基于PCR-HRM的水稻氮高效基因NRT1.1B功能标记开发及应用

水稻对氮肥的高效与合理利用是发展绿色农业的重要保障。培育含有氮高效基因的水稻品种,是提高氮肥利用率最经济有效的途径。本研究开发了一个用于HRM(高分辨率熔解曲线)高通量检测硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B的分子功能标记。利用此标记对78份山东地方水稻品种进行NRT1.1B基因分型,发现有13个水稻品种为含有NRT1.1B的高效单倍型,表明NRT1.1B在山东省水稻品种中分布较少。利用测序分析验证,测序结果与本标记分型结果一致。可见,本研究开发的功能标记能够快速准确鉴定出NRT1.1B基因型,可为筛选和培育氮高效水稻新品种提供有力的技术支撑。

功能型分子标记(ISAP)的开发及评价

分子标记在图谱构建,QTL分析,基因定位以及标记辅助育种中起着越来越重要的作用。研究者都期望一个分子标记位点代表一个特定的基因,甚至与某种性状联系起来,这样,通过对某个分子标记的筛选即能对性状进行筛选,此即功能型分子标记。而目前广泛使用的基于PCR基础的分子标记如RAPD、SSR、AFLP等或是扩增非编码区域,或是随机在基因组中扩增,得到的位点一般与目标性状基因距离较远,这使得分子标记在应用上与其目标有一定的偏差。研究建立了一种基于基因中内含子序列的功能型分子标记,试图使标记位点与基因序列联系起来以达到其功能型的目的。它利用内含子剪接位置的保守一致序列作为其引物的核心序列,其上下游引物均为18bp,上下游引物间通过组合配对的方式作为扩增的引物对,对真核生物的基因序列进行扩增。为了验证ISAP的功能性,研究设计了17条引物(9条上游引物,8条下游引物,共计72个引物组合)对棉花F2群体进行扩增并构建遗传连锁图谱,其中67个显示了多态性,共得到212个位点。我们用此212个位点连同164个SRAP位点构建了一张包含276个位点的遗传连锁图谱,ISAP标记在整个连锁群中分布比较均匀,部分区域呈现标记高饱和现象,可能为编码序列富集区。另外对20个片段进行测序的结果表明,85%的序列显示了与已公布EST序列的同源性,说明扩增是跨越了外显子进行的,得到的序列与表达序列紧密连锁。结果显示,ISAP标记是简单,可靠,具有较高多态性,并且扩增基因区域的一种功能型分子标记。同时,还使用ISAP标记对其他植物进行了扩增,取得了良好的效果。

高等植物功能性分子标记的开发与利用

在比较遗传分析中常用的随机DNA分子标记及目的基因标记的基础上,综述高等植物中最新定义的分子标记类型,即功能性分子标记,它包括间接类型及直接类型的功能性分子标记。功能性分子标记是建立在关联分析或近等基因系中等位基因的功能性基序中单核苷酸多态性位点基础上的一类新型显性分子标记,它不依赖于分子遗传作图;利用该标记可大大提高分子标记辅助选择的效率。

基于super-BSA技术开发甜瓜含糖量和酸度性状的功能性分子标记

为达到选育甜酸味品系、缩短育种周期、提高选择准确率的目的,本研究基于简化基因组测序(SLAF-seq)的选择性基因型鉴定和集群分离分析(Super-BAS),结合生物信息学方法,以‘风味4号’甜瓜F2群体甜味、酸味、不甜不酸3个极端表型群体为试验材料,精细定位甜瓜含糖量、酸度性状相关基因并开发功能性标记。结果显示:(1)将甜瓜含糖量、酸度性状定位在双亲基因组;(2)获得1个含糖量性状相关候选基因,3个酸度性状相关候选基因;(3)针对候选基因开发出1个含糖量性状相关基因功能性分子标记SLAF18745-S01和3个酸度性状相关基因功能性分子标记SLAF36334-S02、SLAF50072-S03和SLAF31212-S04。本研究开发的功能性分子标记为甜瓜品质性状基因的分子标记辅助选择提供了重要的标记基础。

