不同抗旱基因对小麦千粒质量的影响

为了阐明不同抗旱基因对小麦粒质量的影响,以352份黄淮麦区主栽品种(或品系)为试验材料,设置正常灌溉和干旱2个试验处理,从2019—2021年连续3 a进行小麦粒质量数据调查。分别利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个抗旱基因的KASP标记对试验材料进行检测,研究不同抗旱基因对小麦粒质量的影响。结果显示,3个基因的KASP标记可以对试验材料进行很好的基因分型,1-fehw3和Cwi-4A基因的KASP标记分型效果比TaDreb-B1基因标记更优。1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因的优势等位基因型分布频率分别为36.9%,41.1%,35.1%。利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行单独检测时,在不同年份和不同条件下,抗旱基因型与不抗旱基因型品种间千粒质量均未达到显著水平。当以2个基因进行联合检测时,1-fehw3+TaDreb-B1在2019年正常灌溉和2020年干旱2个环境下抗旱基因型较不抗旱基因型千粒质量达到显著水平;1-fehw3+Cwi-4A在2019干旱和2020干旱2个环境下千粒质量达到显著水平;TaDreb-B1+Cwi-4A在2020年干旱环境下千粒质量达到显著水平。当以1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行联合检测时,除2020年正常灌溉条件之外其余5个环境下抗旱基因型千粒质量均显著高于不抗旱基因型。结果表明,由于抗旱性是由多基因控制的复杂性状,单个抗旱基因对小麦抗旱性的贡献率较小,但通过分子标记辅助选择手段进行多个基因聚合育种,可以显著提高小麦抗旱性。

云南小麦品种(系)株高和粒重相关功能基因的KASP标记检测

利用矮秆基因Rht-B1、Rht-D1和千粒重功能基因TaCwi-A1、TaGW2-6A、TaSus2-2B的KASP标记,对云南省育成的42份小麦品种(系)进行单倍型检测,旨在筛选出含有目标基因的优异小麦种质,为云南省小麦产量相关性状的遗传改良提供材料和方法。结果表明,供试材料的株高基因组成分为5种类型,分别为Rht-B1a/Rht-D1a(40.48%)、Rht-B1a/Rht-D1b(23.81%)、Rht-B1a+197bp/Rht-D1a(4.76%)、Rht-B1b/Rht-D1a(28.57%)、Rht-B1b/Rht-D1b(2.38%)。供试材料中TaCwi-A1基因TaCwi-A1a高粒重单倍型的分布频率为42.86%,TaGW2-6A基因Hap-6A-A高粒重单倍型的分布频率为38.10%,TaSus2-2B基因Hap-H高粒重单倍型的分布频率为71.43%。5份品种(系)为3个千粒重基因的TaCwi-A1a/Hap-6A-A/Hap-H高粒重单倍型组合,频率为11.90%。研究表明,云南小麦品种(系)产量相关性状具有较好的遗传改良潜力。

大麦BAC文库三维混合池的构建与HvGW2筛选

【目的】从大麦BAC文库中快速筛选包含目的基因HvGW2的阳性BAC克隆。【方法】构建BAC文库三维混合池,设计2对HvGW2特异性引物,进行BAC文库筛选,对含有目的基因HvGW2的阳性BAC克隆进行测序,获得编码大麦GW2蛋白的基因组DNA序列,并与禾本科中的GW2进行同源进化分析。【结果】构建了大麦BAC文库的三维混合池160个,文库空载率为0.18%;筛选到含HvGW2的阳性BAC克隆3个,其中,BAC克隆196M02包含完整编码该基因的序列;HvGW2包含8个外显子和7个内含子,具有与其它植物GW2相似的结构特征和保守的功能结构域;同源进化分析结果显示,大麦与小麦的GW2蛋白同源性最高;序列分析发现,HvGW2第6内含子上包含2个不同类型的反转录转座子插入,从而使大麦比其它作物的GW2长度增加11.5 kb以上。【结论】通过构建三维混合池快速筛选包含目的基因的单个阳性BAC克隆,建立了大麦目标基因克隆的辅助平台;HvGW2基因组中位于内含子区的反转录转座子插入导致基因长度增加,可能是影响该基因转录水平的关键变异。

