甘蔗(Saccharum)与斑茅(Erianthus arundinaceus)远缘杂交利用研究

报道了甘蔗与斑茅远缘杂交利用研究结果。本研究利用斑茅及其F1、BC1与甘蔗热带种、栽培种杂交和回交获得了一些斑茅的F1、BC1、BC2真实杂交种。结果表明:斑茅的F1、BC1的结实率低,育性低甚至不育,但通过回交可以提高斑茅杂种的结实率,且回交得到的BC1、BC2表现出了生势强,产量高、锤度高的优势,为选育具有斑茅血缘的高产高糖种质奠定了良好的基础。

甘蔗与斑茅杂交染色体组构成特征研究

斑茅是甘蔗重要的野生种质资源,渗入斑茅血缘来提高甘蔗抗性是目前甘蔗育种的重要途径之一。对甘蔗与斑茅杂交后代进行染色体分型有利于高效利用斑茅的各种优异性状。本研究利用斑茅特异引物鉴定斑茅与甘蔗杂交高世代材料的真实性,通过荧光原位杂交对甘蔗与斑茅染色体进行分型,以探究斑茅和甘蔗染色体在子代中的遗传与分离,并分析其染色体组结构特征。结果表明,杂交群体中有30份为斑茅的真实后代,包含斑茅染色体从1~10条不等,说明其后代群体基本服从n+n的遗传方式,占整个真实后代群体的60%。斑茅与甘蔗发生染色体水平的重组约16.67%,并且斑茅与不同血缘甘蔗重组的概率趋近一致。割手密种特异探针共定位结果表明,斑茅血缘的渗入降低了近现代栽培甘蔗种中热带种血缘与重组血缘的占比,并同时提高了割手密血缘的比例。本研究分析的甘蔗与斑茅杂交后代中不同血缘染色体组的遗传及结构特点,为提高斑茅种质资源在甘蔗育种中的开发利用提供了细胞遗传学基础。

甘蔗(Saccharum spp.hybrids)木菠萝素(Jacalin)基因的克隆及生物信息学分析

木菠萝素(Jacalin)类凝集素(jacalin-related lectins,JRLs)是一类糖结合蛋白,以家族形式存在于植物中并参与各种生物进程,是植物凝集素超家族中的一类新成员。本研究从甘蔗(Saccharum spp.hybrids)叶片全长c DNA文库中克隆了一个甘蔗木菠萝素基因的c DNA全长序列,命名为Sc JRL(Gen Bank登录号为:KT971368)。Sc JRL全长845 bp,开放读码框长444 bp,共编码147个氨基酸。生物信息学分析显示,Sc JRL推导编码的蛋白为稳定亲水性蛋白,分子量为16.15 k D,预测等电点为6.13。采用实时荧光定量PCR技术,对Sc JRL基因在不同浓度以及不同处理时间的非生物胁迫处理下的表达进行了检测。结果显示,Sc JRL基因分别受Me JA(100μmol/L),SA(5 mmol/L)和H2O2(10 mmol/L)的诱导上调表达,且在处理3 h时表达量已达到最高;Sc JRL基因还分别受到ABA(100μmol/L)和Na Cl(250 mmol/L)的抑制而下调表达,且二者呈现出相同的表达模式。此外,不同处理的H2O2均诱导Sc JRL显著上调表达。当采用中等浓度的外源胁迫处理时,Sc JRL对ABA或Na Cl应答趋势的一致性,以及Sc JRL对SA或H2O2应答趋势的一致性,这说明甘蔗Sc JRL基因作为早期响应基因参与了Me JA和SA信号通路介导的甘蔗防御反应。并且该基因经由SA信号通路正向调控参与了甘蔗应答氧化胁迫,在甘蔗应答抗氧化胁迫机制过程中扮演积极的角色。此外,Sc JRL还经由ABA信号通路介导参与了甘蔗应答盐胁迫,且与ABA信号呈正相关。

