广西割手密创新种质F_(1)群体的表型多样性分析

基于表型性状对60份广西割手密F_(1)群体创新种质材料的遗传多样性进行分析,为广西割手密创新种质材料的利用提供理论依据,以60份含广西割手密87-16血缘F_(1)群体创新种质为材料,通过变异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析对其分蘖率、株高、茎径、锤度、有效茎数、单茎重、单产和糖产量等8个主要农艺性状进行遗传多样性分析。结果表明,该群体的8个农艺性状变异较丰富,变异系数在5.51%~36.36%之间,其中单茎重的变异系数最大,达到36.36%;相关性分析表明,单产与株高、茎径、有效茎数和单茎重呈极显著正相关,并与品质性状糖产量也呈极显著正相关;主成分分析表明,2个主成分累计贡献率为75.744%,第1主成分糖产量因子是重要因子,贡献率为52.063%;聚类分析结果表明,在欧氏距离为9.50处将60份创新材料分为5类,分类的5个类群都各具优势和不足,这些性状可以根据不同的甘蔗育种目标而进行充分的利用。其中第Ⅰ类群和第IV类群的8个性状指标均优异,共筛选出12份优质材料,分别是GXSF_(1)12-1、GXSF_(1)12-27、GXSF_(1)12-29、GXSF_(1)12-53、GXSF_(1)12-14、GXSF_(1)12-40、GXSF_(1)12-42、GXSF_(1)12-63、GXSF_(1)12-10、GXSF_(1)12-13、GXSF_(1)12-21、GXSF_(1)12-26,可以进一步作为亲本材料在甘蔗育种中加以利用,也可为割手密种质应用和品种选育提供理论参考。

割手密SnRK2基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫表达分析

【目的】探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因。【方法】以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析。【结果】在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上。SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227~580,分子质量为25683.53~64695.8 kD,等电点为4.62~8.94,且均为亲水性蛋白。系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7~9个为主。SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件。割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性。所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫。【结论】割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据。

30份割手密种质资源苗期抗旱性综合评价

【目的】依据生理生化指标综合评价不同基因型割手密种质资源的苗期抗旱性,为甘蔗抗旱性育种的亲本选育提供参考。【方法】以30份割手密野生种质为试验材料进行盆栽试验,测定割手密苗期干旱胁迫处理前后的6项生理生化指标,采用主成分分析、模糊隶属函数分析和聚类分析对割手密的抗旱性进行综合评价。【结果】与正常供水相比,干旱胁迫下各割手密种质材料的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性增强,丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)含量增加,但各指标的变化程度因材料不同而存在一定差异。相关性分析结果表明,在干旱胁迫下,不同割手密种质材料叶片的过氧化氢酶活性和脯氨酸含量之间呈显著正相关(P<0.05),超氧化物歧化酶活性和脯氨酸之间呈极显著正相关(P<0.01);过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性之间呈显著负相关;过氧化氢酶活性与丙二醛含量之间也呈显著负相关,其他指标之间无显著相关性(P>0.05)。主成分分析表明,SOD活性、POD活性、CAT活性和Pro含量、SS含量、MDA含量可作为割手密抗旱性评价的重要指标。通过模糊隶属函数分析和聚类分析可将30份割手密种质材料划分为4类,其中高度抗旱材料1份(90⁃53),中高度抗旱材料2份,中度抗旱材料14份,低度抗旱材料13份。【结论】CAT活性、SOD活性、POD活性、MDA含量、SS含量、Pro含量可作为割手密苗期的抗旱性评价指标。30份参试割手密种质中,90⁃53的抗旱性最强,2015⁃22、88⁃301次之,2015⁃104的抗旱性最弱。