糜子GBSSI基因功能标记的开发与验证

根据糜子胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy(GBSSI)上已知功能位点的核苷酸差异设计功能分子标记,并对山西省270份糜子资源进行基因型检测和基因分型。通过对粳糯性状的鉴定,将表型与基因型结合对分子标记进行验证。对46份不同基因型糜子资源进行直链淀粉含量测定,分析该基因的遗传效应,评估其育种利用价值。GBSSI基因在糜子中以2种形式(L和S)存在,针对S型基因15 bp的InDel位点设计了一个功能标记(RYW214),该标记能有效区分126 bp、141 bp和杂合(126/141 bp)3种带型,粳糯性鉴定显示该标记结果与表型鉴定结果吻合度高,达93.30%,Pearson相关性指数r为0.745。针对L型基因上的一个单核苷酸插入位点和一个SNP位点,设计了2个CAPS标记(RYW215、RYW216),该标记可对L基因准确分型。270份资源中,共有11种基因型。其中,基因型S_(-15)/L_(F)最多,有84份(31.10%),其次是S_(0)/S_(-15)/L_(F)(22.96%),S_(-15)/L_(Y)/L_(F)最少(0.74%),未发现S_(-15)/L_(C)。46份材料中,直链淀粉含量较高的基因型为S_(0)/L_(Y)/L_(F)(15.50%),最低为S_(-15)/L_(F)(0.58%)。突变基因型S_(-15)会导致直链淀粉含量出现质的下降,杂合基因型S0S_(-15)直链淀粉含量稍高于纯合基因型S_(-15)。

分子标记技术的两种新分类思路及目标分子标记技术的提出

简述了应用广泛的几种常用分子标记技术RFLP、RAPD、SSR、ISSR、AFLP的优缺点,以及对这些分子标记技术的常用分类方法,提出了分子标记技术的两种新分类思路,第一种思路完善了以技术原理分类的方法,把基因芯片技术归于同时基于分子杂交和PCR的第三类分子标记技术,第二种思路根据标记的基因组来源分为随机分子标记、目标分子标记、目的基因分子标记和功能性分子标记四大类,结合有关文献对这四大分子标记技术类型进行了各自的概念界定,着重介绍了目标分子标记技术产生的理论与技术背景,并列出了目标分子标记技术的代表种类及相关信息,认为开发目的基因分子标记和功能性分子标记将是分子标记技术的发展趋势。

分子标记鉴定与田间性状选择相结合培育水稻‘黑大香1’

本研究旨在培育黑龙江省良食味稻米生产亟需的高产优质中熟水稻新品种。在水稻‘吉粳88’×导入系‘稻花香2号(hd2hd4)’后代中,分子标记和田间性状选择相结合培育符合育种目标的水稻品种。水稻‘吉粳88’具有株型直立、抗倒伏、高产和Hd2Hd2Hd4Hd4抽穗期基因型及晚熟等特征,导入系‘稻花香2号(hd2hd4)’具有香味、适口性好和hd2hd2hd4hd4基因型及早熟等性状。从‘吉粳88’ב稻花香2号(hd2hd4)’的杂交后代材料中,培育了具有hd2hd2Hd4Hd4fgrfgr基因型、主茎叶片13片、茎叶直立、抗倒伏、高产、有香味、适口性好的水稻新品系,命名为‘黑大香1’。‘黑大香1’农艺性状优良,可用于黑龙江省第1积温区下限良食味稻米生产。

番茄果皮颜色的基因功能标记开发及色差仪参数相关分析

番茄果皮颜色由已克隆的SIMYB12基因控制,是影响消费者选择的最直观标准和重要的外观品质之一,利用分子功能标记及精准的果皮颜色测定对果皮颜色进行筛选,对加快番茄果皮选育具有指导意义。根据SIMYB12基因起始密码子上游4 kbp处的603 bp片段缺失,共设计可在琼脂糖凝胶上检测的分子功能标记16对。结果显示,共有7对功能标记可用(4对显性标记和3对共显性标记),其中A-10扩增效果最好,扩增片段大小为890bp(有色果皮)和287 bp(无色果皮)。利用30份番茄种质资源对A-10进行验证,结果表明,A-10能够准确地鉴定供试材料是否包含缺失片段的基因型。利用色差仪对不同颜色的番茄果皮进行测定和分析,Ch和Lab测量值均可用于果皮颜色的定量分析,而Ch测量值更加直观和简便。本研究开发的果皮分子功能标记A-10可用于番茄果皮颜色的分子标记辅助选择育种,并且Ch测量值可用于果皮颜色快速和准确的测定。

