玉米CPK基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

干旱严重影响玉米的产量和品质。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase,CPK)是一种Ca^(2+)结合蛋白,在植物非生物胁迫应答方面发挥重要作用。本研究对玉米37个ZmCPKs的染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域和理化性质进行了分析。其中,36个ZmCPK基因不均匀的分布在9条染色体上;通过系统进化分析将其分为4个亚组,同一亚组成员具有相似的基因结构和保守结构域;ZmCPKs启动子分析表明,ZmCPKs启动子区含有大量的逆境响应元件,包括MBS、DRE和ABRE等;qTeller数据库和转录组数据分析表明,ZmCPKs基因家族成员在营养生长和生殖生长期均有表达,其中,26个基因在干旱胁迫下表达量发生变化。综合启动子元件及转录组数据,共筛选出9个基因作为干旱响应候选基因。进一步qRT-PCR验证显示,这9个基因均受PEG诱导表达。本研究可为玉米耐旱性的遗传改良提供优异的基因资源。

水稻BAC在玉米有丝分裂染色体上FISH杂交体系的构建

以水稻细菌人工染色体(BAC)为探针在玉米有丝分裂的细胞学制片上进行荧光原位杂交(FISH),探讨玉米基因组CotDNA对BAC探针重复序列的封阻、杂交后洗脱的严谨度、杂交液中FAD的浓度变化、水稻BAC探针的特异性重复序列的封阻对FISH杂交信号特异性的影响.初步形成了一套以水稻BAC探针在玉米有丝分裂染色体上进行BAC-FISH杂交的优化技术体系.研究结果表明使用玉米基因组CotDNA来封阻水稻BAC探针的重复序列玉米基因组CotDNA的Cot值应小于50,同时还需根据不同探针调整CotDNA的Cot值及与探针的比例;而降低杂交液中FAD浓度和适度控制杂交后洗脱的严谨度,尤其是使用水稻BAC探针本身特异的重复序列的封阻对BAC-FISH杂交信号特异性的改善具有较好的效果.

脂质代谢途径调控种子粒重的研究进展

玉米(Zea mays L.)是我国重要的粮食、饲料和经济作物。百粒重(100-kernel weight,KW)是产量的重要决定因子。因而KW的遗传及分子调控的研究对提高玉米的产量是最经济和最有效的途径。脂质代谢可以通过调控胚乳细胞大小、命运以及营养物质的积累,最终决定玉米粒重。本文侧重阐述了脂质代谢通过调控网状样蛋白(reticulon-like protein,RIP)和过氧化物酶(peroxiredoxin,Prx)抑制活性氧(reactive oxygen species,ROS)的积累和影响细胞凋亡,以及磷脂酸(phosphatidic acid,PA)和二脂酰甘油(diacylglycerol,DAG)介导吲哚乙酸(indoleacetic acid,IAA)信号调控细胞伸长,从而调控玉米粒重的研究进展,以期为玉米粒重的遗传研究提供基因,为KW玉米分子育种提供新途径和新基因资源。

玉米有丝分裂染色体上玉米BAC探针的FISH杂交体系的构建

本研究分别探讨了玉米和水稻基因组c0tDNA对探针的封阻、杂交后洗脱的严谨度、杂交液中FAD的浓度变化对BAC-FISH杂交的影响;探讨了玉米BAC探针中重复序列含量对FISH信号的影响.初步形成了一套以玉米BAC探针在玉米有丝分裂染色体上进行FISH杂交的优化技术体系.结果表明,玉米基因组c0tDNA对探针封阻的c0t值应小于50;而降低杂交液中FAD浓度和适度控制杂交后洗脱的严谨度,尤其是使用水稻基因组的c0t-100DNA封阻探针重复序列对BAC-FISH杂交信号特异性的改善具有明显的效果;同时,验证了选择重复序列含量较少的玉米BAC作为FISH杂交的探针也是获得特异性杂交信号的重要条件.