割手密抗旱相关基因SsREMO-1a的表达与功能分析

【目的】获得割手密SsREMO-1a基因全序列,开展组织特异表达、qPCR分析、亚细胞定位研究,研究转SsREMO-1a基因拟南芥的表型变化以及CAT基因的表达模式。【方法】以海南甘蔗野生种(割手密Sp-24)为材料,通过PCR、纯化、克隆和测序验证后获得完整的割手密SsREMO-1a基因序列。对苗期正常生长的割手密进行干旱胁迫处理,于胁迫处理后0、1、2、3、4和5 d收集幼嫩叶片、根和茎等组织进行组织特异表达分析和qPCR分析。采用烟草亚细胞定位技术、基因遗传转化技术等对SsREMO-1a的表达情况进行组织定位和功能分析。构建pBI221-SsREMO-1a-GFP融合表达载体,通过农杆菌转化烟草进行细胞定位分析。构建过量表达载体pCAMBIA 1304-SsREMO-1a,利用农杆菌转化法将SsREMO-1a导入拟南芥,观测干旱胁迫后0、1、2、3、4和5 d植株表型以及CAT-1基因表达量。【结果】SsREMO-1a基因全长均为738 bp,开放读码框(ORF)564 bp,编码187个氨基酸;组织特异性表达表明,SsREMO-1a在根、茎、叶中均有表达;qPCR分析结果表明,该基因受干旱胁迫的诱导并呈显著上调表达;亚细胞定位结果表明,SsREMO-1a蛋白定位于细胞膜上;共获得11个转基因拟南芥株系,抗旱性鉴定表明转基因植株能够提高植株的抗旱能力;转基因植株CAT-1基因表达量显著升高。【结论】SsREMO-1a能够提高植株的抗旱能力,对CAT-1基因具有一定的调控作用。

甘蔗割手密种转录因子NAP亚家族的鉴定及SsNAP2a参与叶片衰老的功能分析

NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚家族成员进行鉴定、系统进化分析、保守结构域及顺式调控元件预测;其次,克隆获得割手密种SsNAP2的等位基因SsNAP2a,分析该基因在不同生长发育阶段的表达及其在激素和非生物胁迫下的表达特征;最后,利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsNAP2a基因的功能。结果表明,在割手密种基因组中共鉴定5个NAP亚家族成员,亚细胞定位预测所有成员编码蛋白均定位于细胞核上,这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在演化中起到关键作用。系统聚类分析表明,5个代表性的被子植物(拟南芥、菠萝、水稻、玉米和高粱)与已报道的12个物种及甘蔗的NAP亚家族成员,共计46个,分为4个Clade,其演化的顺序Clade I>Clade II>Clade III>Clade IV。此外,在SsNAP亚家族成员的启动子区域预测到较多响应脱落酸和茉莉酸、低温等逆境胁迫的顺式作用元件,推测其参与多种激素和非生物胁迫相关应答通路。进一步,从割手密种SES208中克隆到SsNAP2a基因,该cDNA全长序列1173 bp(GenBank登录号为OQ335094),编码390个氨基酸残基,其与等位基因SsNAP2编码蛋白的序列相似性为97.70%,有10个氨基酸残基的差异,表明同源8倍体的割手密种等位基因序列差异较大。qRT-PCR分析表明,SsNAP2a基因在割手密种不同生长发育阶段中组成型表达,尤其在衰老的蔗皮和根中的表达量最高;在乙烯利(ethylene,ET)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、4℃低温和40℃高温处理下,其表达量呈现显著诱导表达;而在8%聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)胁迫下显著下调表达。亚细胞定位表明,SsNAP2a融合蛋白定位在细胞核上。瞬时过表达SsNAP2a基因7 d后,本氏烟(Nicotianabenthamiana)叶片有明显的卷曲、皱缩等衰老现象,ET合成相关基因(NtEFE26,NtAccdeaminase)显著上调表达,而水杨酸、茉莉酸和ABA合成相关基因(NtPR-1a/c、NtPR3和NtAREB1)显著下调表达,表明SsNAP2a基因参与多种激素信号传导途径诱发叶片衰老。以上研究结果为挖掘甘蔗NAP亚家族基因成员参与叶片衰老的生物学功能奠定了研究基础,也为培育甘蔗抗衰老分子育种提供候选的基因资源。

广西割手密核心种质构建与关联分析

为发掘甘蔗育种优异野生基因资源,以来自广西的333份割手密为材料,应用12对SSR引物的分子标记数据和28个表型性状资料构建广西割手密核心种质,并进行关联分析。关联分析结果显示,广西割手密茎径、节间长度、曝光前颜色、脱叶性和毛群共5个表型性状与8个位点显著相关;茎径与叶长、叶宽、节间长度、节数和锤度5个性状均表现出极显著相关;株高、茎径、节间长度、节数4个表型性状之间呈现显著或极显著的正相关;锤度与茎径和节间长度均表现为极显著的负相关。核心种质抽样按照总资源比例的0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9进行梯度筛选,当抽样比例达到30%以上时,即可包含100%等位基因覆盖度。遗传多样性评价和主成分分析结果显示,构建割手密核心种质所筛选材料具有丰富的遗传多样性,且基于核心种质绘制的主成分图与原始种质的分布图趋势相吻合。结果表明,根据30%的抽样比例筛选出99个割手密样本构建核心种质,遗传多样性评价和主成分分析所构建的核心种质具有较好的代表性。