水稻GLW7基因功能标记的开发和基因效应分析

根据水稻粒长和粒质量调控基因GLW7已知功能位点的核苷酸差异设计分子标记,并对国内外搜集的315份籼、粳稻品种资源进行基因型检测,分析其不同基因型的分布。同时,通过粒型性状的测定,分析该基因的遗传效应,评估其育种利用价值。结果表明,设计的功能标记能准确、有效地区分出201 bp和190 bp 2种带型,即大粒(Large grain haplotype,LGH)和小粒(Small grain haplotype,SGH)2种等位变异。从籼、粳亚种间的基因型分布来看,籼亚种中LGH和SGH的比例分别为95.65%和4.35%,而粳亚种中LGH和SGH比例分别为25.50%和74.50%,2种等位变异的分布在籼粳亚种间存在明显差异。粒型的测定结果表明,含不同等位变异的品种在粒长、粒厚、长宽比和千粒质量上存在显著或极显著差异,而粒宽则没有明显差异。进一步通过籼、粳分类分析发现,亚种间2种等位变异对粒型的效应并不完全一致,但都具有提高籽粒质量的作用。

利用比较基因组学开发山羊草属InDel分子标记

为开发和利用小麦野生近缘种的优异基因,采用比较基因组学方法,通过拟斯卑尔脱山羊草EST(expressed sequencetag)与小麦UniGene序列的比对分析,发现山羊草插入/缺失(InDel)位点137个,在这些位点两端序列设计引物24对,通过在15个小麦野生近缘属种基因组DNA的扩增分析,发现11对引物具多态性,可以作为InDel标记。这些包含突变位点的基因涉及亚细胞定位、蛋白质结合与催化以及代谢等过程。

分子标记鉴定结合田间农艺性状选择培育水稻黑C173

黑龙江省水稻主茎叶片14或15片晚熟品种往往具有抽穗期Hd2Hd2Hd4Hd4基因型,主茎叶片11片叶的早熟品种是hd2hd2hd4hd4基因型。培育适于黑龙江省第3积温区的、具有茎叶直立、抗倒伏、耐冷、出米率高、丰产的水稻新品种是十分重要的。以种植于吉林省北部及黑龙江省南部的株型直立、抗倒伏、丰产、晚熟水稻吉粳88为母本,以具有早熟、耐冷性好的空育131为父本配制杂交组合。在杂交后代材料中,秧苗阶段利用分子标记选择抽穗期基因,本田阶段目测观察选择株型、株高、抗倒伏和耐冷等农艺性状,创制符合育种目标要求且稳定的水稻株系及品系。对创制的水稻品系进行田间鉴定及重要农艺性状鉴定,培育符合育种目标的水稻新品种。利用Hd2-Caps和Hd4-Caps等功能性分子标记,在秧苗期对吉粳88×空育131杂交后代材料进行鉴定,选择具有hd2和hd4基因的植株移植到本田,在本田阶段田间观察选择株型、株高、抗倒伏和耐冷等农艺性状。通过将分子标记和田间性状选择相结合,获得了具有hd2hd2hd4hd4基因型的茎叶直立、抗倒伏、耐冷的水稻黑C173候选品系。对黑C173候选品系进行田间鉴定及选择,对入选的综合性状好的品系进行抗稻瘟病性、耐冷性和抗倒伏性等性状鉴定,初步培育成功了水稻新品种黑C173。黑C173水稻的主要特点是主茎叶片数11片左右、茎叶直立、千粒重24 g左右、株高较高、抗倒伏、耐冷、丰产、出米率高。分子标记与田间观察相结合是培育常规纯系水稻品种的有效方法,本文培育的黑C173品种可以用于黑龙江省第三积温区水稻生产。