十四个甘蔗与斑茅属间远缘杂交BC_(3)F_(1)品系生理特性研究

斑茅是甘蔗近缘属(蔗茅属)的野生种,抗逆性强,利用斑茅与甘蔗进行属间远缘杂交,导入斑茅优良抗性基因,可拓宽遗传基础,获得优异抗逆种质或亲本,加速甘蔗品种改良。对华南农业大学甘蔗研究室培育鉴定的14个甘蔗斑茅属间杂交后代BC_(3)F_(1)品系进行一年新植、一年宿根田间生理特性评估。结果表明,14个参试品系及对照(CK,柳城05-136)的新植及宿根苗期、分蘖期、拔节期、伸长期的叶片SOD活性、POD活性、CAT活性及可溶性糖、可溶性蛋白含量主要呈现上升趋势,叶片MDA含量呈现下降趋势;总体而言,HE15-30、HE15-71、HE15-77、HE15-61和HE15-63等5个品系在上述4个生育时期的叶片SOD活性、POD活性、CAT活性及可溶性糖、可溶性蛋白含量高于CK,MDA含量低于CK,表明这5个品系具有较强的抗逆生理特性。

基于GISH的甘蔗与蔗茅属间杂交F_1后代染色体组成及核型分析

【目的】探讨甘蔗(Saccharum spp.)与蔗茅(Erianthus fulvus)杂交F1材料的染色体组成及核型差异。【方法】以甘蔗与蔗茅间杂交所获得的16份F1材料为研究对象进行单色及双色基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)研究,在GISH的基础上对3份材料的中期染色体进行核型分析。【结果】GISH的研究结果表明,子代材料中具有7—10条不等的父本染色体;由于母本遗传物质对父本遗传物质的排斥作用引起的染色体消减及片段化导致父本染色体在子代中有断裂的现象;研究结果表明,在间期核中亲本染色质以分散的方式单独分布;3份材料的中期染色体进行核型分析的公式分别为2n=92=80m(4SAT)+12sm、2n=88=82m+6sm及2n=88=78m(2SAT)+10sm,核型分类为2C、2C和2B。【结论】甘蔗×蔗茅杂种F1的染色体组成为n+n及2n+n,它们的核型均为较原始的染色体类型。

甘蔗野生种割手密远缘杂交后代品质性状的遗传研究

利用甘蔗品种Co419与野生种割手密云南75-1-2远缘杂交,ROC25与远缘杂交后代云野02-356进行回交,分别获得F1和BC1群体;利用R软件,分析了2个群体全部真实性后代品质性状的遗传表现。结果表明,杂交后代品质性状广义遗传力高,正态分布特性明显,品质性状间显著正相关;F1含糖量和纤维含量高于商业亲本,但甘蔗蔗糖分、蔗汁糖分、蔗汁锤度和简纯度等性状劣于商业亲本;BC1除含糖量高于双亲外,其他性状介于双亲之间,但主要性状均优于F1,后代性状恢复快。

基于GISH的甘蔗与斑茅F_1染色体遗传与核型分析

斑茅在甘蔗育种的利用是现代甘蔗育种种质创新的热点，育种者期望把斑茅中优异的特性通过杂交渗透到甘蔗中。甘蔗与斑茅的F1是斑茅利用研究的难点也是基础。本研究利用基因组原位杂交技术（GISH）分析甘蔗与斑茅的F1染色体构成和核型，探讨甘蔗与斑茅F1染色体的遗传行为。GISH结果表明，甘蔗与斑茅杂交F1的染色体众数68-69条，其中40条来自甘蔗热带种Badila，28-29来自海南斑茅，未发现有染色体的交换或易位现象。参试材料大部分染色体都属于中部着丝点（m）的染色体，少数为近中部着丝点（sm），YCE95-41核型属2B型，其余的核型都属为1B型。甘蔗与斑茅的染色体按n ＋ n的方式传递给F1，本研究结果为斑茅种质在甘蔗育种中的利用及其杂交后代染色体细胞遗研究提供参考依据。

斑茅割手密杂种后代真实性鉴定及遗传分析

以斑茅GXA87-36(♀)与割手密GXS79-9(♂)杂交获得的经形态鉴别为真杂种的后代材料GXAS07-6-1(斑茅割手密杂合体)及其双亲为材料,利用体细胞染色体计数以及SSR、SRAP分子标记对杂种进行真实性鉴定,并利用SRAP分子标记对斑茅GXA87-36、割手密GXS79-9及其杂种后代遗传位点的传递进行分析。结果表明,GXA87-36体细胞染色体数为2n=60,GXS79-9体细胞染色体数为2n=64,其杂种GXAS07-6-1染色体2n=62,其杂交的染色体遗传方式为n+n;筛选出3对SSR引物和5对SRAP引物可分辨后代的真伪;利用71对SRAP引物扩增后代和双亲,检测到1095个遗传位点,多态性位点数为800;母本有279个位点,其中有79%传递给其后代;父本有439个位点,其中有73%传递给后代;用NTSYS-pc2.10e软件计算Jaccard遗传相似系数,双亲间为0.474,后代与母本、父本间分别为0.696、0.752,表明后代GXAS07-6-1偏向父本遗传。