基于掖478导入系的玉米产量性状QTL鉴定

【目的】鉴定玉米产量相关性状基因位点及包含有利等位基因的导入系,为了解产量性状形成的遗传基础及针对玉米自交系产量性状的分子设计提供参考和依据。【方法】以QB80和Qi319为供体亲本,掖478为轮回亲本,采用回交结合定向选择,分别构建含有61和72个家系的基础导入系群体。通过2年4点田间试验,利用完备复合区间作图进行产量及其相关性状的QTL(quantitative trait locus,QTL)分析。【结果】4个环境下,在QB80为供体的导入系群体中,共检测到9个性状的49个QTL;在Qi319为供体的导入系群体中,检测到9个性状的42个QTL。在2个及以上环境中均检测到的QTL有16个。同一性状在不同环境下所检测的QTL定位在相同的染色体区域,不同性状的QTL也定位在相同或临近的染色体区域,形成多个QTL富集区。2个群体所检测的QTL位点具有较少的一致性,说明2个供体材料中含有不同的有利基因位点。同时,导入片段中含有利基因的导入系,其相关性状明显得以改良,这些导入系可用于QTL聚合以改良掖478的产量相关性状。【结论】QB80较Qi319与掖478间的遗传差异更大,能检测更多的产量性状QTL;2个导入系群体中含有优良等位基因的导入系可用于QTL聚合改良掖478;QTL富集区是为产量性状基因的克隆提供可供参考的重要染色体区域。

玉米八个产量相关性状的QTL鉴定

以玉米优良自交系‘农系531’和‘SIL8’为亲本构建200个F2:3家系,利用复合区间作图法对8个产量性状进行QTL鉴定。8个性状共检测到34个QTL,单个QTL的表型贡献率为5.21%～26.62%不等,累计解释各个性状的表型变异为21.33%～74.10%。分布于第1、3、4、5、6染色体上16个QTL形成6个QTL富集区,且表型贡献率最大的QTL均位于富集区内。共检测到26对上位性互作,其中QTL间互作1对,QTL与背景间互作8对,背景间互作17对,所解释的表型变异为5.98%～15.93%不等,累计解释各性状的表型变异为15.93%～61.64%。多数产量相关性状的遗传基础非常复杂,上位性在产量相关性状形成的遗传控制中具有重要的作用。QTL富集区对于数量性状的遗传分析与作物遗传改良具有重要意义。

玉米Mu转座因子及其应用

Mu因子是玉米中的一类新型转座因子。本文介绍了Mu因子的发现、分布和类型,对Mu因子的基本遗传特征(突变类型、突变频率、插入专一性、靶位点等)和Mu因子活性的调控(生长发育调控、表观遗传调控)进行了综述,重点论述了Mu活性的调控和应用Mu因子进行玉米插入诱变和基因标签的研究进展。

玉米穗行数QTL及其互作分析

利用与穗行数有关的5个导入系及轮回亲本综3进行GriffingⅣ双列杂交发展分离群体,结合SSR标记和田间表型鉴定,分析玉米穗行数QTL及其相互作用。在导入系×综3所发展的5个F2群体中,仅在一个群体中检测到1个穗行数QTL,所解释的表型变异为10.68%。在导入系间杂交所发展的F2群体中检测到9个QTLs,分别位于第13、、8染色体上,所解释的表型变异在4.53%～6.52%之间。另外,检测到2对QTL间互作,10对QTL与未检测到QTL的导入片段间的互作,单个F2群体中各类互作所解释的表型变异显著大于QTL所解释的表型变异。这些结果表明,基因互作在玉米穗行数形成中起着重要的作用。