玉米新选自交系穗粒重和百粒重的遗传分析

利用江苏省沿江地区农业科学研究所新育成的玉米3个自交系S1、S3和S7组配的2个组合S1×S3和S3×S7的P1、P2、F1、B1、B2、F26个世代,运用主基因+多基因遗传模型和6个世代联合分析的方法,进行了玉米穗粒重和百粒重性状的遗传分析。结果表明:玉米穗粒重性状在2个组合中均表现为2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因遗传,以主基因遗传为主。百粒重性状在S1×S3组合中表现为2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传,在S3×S7组合中表现为1对加性-显性主基因+加性-显性多基因混合遗传,均以主基因遗传为主。自交系S3在穗粒重性状上含有比S7或S1效应大的主基因,可用于改良江苏省主推品种苏玉19的穗粒重。

宁夏小麦种质资源粒重基因KASP标记检测及验证

为挖掘高粒重小麦种质资源,连续2年在宁夏引黄灌区生态条件下测定了209份小麦种质资源的千粒重、粒长、粒宽和粒厚4个籽粒相关性状,同时用4个粒重相关基因TaGW2-6B、TaGASR、TaGS-D1和TaCWI-4A的KASP标记对参试材料进行基因型检测。结果表明,宁夏小麦种质资源籽粒表型性状较丰富。千粒重、粒长、粒宽和粒厚分布范围分别为29.73~56.25 g、5.82~7.57 mm、2.87~3.83 mm和2.74~3.55 mm。4个基因标记分别将参试材料区分为两种单倍型:TaGW2-6B将参试材料区分为Hap-6B-1和Others两种单倍型,其中优异单倍型Hap-6B-1的频率为62.44%;TaGASR将参试材料区分为H1c和H1c/H1g两种单倍型,其中优异单倍型H1c频率为93.10%;TaCWI-4A-1523将参试材料区分为Hap-4A-C和Hap-4A-T两种单倍型,其中优异单倍型Hap-4A-C频率为76.41%;TaGS-D1将参试材料区分为Ta GS-D1a和TaGS-D1b两种单倍型,其中优异单倍型TaGS-D1a频率为86.50%。TaGW2-6B与千粒重显著相关,与粒宽和粒厚极显著相关;TaGASR与千粒重和粒长极显著相关,与粒宽显著相关;TaCWI-4A与千粒重、粒宽和粒厚显著相关。宁夏小麦种质资源粒重基因主要包括7种优异单倍型组合,其中,Hap-6B-1+H1c+Hap-4A-C+TaGS-D1a组合对千粒重、粒宽和粒厚有显著的正向调控作用,Hap-4AC+TaGS-D1a组合对粒长有显著的正向调控作用。因此,在宁夏引黄灌区生态条件下TaGW2-6B、TaGASR和TaCWI-4A能够较好地区分小麦粒重大小,可用于粒重性状选择。在209份参试材料中,共筛选到14份千粒重大于50 g的高粒重材料,其中有9份材料聚合了4个粒重相关基因的优异单倍型。

黄淮麦区小麦粒重基因等位变异的分子鉴定及育种应用

采用特异性引物PCR扩增方法对183份黄淮海麦区的小麦品种(系)的粒重基因TaCwi-A1、TaGw8-B1和TaGS-D1的等位变异进行分子鉴定,并结合2016—2017和2017—2018年度的千粒重表型数据,分析不同等位变异类型对小麦粒重的影响,从而找出优势基因型组合。结果表明,不同年份间参试品种(系)的千粒重差异达到极显著水平(P<0.01);TaCwi-A1位点上发现TaCwi-A1a和TaCwi-A1b两种等位变异,其分布频率分别为66.7%和33.3%;TaGw8-B1位点上TaGw8-B1a等位变异分布频率较高,为94.5%,而TaGw8-B1b等位变异分布频率极低,仅为5.5%;TaGS-D1位点上发现TaGS-D1a和TaGS-D1b两种等位变异,其分布频率分别为79.8%和20.2%。不同等位变异组合的品种千粒重存在显著差异(P<0.05),其中具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高,与具有TaCwi-A1b/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重差异不显著,但是显著高于其他组合(P<0.05)。TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1b基因型组合小麦品种(系)的平均千粒重最低。TaCwi-A1、TaGw8-B1和TaGS-D1位点上的不同等位变异均会导致小麦千粒重的显著变化,其中TaGw8-B1和TaGS-D1位点上的等位变异对小麦粒重的影响更为重要。在参试材料中没有发现具有3个低千粒重等位变异组合TaCwi-A1b/TaGS-D1b/TaGw8-B1b的品种,在7种不同等位变异组合中,具有3个高千粒重等位变异组合TaCwi-A1a/TaGS-D1a/TaGw8-B1a品种的平均千粒重最高,是优势基因型组合。