甘蔗割手密远缘杂交后代产量性状的遗传及分离

利用甘蔗品种Co419与野生种割手密云南75-1-2远缘杂交,ROC25与远缘杂交后代云野02-356进行回交,分别获得F1和BC1群体,利用R软件,分析了两个群体全部真实性后代产量性状的遗传和分离表现。结果表明,杂交后代产量性状的广义遗传力皆较高,BC1群体株高、有效茎和蔗茎产量等性状的广义遗传力较F1群体有增大的趋势;主要性状均表现出明显的正态分布特性,产量因素与甘蔗产量、甘蔗有效茎数与株高表现出明显的正相关;F1株高、有效茎、蔗茎产量和宿根性表现出明显的超亲优势。

云南割手密82-114种间杂交后代SSR分子标记鉴定

针对云南割手密82-114(简称云割82-114)丰产、强生势的种质特性,利用福州果蔗(百眉蔗)×云割82-114获得99-67,利用99-67与云瑞99-248杂交获得03-1、03-3、03-12、03-16等18个杂交后代,利用03-16与ROC10杂交获得04-65,利用03-12与云瑞03-122杂交获得04-66等优良创新种质。SSR分子标记鉴定表明:99-67及03-5、03-7、03-10、03-13、03-15是真杂种,为甘蔗新品系的选育提供优良的创新种质。

甘蔗与斑茅割手密复合体的回交后代真实性鉴定及染色体遗传分析

【目的】掌握斑茅割手密复合体（简称斑割复合体）在杂交利用过程中的染色体遗传规律,为斑割复合体适宜回交利用代数提供参考依据。【方法】选用4对引物对甘蔗与斑茅割手密复合体的回交后代进行SSR标记鉴定,并利用甘蔗根尖细胞酶解去壁低渗法对真实杂种进行染色体数目观察。【结果】供试的28个杂交后代材料（15个GT05-164与GXASF108-2-28杂交BC1代,13个GT42与GXASBC112-A6-25杂交BC2代）均为真实杂种。选择在2对SSR引物中均扩增出父本特征带的后代（5个BC1代和7个BC2代）进行染色体观察,结果发现,5个BC1代的染色体数目介于95~98条,其染色体按＂n＋n＂方式传递;7个BC2代的染色体数目介于94-101条,其染色体也按＂n＋n＂方式传递。【结论】甘蔗与斑割复合体杂交BC1和BC2代中染色体传递方式均为＂n＋n＂,母本甘蔗的染色体未加倍,高贵化育种进程减慢,可能需要更高的杂交代数才能获得聚集斑茅和割手密血缘的优良品种（系）。

干旱胁迫下斑茅消减文库的构建及分析

以干旱胁迫下斑茅（Saccharum arundinaceumRetz.）叶片组织的cDNA为Tester,正常生长条件下斑茅叶片组织cDNA为Driver,利用抑制性消减杂交技术（Suppression Subtractive Hybridization,SSH）构建斑茅干旱胁迫消减文库。文库克隆总量约为30 000个,克隆重组率为99.2%;随机从文库中挑取3500个克隆分析表明,插入片段长度主要集中在200-1 000 bp之间,500 bp以上的有463个克隆,500 bp以下的有3 037个克隆,平均长度约450 bp;通过随机对16个文库阳性克隆的测序及分析,3个克隆与ATP-NAD kinase、Aldo/keto reductase和锌指蛋白高度同源,3个克隆没有同源性,10个与逆境相关,是功能未知的EST。选择编号为EL0149和EL0145两个克隆进行Northern杂交验证,结果表明EL0149克隆为干旱胁迫上调表达的EST序列,而EL0145在正常供水和干旱条件下均无明显的的杂交信号。说明本研究克隆的SSH文库质量较高,可以进一步利用SSH文库结合芯片表达谱分析作物水分胁迫下的相关抗旱基因网络。

