐胁迫情况下表达量增加约 3倍。将CMO与 35S启动子连接后转化烟草 (Nictianatabacumvar .Xanthi) ,获得了具有一定耐盐性状的转基因植株 ,在 1 2 %NaCl的盐浓度下生长良好。

重组自交系群体的检测调整方法及其在大豆NJRIKY群体的应用

重组自交系 (RIL)群体是遗传作图和QTL定位研究中常用的群体 ,构建过程中可能出现的异常偏分离会影响群体的使用。根据理论群体的分析 ,提出了用均等性、对称性和代表性 3类 χ2 检验评价试验群体 ;利用代表性测验的家系最大 χ2 值和家系异常偏分离率调整异常偏分离的群体 ;并且应用计算机模拟方法编制了确定群体代表性测验参数临界值的有关程序 (GenoSim) ;从而提出了重组自交系群体评价与调整的方法 ,称为模拟群体抽样标准法 (SPSC)。应用此方法 ,对大豆RIL群体NJRIKY进行了检测和调整。该群体由科丰 1号×南农 1138 2的 2 0 1个F2∶7∶9家系组成 ,经SPSC 3个测验后淘汰了 17个家系、5个标记 ,调整后的群体能通过 3个测验 ,且在构建遗传图谱中 ,改变了 19个标记及

大豆遗传图谱的构建和分析

分子标记连锁图的构建为植物基因组的结构和功能分析提供了有力的工具。较高密度的遗传图谱在数量性状基因定位、图位克隆重要农艺性状基因等研究中发挥了巨大作用。应用栽培大豆长农４和半野生大豆新民６杂交得到的Ｆ８代重组自交系，构建了一张较高密度的遗传图谱。该图谱共有２４０个标记，其中包括２个形态标记、１００个ＲＦＬＰ标记、３３个ＳＳＲ标记、４２个ＡＦＬＰ标记、６２个ＲＡＰＤ标记和１个ＳＣＡＲ标记，分布在２２个连锁群上，总长度为３ ７１３．５ｃＭ，覆盖了整个基因组。对 ７２个 ＲＦＬＰ探针的分析表明，其中有 １６个能揭示 ２个或 ２个以上独立分离的遗传位点；说明大豆基因组中存在广泛的同源区域。结果表明本图谱与大豆公共图谱有较好的可比性，可进行一般的ＱＴＬ分析。

1-磷酸甘露醇脱氢酶基因转化水稻的研究

PCR和 Southern blotting检测表明 ,来自大肠杆菌的 mtl D基因已通过农杆菌介导整合进水稻基因组。mtl D基因在 T1代出现分离 ,T2 代出现纯系。在 0 .75% Na Cl胁迫下 ,7个转基因 T3 代株系都能检测到 mtl D酶活性 ,与对照相比细胞膜的相对电导率和大分子渗漏值明显降低。部分转基因株系能在 1 .0 % Na Cl浓度下正常生长 ,而对照在 0 .5% Na Cl浓度下已不能存活。通过有性杂交途径实现了 mtl D和 gut D两个基因的聚合 ,部分杂交后代株系能在 1 .2 5% Na Cl胁迫下正常生长结实。