小麦粒重相关基因的遗传定位和分子标记辅助育种进展

粒重是小麦产量构成的三要素之一。该性状是受多基因控制的复杂数量性状,基因型和环境对其均有显著影响,但基因型是最为主要的决定因素。控制粒重及其构成要素的基因广泛分布在小麦3个基因组的各条染色体上,且已有多个可直接用于小麦粒重辅助选择的分子标记被开发。目前,国内外学者围绕粒重形成的遗传特征、基因定位、分子机理以及影响粒重高低的外界因素等进行了大量研究,并取得了一些重要的研究成果。本文综述了小麦粒重的构成因素及其影响因素,阐述了近年来粒重形成相关基因的遗传定位、克隆及其等位变异的挖掘,又系统总结了小麦粒重形成相关基因功能标记的开发及其分子标记辅助育种利用情况,同时展望了小麦粒重的下一步研究前景。

小麦粒重基因定位研究

本文以低粒重的多小穗品系“10阿”为被测材料,“中国春”和“阿勃”两套单体系列为测验系,对粒重性状进行了基因定位研究。结果表明,被测材料“10阿”粒重低受5A、1B、2B、6B、2D和7D等染色体上的隐性基因所控制。从其减小效应的程度来看,1B和2B染色体上的基因表现为强效。5A、6B、2D和7D染色体上的基因表现为弱效。

水稻单穗重和千粒重的QTL定位

用基于混合线性模型的统计方法对一套来源于亲本IR64/Azucena的加倍单倍体群体在两个生产季节的水稻单穗重和千粒重进行了分析,各检测到15个QTL分别控制这两个性状,其中有6个QTL同时与这两个性状有关。所有QTL分布在除第11、12染色体以外的其余10条染色体的相应标记区间内。在控制千粒重的QTL中,12个QTL有加性效应,6对QTL带有加加上位性效应,它们不受环境条件的影响。在控制单穗重的QTL中,7个QTL具有加性效应,但其中4个QTL的表达随环境而异;6对QTL具有加加上位性,但其中1对对环境敏感。qTGW2的加性效应对千粒重的贡献率超过10%;3个QTL(qGW1、qGW7和qGW8-1)在早季环境的加性效应对单穗重的贡献率亦都大于10%,但对环境敏感。

水稻淀粉合成代谢相关基因与千粒重QTLs的连锁分析

稻米淀粉的合成和积累是水稻千粒重形成的重要基础之一。在水稻千粒重QTLs定位分析基础上 ,对本研究克隆的 14个水稻胚乳淀粉合成与积累相关基因及已报道的和预测的 4 2个相关基因进行了电子定位分析 ,比较水稻淀粉合成代谢相关基因与千粒重QTLs的连锁关系。发现有 38个基因位点与千粒重QTLs连锁 ,说明千粒重形成与胚乳淀粉积累与淀粉结构形成代谢密切相关。本研究结果将为进一步研究水稻产量形成的分子机理提供参考。

AB-QTL法定位广东高州野生稻谷粒外观性状和粒重基因

以广东高州野生稻为供体亲本，在栽培稻粤香占的遗传背景下构建了一套高代回交BC3F1群体，共计245个株系。选择117对在双亲间有多态性的SSR引物，对BC3F1株系进行了基因型分析。利用AB-QTL分析法对谷粒外观性状和粒重进行QTL分析，结果表明粒长、粒宽、粒长宽比以及粒重4个性状共检测到23个QTL，分布于水稻第1、2、3、4、5、6、8和ll染色体上，单个QTL的贡献率范围为3．77％-28．67％。其中有6个QTL的贡献率超过20％，分别是控制粒宽的qGW-11-1，控制长宽比的qLWR-2和qLWR-11，控制粒重的qGWt-5-1、qGWt-5-2和qGWt-11-1。与现有的以普通野生稻为供体的相关研究比较，本研究所定位的基因数目较多，表明高州野生稻亟需研究利用。

主要农作物粒重的研究进展

粒重是作物的重要产量性状之一,研究作物粒重的遗传机制有利于认识作物驯化过程,并为提高作物产量的相关研究奠定基础。以水稻、玉米、小麦等重要作物的粒重研究为例,对与粒重相关的基因以及粒重形成的遗传和生化机理进行了综述。