24份农艺性状优异割手密黑穗病抗性鉴定及Bru1基因分子检测

【目的】筛选抗黑穗病和褐锈病的割手密种质,为甘蔗黑穗病和褐锈病抗病亲本选育提供理论参考。【方法】采用人工浸渍接种法及与褐锈病基因Bru1紧密连锁的2个分子标记,分别对24份割手密进行甘蔗黑穗病和褐锈病抗性鉴定。【结果】结果表明,试验的割手密材料表现出较强的抗黑穗病能力,有16份材料表现1级高抗,5份材料表现2级抗病,3份材料表现3级抗病;分子检测结果显示,有7份材料含有Bru1基因,占参试材料的29.17%。【结论】本研究筛选出的高抗黑穗病且兼含Bru1基因的种质,是培育抗黑穗病和抗褐锈病的甘蔗品种(亲本)的良好抗源材料。

云南八倍体割手密84-268血缘F2群体表型多样性分析

本研究以100份云南八倍体割手密84-268血缘F2群体创新种质为材料,对其株高、茎径、锤度、有效茎数、单茎重、蔗茎产量和糖产量等7个主要农艺性状进行频率分布直方图分析、遗传多样性分析、相关分析、主成分分析和聚类分析。结果表明:该群体的7个农艺性状数据表现出较好的正态分布、变异较丰富,变异系数在9.91%~50.76%之间,其中糖产量的变异系数最大达到50.76%;相关和逐步回归分析表明,蔗茎产量与株高、茎径和有效茎数呈极显著正相关,决定系数为0.9282;糖产量主要由株高、茎径、锤度、单茎重和有效茎数5个因素决定,决定系数为0.9160;主成分分析将7个农艺性状综合为3个主要成分,其累积贡献率达86.985%,其中第一主成分即蔗茎产量糖分因子是最重要的因子,其贡献率达47.615%;在欧氏距离为6.00处将100份创新材料分为3类,结果与主成分得分结果一致,其中第Ⅰ类群的7个性状指标均优异,共筛选出15个优质材料,其主成分综合得分较高,尤其值得关注的是云割F218-226-7、云割F218-226-14、云割F218-226-89、云割F218-226-48、云割F218-226-96、云割F218-226-21、云割F218-226-43和云割F218-226-5等8份材料,可以进一步筛选作为亲本材料或后备核心种质。

甘蔗属割手密种(Saccharum spontaneum)‘云南82-114’的F_2(BC_1)代同异法综合评价及同一度分类

为综合评价甘蔗属割手密种(Saccharum spontaneum)‘云南82-114’的F2(BC1)代亲本材料,采用基于集对论的同异分析法,对65份亲本材料进行了分析。结果表明,同异联系度排名前10位的材料是:云瑞09-23、云瑞09-44、云瑞09-36、云瑞09-74、云瑞09-65、云瑞09-35、云瑞09-14、云瑞09-58、云瑞09-51、云瑞09-67。超过对照新台糖22号(ROC22)的材料有33份,超过对照粤糖93-159(YT93-159)的材料有36份。在等价矩阵中取截距λ=0.910,65份‘云南82-114’的F2(BC1)代亲本材料可分为26个类型。同异联系度排名靠前、又聚为不同类型的亲本材料,通常是某些优良性状表现突出的亲本材料,这为亲本材料的进一步筛选和利用提供了依据。