新型分子标记的开发和利用

比较遗传分析中常用的随机DNA分子标记、目的基因标记、功能性分子标记。综述了近年开发的几种分子标记,并对新型分子标记(功能性分子标记)进行阐述,如何利用Tilling技术和关联分析的方法开发功能性分子标记,并介绍了功能性分子标记的优点和利用前景。

普通小麦镉吸收基因Cdu1组成的功能标记检测

利用新开发的功能型共显性分子标记usw47对86份供试普通小麦品种(系)的镉吸收基因Cdu1组成进行了检测和分析,结果表明:59个材料具有低镉吸收型对应的375 bp特异带,占68.60%;27个材料具有高镉吸收型对应的225 bp特异带,占31.40%。在47份小偃6号的衍生材料中,有74.47%的衍生品种(系)在镉吸收基因Cdu1基因位点上与小偃6号一致,具有低镉吸收型的优良等位变异;25.53%的衍生后代具有高镉吸收型的等位变异类型。山东省近年选育的小麦材料中多数具有低镉吸收型的特异条带。

小偃6号及其衍生后代品质相关性状基因的分子检测

小偃6号是我国小麦育种的重要骨干亲本之一。本研究利用UMN19、UMN25、UMN26、T2、T5、T13、S13、S1、T1、Wx-A1、Wx-B1、Wx-D1、YP7A、YP7B-1、PPO18、PPO29等16个功能型分子标记对小偃6号及其衍生后代的品质相关性状的基因组成进行了检测和分析。结果表明:在高分子量谷蛋白亚基两位点(Glu-A1、Glu-D1)和Waxy蛋白基因位点上,分别有78.72%、82.98%的衍生品种与骨干亲本小偃6号等位基因一致,但少数品种具有不同的优良亚基等位基因Ax2*或Dx5+Dy10;在低分子量谷蛋白亚基两位点(Glu-B3、Glu-D3)上,有25.33%的衍生品种与小偃6号等位基因一致;在八氢番茄红素合成酶基因位点Psy-A1、Psy-B1和多酚氧化酶(PPO)活性等位基因位点上,仅有17.02%和38.29%的衍生品种与小偃6号一致;并探讨了不同品质相关性状基因位点在衍生后代传递频率存在差异的原因。

遗传标记的类型、作用与水稻遗传标记的研究现状

遗传标记的发展经历了形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记的四个发展阶段,形成了各具特色的标记类型,并由此产生的功能分子标记被广泛应用于作物的育种改良。本文对遗传标记的现状进行了综述,对水稻功能分子标记的应用与发展进行了分析。

水稻稻瘟病抗性基因Pi25功能性SNP分子标记开发及应用

为了使稻瘟病抗性基因Pi25在水稻分子育种中得到高效和快速利用,本研究通过将Pi25不同等位基因测序及序列比对鉴定到一个Pi25基因内特异SNP位点。使用PCR-CTPP(PCR with confrontingtwo-pair primers)的方法加以改进开发了一套鉴定该SNP的功能性分子标记,利用该标记及待检测水稻品种基因组DNA进行PCR扩增,通过不同PCR产物条带大小将Pi25与其它等位基因区分开,可快速判断待测水稻Pi25的基因型。本方法快速简单、成本低廉,可广泛应用于水稻种质资源Pi25基因型鉴定和分子标记辅助选择育种。

利用功能性分子标记辅助选育香型杂交水稻不育系

本研究采用KOH浸泡法和咀嚼法分别对11个水稻品种的叶片及稻米进行香味鉴定,结果表明‘宜香1B’等9个品种表现为具有香味,‘祥B’、‘桐B’等两个品种表现为不具有香味。利用已克隆的水稻香味基因Badh2的序列信息,设计基于目的基因的功能性分子标记FGR3,进一步对上述品种的香味基因Badh2进行检测,结果表明,‘宜香1B’等9个表型鉴定为香型的水稻品种与表型鉴定为非香型的品种‘祥B’、‘桐B’在该位点表现出不同的分子标记基因型,表型与基因型鉴定结果相吻合。表明该标记可用于水稻香味的分子标记辅助选择。为选育出具有香味的优良水稻不育系,本研究以携带香味基因的保持系‘宜香1B’为香味基因供体材料,采用本单位育成的具有强配合力的保持系‘祥B’为受体材料,配制杂交组合并进行回交,对后代材料进行分子标记辅助选择,育成香型保持系株系,同时进行不育系转育,育成了优质香型不育系‘泉香1A’,目前正对其进一步进行配组利用研究。