甘蔗与蔗茅属间杂交F_1代真实性的鉴定

采用体细胞染色体计数和RAPD分子标记的方法鉴定“甘蔗×蔗茅”属间杂交种F1代的真实性。结果表明:杂种F1代材料“01/47,01/85,01/120”的2n=80～82,染色体遗传方式为“n+2n”;用110个随机引物进行RAPD扩增,63个引物可获得双亲的RAPD多态性,其中3个引物(OPC-19,OPE-2,OPF-4)可在杂种F1代材料01/64和01/120的RAPD扩增标记中显示出双亲的特征谱带,分别为父本3500bp和母本1300bp、父本1350bp和母本900bp、父本550bp和母本900bp。

环境胁迫和激素诱导甘蔗ACC合成酶基因家族三个成员的表达

ACC合成酶(ACS)是高等植物乙烯生物合成途径中的限速酶。在克隆到甘蔗ACC合成酶基因家族3个成员Sc-ACS1、Sc-ACS2和Sc-ACS3的基础上,分别以它们作为探针,检测了激素诱导和环境胁迫对甘蔗苗期该3成员表达的影响。结果表明,乙烯利诱导Sc-ACS1在叶中表达,在根中不表达;Sc-ACS2在根、叶中表达;Sc-ACS3主要在根部表达,在叶中不表达。在甘蔗叶片中,Sc-ACS1对冷胁迫、暗培养和LiCl胁迫均有应答,并受植物生长激素IAA诱导而表达;Sc-ACS2无论是在生长激素诱导还是环境胁迫下,其mRNA均维持较低水平。

甘蔗-滇蔗茅杂交F_1花粉母细胞减数分裂过程GISH分析

研究甘蔗属与滇蔗茅属间远缘杂交F1染色体遗传行为具有重要科学意义,可为发掘利用滇蔗茅野生优异基因资源提供细胞学依据。本研究采用常规压片技术对可育父本及不育杂交F1花粉母细胞减数分裂过程进行比较观察,结果显示可育父本云南95-19减数分裂正常,而不育杂交F1分裂异常;进一步对F1花粉母细胞减数分裂过程进行基因组荧光原位杂交(GISH,genome in situ hybridization)分析,结果表明:滇蔗茅与甘蔗属热带种的亲缘关系较远,双亲染色体在F1细胞中不能进行同源配对,终变期,15条滇蔗茅染色体以单价体形式存在,花粉母细胞减数分裂细胞中存在滞后染色体、染色体丢失和不均衡分离现象。甘蔗-滇蔗茅属间远缘杂交F1花粉母细胞减数分裂异常因而杂交F1花粉完全败育。

不同割手密杂交后的父性遗传分析

为了确定杂交后代遗传的真实性,分析父本在子代中的遗传比率,选用‘云割82-114’、‘云南1号’、‘云割83-184’、‘云割82-25’、‘云割82-160’、‘瑞割3号’等优良甘蔗细茎野生种作为父本,利用‘百眉蔗’、‘粤糖93-159’等作为母本,通过有性杂交,并利用SSR鉴定杂交后代的遗传关系。从140个后代材料中鉴定出109个真实杂种,27个是假阳性材料,4个自交材料。并对12个组合真实性达到6个以上的子代进行了父性遗传的评估,结果父本共检测出24个位点,各子代群体的平均父性多态性比率在33.33%～86.67%之间,平均基因杂合度较低,而父性遗传率相对较高,其中‘云割82-114’作为父本,与‘云割F180-189’杂交后代父性遗传率最低,与百眉蔗杂交后代父性遗传率较高;‘德蔗93-94’作为母本,与‘云南1号’杂交后代的父性遗传率最高,与‘云割83-174’杂交后代的父性遗传率最低。