Mutator诱导的玉米白化突变体插入位点的遗传分析及代谢途径的构建

【目的】利用Mutator(Mu)诱变群体获得、验证叶色白化突变体的Mu因子插入位点;解析玉米叶色变异相关基因及其代谢网络。【方法】以含有活性MuDR转座子的W22∷Mu为父本,与玉米自交系综31(Z31)杂交产生的M2和M3家系群体为材料,经表型性状的遗传分析和Mu插入位点的分离获得白化突变体,经生物信息学方法解析白化突变体产生的相关基因,同时构建产生白化突变代谢网络。【结果】对870个M2家系的16000余单株和M3种植的36个家系近700单株进行考察,获得了遗传稳定的白化突变体41株。经Mu-TAIL-PCR分析获得35条Mu因子插入序列;对靶位点序列分析,获得的14个靶位点可能与叶绿素合成及光合作用有关;利用其中6个靶位点构建了5条玉米叶色突变产生白化的叶绿素代谢网络途径。【结论】初步证实了Mu转座子插入的27个靶位点与叶色白化突变体的关联;建立了6个靶位点的玉米叶色突变产生白化的叶绿素代谢网络途径。

不同氮素水平下玉米产量与zmAspAT基因表达分析

研究不同氮素水平下导入系L18和Y478产量及相关性状的差异以及与zmAspAT基因表达模式的关系。考察L18和Y478在低氮和正常供氮条件下的产量及相关性状,利用实时定量PCR技术分析zmAspAT基因的表达变化。在正常供氮条件下L18的单穗产量比Y478高17.21%,显著增加,行粒数极显著增加,百粒重显著减小;低氮条件下,L18单穗粒重比轮回亲本Y478显著减少,达到20.64%,行粒数显著增加,百粒重极显著减小。在低氮胁迫条件下,zmAspAT基因在L18中下调表达,在Y478则上调表达,表达模式不同。L18是氮低效的导入系,由于zmAspAT基因在L18与Y478表达模式不同,导致了L18较低的氮素利用效率和产量,zmAspAT是重要的玉米氮利用效率基因。

玉米DEAD-box RNA解旋酶基因的克隆及分析

DEAD-box RNA解旋酶参与RNA转录、前体mRNA剪切、核糖体发生、核质运输、蛋白质翻译、RNA降解等重要的生命活动.根据本室在S-Mo17Rf3Rf3cDNA芯片研究中,检测到花粉发育后期RNA解旋酶上调表达的结果,应用RACE技术从S-Mo17Rf3Rf3花粉中克隆得到该RNA解旋酶基因全长cDNA,命名为ZmRH2并在GenBank注册登记(DQ327709).序列分析表明该cDNA全长1652bp,从第163bp开始到1386bp含有一个开放阅读框,编码407个氨基酸.其编码的蛋白质具有DEAD-boxRNA解旋酶特有的9个保守模体,与水稻、拟南芥和豌豆中的DEAD-boxRNA解旋酶的氨基酸序列存在着很高的同源性.RT-PCR分析表明,该基因在近等基因系S-Mo17Rf3Rf3和S-Mo17rf3rf3的叶、根、和雌穗中的表达没有差异,但在花丝和花粉中有明显差异.

全基因组分析玉米MuDR转座因子插入突变体库(英文)

在功能基因组研究中,插入诱变被广泛用于基因敲除。玉米Mutator转座子因其具有较高的转座活性常被用于构建大型玉米插入突变体库。本研究利用具有活性MuDR因子的玉米材料与优良玉米自交系Z31杂交,获得1000个M1单株,自交构建M2群体,研究MuDR因子在基因组中插入位点特性。利用优化的MuTAIL-PCR方法分离出695条MuDR插入位点侧翼序列,经初步生物信息学分析得到374条非冗余的插入位点,其中的298条序列能够被定位在玉米基因组物理图谱单个位点上。实验结果揭示了MuDR因子插入的一些特性:在10条染色体上随机分布,偏向于插入到基因序列中,并在某些功能基因中有明显插入偏好。