两个割手密(Saccharum spontaneum L.)无性系对UV-B辐射响应的形态和生理差异

采用田间试验方法,研究了连续两年大田条件下,增强UV-B辐射(UV-B,280￣310nm,5.0kJ·m-2)对两个割手密(Saccharum spontaneum L.)无性系(Ⅰ91-48和Ⅱ91-81)形态和生理的影响,以及两个割手密无性系对UV-B辐射响应的种内差异。结果表明,两年中,在增强UV-B辐射下,Ⅰ91-485个生育时期的株高(除2004年成熟后期外)和分蘖数,以及分蘖期和伸长初期的茎径显著增加,而Ⅱ91-81株高在伸长初期和伸长后期,分蘖数在伸长初期、伸长后期、成熟初期和成熟后期(除2004年伸长后期外),以及茎径在分蘖期、伸长初期和伸长后期显著降低。两年的成熟后期,UV-B辐射导致Ⅰ91-48生物量、叶面积指数和节间长显著增加,Ⅱ91-81生物量、叶面积指数和节间长显著降低,而两个无性系节数无显著变化。两年中,UV-B辐射显著降低两个割手密无性系伸长后期和成熟初期叶展开角度。在UV-B辐射下,两年的5个生育时期中,Ⅰ91-48的类黄酮含量显著增加,丙二醛含量无显著变化,而Ⅱ91-81的类黄酮含量显著降低(除2003成熟后期外),丙二醛含量显著增加。总体上,UV-B辐射导致Ⅰ91-48叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量在两年的分蘖期、伸长初期和伸长后期显著增加,而Ⅱ91-81叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)含量在两年的分蘖期、伸长初期、伸长后期和成熟初期显著降低。割手密无性系Ⅰ91-48和Ⅱ91-81对UV-B辐射的响应具有种内差异。

甘蔗属割手密(Saccharum Spontaneum),近缘属斑茅(Sclerostachya)及河八王(Narenga)的染色体数目研究

本文对来自云南、四川、福建、广东、贵州、江西的１０６份甘蔗野生种割手密无性系，以及甘蔗近缘属斑茅无性系２８份与河八王无性系３份的染色体进行观察计数。发现割手密染色体数目类型十分丰富有２ｎ＝６０、６４、７０、７２、７８、８０、９０、９２、９６、１０４、１０８，１１种类型，其中以２ｎ＝６４、８０、９６，３种类型出现频率最高，说明我国的割手密资源十分丰富。斑茅与河八王的染色体数目较为固定，分别为２ｎ＝６０，３０各１种类型。

云南割手密（Saccharum spontaneum）染色体数目及其地理分布研究

对８７份云南割手密无性系进行了染色体数目和植物学性状的观察，发现云南割手密染色体数目有２ｎ＝６０、６４、７０、８０四种类型。讨论了染色体倍性与植物学性状及地理分布的关系。

四川割手密(Saccharum spontancum L.)同工酶研究

以四川省的48个割手密为材料,采用垂直板状聚丙烯酰胺凝胶电泳进行3种同工酶分析。结果表明,在酯酶、过氧化物酶、谷氨酸草酰乙酸转氨酶中,以过氧化物酶分析效果最佳,可作为甘蔗野生资源种群划分的生化指标。根据过氧化物酶谱特征,供试样本出现19个类群,反映了四川割手密的多态性、遗传差异和地理分布的特点。

割手密(Saccharum spontaneum L.)幼叶的组织培养

研究了从割手密幼叶诱导愈伤组织的条件,试验表明,培养基以MS附加2,4-D1～4mg/L为佳,所接种的幼叶以4cm以内为适宜的区段。不同材料在诱导愈伤组织和分化成苗方面都表现出明显的差异,说明云南的割手密在生理和遗传上存在着丰富的种内变异.

紫外辐射增强对4个割手密无性系(Saccharum spontaneum L.)叶片附生真菌数量的影响

采用大田试验方法,研究了模拟紫外辐射(UV-B,280～310 nm)增强对4个UV-B辐射敏感性不同的割手密无性系叶片附生真菌数量的影响。结果表明,UV-B耐性割手密无系性92-11叶片附生真菌数量较少,UV-B辐射增强减少了4个割手密无性系叶片附生真菌的数量。

割手密遗传多样性研究进展

割手密是甘蔗细茎野生种,为甘蔗提供了抗逆性、适应性和宿根性等优良性状,是甘蔗遗传改良的重要资源。本文综述了利用形态学标记、生化标记和分子标记的割手密遗传多样性研究进展及割手密基因多态性研究、染色体数目多样性与演化研究进展,统计并分析了近年来割手密遗传多样性研究中的Shannon-Wiener多样性指数和变异系数,分析了中国割手密的特性:具有丰富的遗传多样性、较高的遗传变异潜力、明显的地域特征,并对割手密资源的利用进行了展望。