高粱粒重遗传研究进展

高粱是世界第五大粮食作物,种植并培育高产的高粱品种对缓解世界粮食安全问题具有重要意义。粒重是构成产量的一个重要因素,增加粒重是提高高粱产量的重要途径。粒重是由数量性状基因控制的复杂性状,目前已有部分控制高粱粒重的QTLs(Quantitative trait loci,QTL)被定位,这些QTLs在高粱10条染色体上均有分布。对高粱粒重的遗传特点,粒重的影响因素及粒重QTL定位的研究进展进行了总结和概述,对已定位的高粱粒重QTLs进行了比较分析,查找了水稻和玉米中已克隆的粒重相关基因在高粱中的同源基因,并与高粱粒重QTLs定位区间进行了比较,以期为高粱粒重的分子标记辅助育种及高粱粒重主效QTLs的精细定位及克隆提供依据。

小麦新种质241千粒重的基因定位

以小麦新种质材料 2 4 1为测定系 ,中国春单体系及双端体系作为测验系 ,对控制千粒重的基因进行了定位研究。结果表明 ,小麦新种质材料 2 4 1的 3A、2B、7B和 6D染色体上具有控制千粒重的基因 ,其中3A、7B和 6D染色体上的基因表现为强效 ,2B染色体上的基因表现为弱效。通过双端体分析进一步将控制千粒重的基因定位到 3AL、7BL和 6DL上 ,其中 6DL上可能具有控制 2 4

基于小麦外引种质资源的粒质量基因分子标记检测及组合分析

为了有效利用外引小麦种质资源和探讨部分小麦粒质量基因的育种应用价值,以48份小麦外引种质为材料,测定种质千粒质量,并利用4个粒质量基因(TaGW2-6A、TaCwi-A1、TaGS2-D1和TaSus2-2B)的功能分子标记进行高千粒质量等位变异类型和分布检测。结果表明,外引种质材料的平均千粒质量为30.15 g,变异范围为20.13~43.19 g,超平均值种质材料占45.8%。外引小麦种质中4个粒质量相关基因存在8种单倍型,TaCwi-A1基因、TaGW2-6A基因的高千粒质量单倍型TaCwi-A1a和Hap-6A-A的平均千粒质量均显著高于对应的低千粒质量单倍型TaCwi-A1b和Hap-6A-G。而TaSus2-2B基因、TaGS2-D1基因的低千粒质量单倍型TaSus2-2Bb和TaGS2-D1b的平均千粒质量均显著高于对应的高千粒质量单倍型TaSus2-2Ba和TaGS2-D1a。含有相同单倍型组合的种质在供试材料中占比较高的,其平均千粒质量也相对较高。研究表明,这些外引小麦种质的粒质量相关性状具有较好的遗传改良潜力,在小麦育种中对多个相关粒质量基因进行综合遗传效应分析十分必要。

RFT1与Hd1所在区间对水稻抽穗期、株高和千粒重的作用

抽穗期是决定水稻品种适应地区和季节的关键性状。水稻抽穗期QTL对产量性状和(或)株高具多效作用是个普遍现象,但是,除了Ghd7和DTH8(Ghd8),其他水稻抽穗期基因的多效性尚需进一步验证。本研究针对抽穗期基因RFT1-Hd3a所处区间和Hd1所处区间,以珍汕97B为轮回亲本、密阳46为供体亲本,构建了遗传背景基本一致的2个BC2F5分离群体;采用Windows QTL Cartographer 2.5进行抽穗期、株高及千粒重的QTL分析,并根据RFT1-Hd3a下游17kb处的连锁标记Si2944及Hd1的基因标记Si9337的基因型,将每个群体中的纯合基因型材料分成4组,比较其表型差异。结果表明,这2个区间对抽穗期、株高及千粒重均呈显著作用,它们之间不呈显著互作,且Hd1所处区间对3个性状的作用均强于RFT1-Hd3a所处区间。