基于掖478导入系的玉米百粒重QTL鉴定

玉米百粒重是产量性状的主要组成因子,对其控制位点进行QTL鉴定或基因克隆,将有益于其遗传控制的研究和分子育种的实施。本研究以导入系SL19-41为材料,该导入系是以我国玉米育种中广泛应用的骨干自交系掖478（Ye478）为遗传背景导入QB80染色体片段的纯合系。使用该导入系与Ye478杂交构建分离群体（F2、F2：3家系和BC1F1）,通过3个环境下的田间试验,利用Ici Mapping的逐步回归区间作图法进行百粒重QTL定位,以及进行QTL位点连锁标记的表型效应分析。结果表明：鉴定了2个百粒重QTL位点,其中位于第4染色体bnlg1784~umc1194区间QTL位点q KW4-1在3个环境下均被检测到,可解释的表型变异为6.74%~17.81%,阐明了导入系SL19-41百粒重性状的遗传机制,同时也获得了改良版的Ye478（Ye478QB80）,为玉米百粒重的遗传改良提供有益的分子标记,也为克隆百粒重基因提供材料来源。

河北主要生态区玉米新品种产量稳定性评价

为河北省不同生态类型区夏玉米品种选择提供依据,以近年审定的部分玉米品种为材料,通过产量性状隶属函数值评价玉米稳产性,明确河北省各生态区的适宜夏玉米品种。结果表明:适合山前平原区新乐地区的夏玉米品种为华农887、明科玉33、先玉047、京科968,其隶属函数值分别为0.75、0.73、0.72和0.71;山前平原区辛集地区适宜种植的夏玉米品种为郑单958、裕丰105、先玉1140、先玉047、京科968和农大372,其隶属函数值分别为0.73、0.67、0.67、0.63、0.62和0.62;适合黑龙港区邯郸地区种植的夏玉米品种为京科968,其隶属函数值为0.79;适合冀东平原区玉田地区种植的夏玉米品种为京科968、先玉1360、蠡玉86、郑单958和蠡玉57,其隶属函数值分别为0.71、0.65、0.49、0.48和0.48。

基于掖478导入系的玉米雄穗分枝数QTL定位

为玉米雄穗分枝数的遗传改良和分子育种提供参考,以有掖478遗传背景的SL19-22导入系为母本与轮回亲本掖478杂交,构建F2群体,在3种生态环境下田间种植观察亲本及其F2群体的雄穗分枝数,并采用SSR标记和单标记作图法进行基因型鉴定和雄穗分枝数的QTL定位分析。结果表明:2016年在QY、SH和SF环境下,掖478亲本的雄穗分枝数分别为(17.5±2.5)个、(14.8±2.1)个和(19.0±2.4)个,SL19-22亲本分别为(10.2±2.4)个、(11.3±1.7)个和(12.9±1.7)个,F2群体分别为(12.9±2.7)个、(13.9±4.2)个和(14.5±3.8)个,且2亲本的雄穗分枝数差异达显著水平(P<0.05)。在SH和SF环境下,检测到在第5染色体umc1225位点处有1个控制雄穗分枝数的QTL位点,其对雄穗分枝数表型变异的贡献率分别为24.4%和33.9%。因此,雄穗分枝数较少的SL19-22亲本可作为种质材料进行雄穗分枝数改良,umc1225则可用于玉米雄穗分枝数的分子标记辅助选择育种。

Mutator转座子介导的玉米胚大小突变体的遗传分析

玉米胚大小是由多基因控制的数量性状。本研究以Mutator(Mu)转座子诱变的M5和BC2F2群体为材料,采用数码成像和Photoshop软件相结合的方法测定胚大小,计算胚面积与籽粒面积;以胚面积和籽粒面积的比值(SST)作为胚性状评价标准,对M5和BC2F2诱变材料进行遗传分析。结果表明:在2种世代的诱变群体中共获得了8个胚大小突变体;用MuTail-PCR方法分析突变体材料Mu插入位点的侧翼序列,获得了Mu因子真实性插入的2个靶位点;经Blastn功能分析,该2个靶位点可能与编码鸟嘌呤核苷酸结合蛋白和一种泛素连接酶有关。这些突变体为进一步克隆控制胚大小的基因提供了宝贵的材料。