黄芪的分子标记开发及应用研究进展

黄芪的种质资源工作深受学者关注,随着分子标记技术的不断引入,该项研究工作已逐步取得一定的进展。笔者在查阅前期相关文献的基础上,对分子标记的定义及分子标记技术在黄芪相关研究中的总体现状进行简述,并对黄芪匿名性分子标记、功能性分子标记的开发现状以及分子标记在黄芪遗传多样性分析、物种鉴定、种质鉴定、品种鉴定方面的应用现状进行全面综述,以期能为将来的黄芪相关研究提供一定的理论参考。

水稻温敏雄性核不育基因tms5功能分子标记的开发与应用

在水稻的杂种优势利用中,两系法因为不需要保持系、不育系,育性由单一核基因控制、配组不受恢保关系制约等优点而更受青睐。tms5类型的两系不育系在目前的两系杂交稻中占有绝对主导的地位,针对该基因的功能分子标记辅助育种将为两系法的应用提供一个更加准确和高效的方法。本研究将tms5基因的功能变异开发成基于高分辨率熔解曲线分析(high resolution melting analysis,HRM)检测的特异性分子标记,并对各种类型亲本进行了HRM分型检测及测序验证。结果表明,该标记能够准确区分tms5基因的各种功能变异,且与测序结果完全吻合。将各种变异亲本与突变体‘广占63S’杂交,并用所开发的功能分子标记对其相应的后代植株进行检测,发现该标记能够很好地区分各种类型亲本与突变体的F1代个体及后续的BC1F1和BC3F2代植株。因此,所开发的功能性分子标记可以用于tms5基因的资源鉴定和分子标记辅助改良,从而为两系不育系的准确高效分子育种提供技术支持。

云南铁壳麦的穗发芽抗性鉴定与分析

为了解云南铁壳麦(Triticum aestivum ssp.yunnanense)的穗发芽抗性及其机制、筛选抗性材料,以白粒推广良种云麦53号为对照,采用整穗发芽、整粒发芽及分子功能标记的方法,鉴定了55份云南铁壳麦的穗发芽抗性及种子的休眠特性,分析了发芽指数(germination index,GI)在穗发芽抗性级别不同的材料间、分子功能标记基因等位变异间的差异及籽粒发芽率(germination percent,GP)在不同休眠级别的材料间的差异。结果表明,以整穗发芽率(spikes germination rate,SGR)为鉴定指标,在对照云麦53号的SGR达76.2%的前提下,云南铁壳麦除1份材料SGR为2%外,其他材料的SGR都为0,与对照相比,对穗发芽的抗性都很强。以GI为鉴定指标,供试云南铁壳麦对穗发芽的抗性则较弱,抗性材料较少,GI为15.5%~72.8%(对照的GI为65.7%),GI在抗性级别不同的材料间明显不同。以籽粒发芽率为依据,云南铁壳麦的种子休眠性可分为休眠、中度休眠、浅休眠和无休眠4级,GP在不同休眠级别的材料间也显著不同。用STS功能标记Vp1B3扩增出A带(652 bp)、C带(无带)的材料,其GI均与扩增出B带(569 bp)材料的GI有明显差异;用标记Vp1A3扩增出B带(170 bp)材料的GI与C带(无带)材料的GI也有明显差异,其他3个功能标记(Tasdr-B1、Tamyb10D1、Tamyb10D)扩增到不同带型材料的GI则无明显的不同,用分子标记获得的结果不能解释云南铁壳麦的穗发芽抗性或种子休眠特性的变化。