基于QTL-seq的水稻粒质量QTL定位及候选基因分析

利用实验室收集的优良种质资源籼稻亲本B91及B233分析影响粒质量的关键表型性状,挖掘粒质量相关的遗传位点与候选基因,进一步了解多基因调控粒型性状的遗传基础,以期在种质资源改良中加以应用。以2个籼稻亲本B91和B233及杂交繁育的F2群体为研究材料,对B91和B233籽粒颖壳和胚乳进行扫描电镜观察,测定两亲本灌浆速率;对B91和B233构建的F2分离群体进行QTL-seq分析,通过注释基因表达位置以及预测功能进一步筛选出粒质量候选基因。结果表明,根据籽粒颖壳和胚乳扫描电镜观察,B233与B91粒长、粒宽、粒厚的差异是由细胞大小和细胞数量共同决定的,且与B91相比B233籽粒饱满度较差。通过灌浆参数的比较,B233起始生长势,活跃灌浆时间,最大灌浆速率等指标均大于B91。QTL-seq分析共得到了430 762个有效SNP位点,发现了位于6条染色体上共8个QTL。主要关注正阈值区内的5个QTL,对正阈值区QTL位点内△(SNP-index)>0.7的SNP位点进行了筛选,选出在基因中非同义突变及剪接位点上的SNP突变23个基因,同时挑选出Indel突变基因共11个。根据NCBI网站对注释基因的转录表达分析及基因功能预测筛选出6个可能为调控粒质量性状的候选基因,其中基因Os04g0617600、Os04g0619600编码蛋白起到蛋白激酶或转录调节因子作用,Os04g0624600、Os04g0631000调控碳水化合物的合成与分解,Os04g0653100调控生物大分子的运输,同时也是花粉壁细胞的重要组成成分,Os02g0611450可能调控生物大分子的合成和细胞周期。综上,水稻粒长、粒宽、粒厚及饱满度均直接影响水稻籽粒质量,通过扫描电镜观察,灌浆速率调查从细胞水平和生理水平解释粒质量差异。通过QTL-seq结合注释基因转录表达分析及功能预测等手段可以更高效的筛选出粒质量的候选基因。水稻粒质量可能受到蛋白磷酸化、转录调节相关基因的影响。

普通小麦粒重相关基因克隆的研究进展

随着分子生物学特别是生物信息学和基因组学的发展,小麦粒重相关基因的克隆也取得了很大进展。本文主要介绍了与小麦粒重有关的TaGS5、TaGASR7、TaSus、TaWSC、Ta-6-SFT、TaGW2、TaCKX、TaTGW6、TaCWI、TaGS1基因以及TEF、SAP等家族基因TaTEF、TaSAP、TaSnRK2s的克隆及其功能研究的进展,以期为小麦高产育种提供参考。

小麦粒重基因等位变异的高通量分子检测及组合分析

TaCwi-A1、TaGW2-6A及TaSus2-2B基因是调控小麦粒重的基因,目前已发现TaCwi-A1基因存在TaCwi-A1a和TaCwi-A1b两种等位变异,TaGW2-6A存在启动子区Hap-6A-A和Hap-6A-G及编码区一个T碱基插入等位变异,TaSus2-2B存在SUS2-2B-H和SUS2-2B-L两种等位变异。为了探究小麦粒重基因的综合效应,为粒重基因的分子辅助聚合育种提供方法依据与优异材料,本研究利用高分辨率熔解曲线分析(high-resolution melting curve analysis,HRM)技术分别检测了上述4个位点在262份小麦微核心种质材料中的变异类型,分析了不同变异及变异组合与粒长、粒宽和千粒重的相关性,并对变异组合在我国十个麦区的分布情况进行了分析。结果表明,TaCwi-A1a单倍型品种的千粒重显著高于TaCwi-A1b(P<0.05);Hap-6A-A单倍型与Hap-6A-G单倍型品种的粒长、粒宽及千粒重均无显著差异,T碱基插入等位变异(命名为TT单倍型)材料的粒宽和千粒重显著高于无T碱基插入等位变异(tt)材料(P<0.05);SUS2-2B-H单倍型品种的粒长和粒宽显著(P<0.05)高于SUS2-2B-L单倍型品种,千粒重极显著(P<0.01)高于SUS2-2B-L单倍型品种。对变异组合的分析表明,262份材料中仅出现了8种组合类型,变异组合与粒长及千粒重呈极显著相关(P<0.01),与粒宽相关不显著,其中Ⅳ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/tt/SUS2-2B-H)为最优组合,Ⅲ型组合(TaCwi-A1a/Hap-6A-G/TT/SUS2-2B-L)为最差组合。我国十个麦区中七个麦区Ⅲ型组合分布频率最高,仅青藏麦区Ⅳ型组合分布频率较高。

水稻粒型基因GW2和GS3遗传效应分析

以大粒品种TD70和小粒品种Kasalath为背景材料,分别对其中的GW2和GS3基因进行了反义和超表达载体的构建和转化。结果表明,Kasalath来源的GW2(GW2~K)和GS3(GS3~K)转化TD70的超表达材料籽粒质量均降低,且GW2~K的贡献大于GS3~K;GW2~K和GS3~K转化Kasalath的反义表达材料籽粒质量均增加,GW2~K的贡献大于GS3~K;TD70来源的GW2(GW2~T)转化Kasalath的超表达材料千粒质量显著增加,而TD70来源的GS3(GS3~T)转化Kasalath的超表达材料粒型和籽粒质量没有显著变化,说明不同遗传背景中GW2和GS3的基因效应有差异,但同一背景下GW2对籽粒质量的贡献大于GS3。