Mutator转座子介导的PPR插入位点分离与遗传分析

利用Mutator(Mu)诱变群体,进行Mu因子插入PPR(Pentatricopeptide Repeats,PPR)位点的分离,及其插入真实性验证。以含活性Mu转座子为父本和玉米自交系综31(Z31)杂交,经与Z31多代回交和自交获得BC3F2为材料,利用Mu-AFLP方法分离Mu插入侧翼序列的PPR位点,且验证插入真实性。采用Mu-AFLP方法获得Mu因子插入侧翼序列14条,去除冗余序列2条和重复序列8条,其余4条为Mu因子插入的基因序列,经基因型遗传分析验证了2条侧翼序列为真实插入。经功能分析,其中1个为PPR突变位点,且Mu因子插入于该基因5’UTR区第121bp和第122bp碱基之间。经基因组定位和功能分析,显示Mu插入位点定位在第6染色体上,为PPR基因家族,能够编码PPR蛋白,推测可能与玉米叶色变化有关。

基于水稻粒长OsPPKL1基因的玉米同源基因的生物信息学分析

为弄清玉米中粒长基因的调控机制,采用生物信息学的方法,对水稻粒长基因OsPPKL1进行同源性分析。结果表明:玉米GRMZM2G070323和GRMZM2G148539基因是OsPPKL1的同源基因,分别位于第1染色体和第5染色体上;这2个基因的基因结构存在一定差异;玉米同源基因与OsPPKL1存在良好的共线性;这2个玉米基因与水稻粒长基因在蛋白质序列、理化性质、高级结构和表达部位等方面均表现出高度的一致性。

玉米叶色突变体遗传分析及基因定位

玉米叶色与叶绿体及结构相关,调控光合产量,因而对调控叶色基因的遗传研究或克隆将有助于玉米光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制的解析。本研究以玉米W22::Mu介导的综31为遗传背景的导入系群体为材料,获得了细胞核单隐性基因控制、叶绿体结构和数目异常、色素缺失和PSII显著降低的叶色突变体。使用覆盖B73基因组的SSR标记将突变位点定位于约2. 95 Mb区间(bnlg1863~umc2075)。基于区段标记开发和1200单株分离群体将突变位点精细定位于约900 kb区间(B73 Ref Gen_V4; S1~S7区间),经区段内基因表达和功能分析获得了候选基因Zm00001d010000,该基因编码硫氧还蛋白,与突变体表型形成相关。该研究将为光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制解析提供重要的基因或标记资源。

基于掖478导入系的玉米叶面积QTL定位

玉米叶面积与玉米产量密切相关,因而叶面积被当作遗传育种改良的重要目标。本研究利用叶面积具有显著差异的以掖478 (Ye478)为遗传背景的导入系纯合系SL19与Ye478为亲本构建F2作图群体,对3个环境下F2群体单株的穗三叶叶面积进行表型统计分析,利用单标记分析法及IciMapping复合区间作图法对叶面积进行QTL定位。结果显示:2个环境下均于玉米第6染色体umc2068～umc1883区间(3.0 Mb)检测到1个与叶面积相关的QTL,其LOD值分别为4.4和3.0,表型贡献率分别为17.2%和10.9%。该QTL属于主效环境敏感型QTL,且基于表型效应及基因表达水平验证了该QTL真实性。本研究为叶面积的精细定位以及分子标记辅助育种改良玉米叶面积提供重要信息,同时本研究使用的导入系纯合系SL19可直接应用于叶面积遗传改良的实践育种中。