斑茅割手密复合体(GXAS07-6-1)及其与甘蔗F_1的GISH分析

斑茅割手密复合体(GXAS07-6-1)是广西蔗茅属斑茅和广西甘蔗属割手密的属间杂种,聚集了双亲的优点。本研究利用基于Alu-like的PCR鉴定方法对GXAS07-6-1及甘蔗与GXAS07-6-1的3份F_1材料进行真实性鉴定,基于基因组原位杂交技术(GISH)对父本GXAS07-6-1及其3份F_1染色体组成及核型进行分析。研究结果表明:3份F_1材料为GXAS07-6-1的真杂种;父本GXAS07-6-1的染色体众数为62条,其中30条来自蔗茅属斑茅,32条来自甘蔗属割手密,核型分类属于1B,其染色体按"n+n"方式传递;GXASF_108-2-17、GXASF_108-2-22、GXASF_108-2-32的染色体数目为78~80条,其中69~71条来自甘蔗属,9~11条来自蔗茅属斑茅,3份F_1的核型分类分别属于2B、1B、1B,染色体传递方式均为"n+n"。父本GXAS07-6-1及3份F_1材料中均未发现有染色体的交换或易位现象。甘蔗与斑割复合体杂交,蔗茅属斑茅染色体在亲子间传递过程存在丢失现象。

近年来海南甘蔗育种场甘蔗开花诱导与新种质杂交利用研究

对Ｂａｄｉｌａ、 Ｂｌａｃｋ Ｃｈｅｒｉｂｏｎ、 Ｃｒｙｓｔａｌｉｎａ、粤糖５７－４２３、 Ｃｏ４１９、闽糖７０－６１１以及新引进的热带种５７ＮＧ１５５、ＩＪ７６－３１５和Ｋｏｒｐｉ等进行了人工开花诱导试验。除Ｂｌａｃｋ Ｃｈｅｒｉｂｏｎ和Ｃｒｙｓｔａｌｉｎａ外，其它参试品系均成功地诱导开花。这些品种在适当的处理条件下，开花率达３０％以上，始花期提早至１１月上旬至１２月上旬，有效地解决了在海南甘蔗育种场自然条件下不开花或花期太迟的问题。１９９５／９６～１９９８／９９杂交季，海南甘蔗育种场利用新热带种资源（包括Ｂａｄｉｌａ）与当地的细茎野生种和斑茅、新引进的大茎野生种以及印度种进行基础杂交，共做了５０个与新引进热带种有关的组合，生产了６６个杂交花穗，定植８７００多株实生苗，选育出一批遗传基础广泛的基础杂交后代。

斑茅蔗BC_2品系与其亲系间叶片生理生化性状差异

选用4个斑茅杂交BC2品系及其亲系共12个品种(品系)为试验材料,在大田条件下研究了这些试验材料之间的一些生理生化性状的差异。结果表明,斑茅BC2品系的叶片酸性转化酶活性和酸性转化酶活性/中性转化酶活性、叶绿素含量、叶片细胞质膜相对透性、叶片的束缚水含量和束缚水/自由水含量均高于斑茅BC1品系,表明这些性状在回交过程中得到了改良;但在叶片的丙二醛含量、硝酸还原酶活性、过氧化物歧化酶活性方面,BC2品系却不及其BC1杂交亲本,表明这些性状在回交过程中逐渐被削弱;而叶片的可溶性蛋白质含量、还原糖含量、脯氨酸含量、过氧化氢酶和过氧化物酶却出现分离,但以YCE01-48为亲本的BC2亲系YCE03-267和YCE03-268在这些指标上均优于其BC1亲本。

甘蔗ACC氧化酶全长cDNA的克隆及序列分析

ACC氧化酶是高等植物乙烯生物合成途径中的限速酶。根据报道的植物ACC氧化酶基因序列设计特异引物，从甘蔗cDNA文库中克隆到-ACC氧化酶基因片段，命名为GZ-AC0，该基因长792bp，与甘蔗基因组文库中克隆的ACO基因片段仅18个碱基之差。根据该cDNA片段序列，设计两对末端扩增的特异引物，利用RACE-PCR技术，获得GZ-ACO片段的5’端和3’端序列。用VectorNTI7．0软件对三个序列进行拼接和分析，结果得到全长的甘蔗GZ-ACO氧化酶基因。GZ-ACO cDNA核苷酸序列长1307bp，具有一个972bp完整的读码框，启动子ATG位于126bp，终止子TAA位于1097bp，推导编码323个氨基酸。系统进化分析表明，GZ-ACO基因氨基酸序列与其它植物已报道的ACC氧化酶基因具有65％～86％的同源率，且与单子叶禾本科植物首先聚类，其次与单子叶芭蕉科、兰科植物聚类，最后与双子叶植物聚类，与植物形态的系统进化结果一致。该基因已在DDBJ／EMBL／GenBank基因数据库注册，注册号为AY521566。