甘蔗割手密种糖转运蛋白基因SsSWEET11的克隆与功能分析

SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程。为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释SsSWEET11基因序列设计特异引物,利用RT-PCR技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析SsSWEET11的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsSWEET11的功能。结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11基因(登录号为OP554214),该基因全长927bp,编码308个氨基酸残基,具有2个MtN3_saliva结构域和7次跨膜结构域。系统进化树分析显示,SsSWEET11属于SWEET蛋白家族第Ⅲ亚家族成员,与高粱SbSWEET11相似性高达97.41%。qRT-PCR分析表明, ShSWEET11基因在不同组织中组成型表达,在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织;赤条病菌胁迫下,ScSWEET11基因在抗病品种ROC22和感病品种MT11-610中呈现完全不同的表达趋势,与对照相比,抗病品种中该基因的表达量显著下调,而感病品种中,在胁迫48h和72h后该基因的表达量显著上调,分别为对照的5.90倍和5.43倍。亚细胞定位表明, SsSWEET11-GFP融合蛋白定位在质膜上。瞬时过表达SsSWEET11基因1 d后,二氨基联苯胺(Diaminobenzidine, DAB)对本氏烟叶片进行染色,叶片颜色没有变化,再接种烟草青枯菌、茄病镰刀菌蓝色变种7 d后,过表达植株叶片发病比对照组严重,且过敏反应相关基因、茉莉酸和水杨酸代谢途径相关基因呈现上调表达,而乙烯通路相关基因则没有响应,表明SsSWEET11基因参与茉莉酸和水杨酸信号传导通路,且病原菌侵染本氏烟草叶片能够诱发过敏反应。研究结果不仅为开发与甘蔗抗赤条病菌性状关联的分子标记提供积累,也为深入解析赤条病侵染甘蔗的分子机制奠定一定的基础。

割手密GST基因家族的分析及其对阿特拉津的响应

从全基因组的角度分析了割手密谷胱苷肽⁃S⁃转移酶(GST)基因家族成员的特征,共鉴定出129个GST。通过对割手密GST蛋白的系统发育分析,发现这些GST可以划分为4个亚家族,且每个亚家族内的蛋白排列紧凑,说明同亚族内部基因进化关系均比较亲近。此外,对在阿特拉津处理下GST基因家族中10个F亚族基因的表达水平进行检测,结果表明,根中的SpGSTF1、SpGSTF9、SpGSTF14、SpGSTF16、SpGSTF18、SpGSTF31在阿特拉津胁迫下表达显著上调,推测这6个基因可能在响应阿特拉津胁迫的过程中起重要作用。研究结果有助于揭示割手密GST家族的进化和功能演替,并对进一步了解割手密GST对阿特拉津的解毒响应机制提供理论参考,同时也为培养抗除草剂甘蔗品种提供基因资源。

甘蔗割手密种LRRII-RLK基因家族演化和表达分析

LRRII-RLK是一种类受体激酶(receptor-likekinase,RLK),该基因家族在植物中广泛存在,在植物的生长发育和生物胁迫中发挥着重要的作用,但目前在甘蔗中未见对该基因家族的系统鉴定和分析。本研究对甘蔗的LRRII-RLK基因进行分类,并研究了其结构和功能。结合割手密种基因组和发育组织、叶片发育梯度、昼夜节律和生物胁迫反应转录组数据,在甘蔗割手密种中共鉴定到27个LRRII-RLK基因,分布在17条染色体上。系统进化分析发现,它们分别属NIK、SERK和LRRII-C分支,其中处于LRRII-C分支的SsLRRII-RLK基因出现了显著扩增。顺式元件分析显示,它们的启动子共包含32类顺式元件,其主要参与植物光反应、响应胁迫反应、调控植物激素和植物生长发育。这些基因共有35对共线性基因对,具有多个保守基序,主要通过片段复制的方式进行扩增,且根据Ka/Ks比率发现,它们在演化过程中经历了严格的纯化选择作用。此外,SsLRRII-RLK基因表达分析显示,它们在甘蔗不同组织中表达量不同,其中部分基因在昼夜不同时期表达量呈现差异,这表明它们参与了植物生长和光合作用的调节。值得注意的是,SsLRRII-RLK基因的表达模式在不同病害(甘蔗梢腐病和花叶病)胁迫下呈现差异,因此,我们认为这些基因在病毒复制和发病机制过程中发挥作用。本研究结果有助于深入了解甘蔗LRRII-RLK基因的演化过程,且为LRRII-RLK基因在甘蔗生长发育、光合作用以及在病害胁迫中的功能研究提供初步的理论基础。

云南割手密及其血缘F_1代材料抗旱相关性状的主成分分析

本研究对15个云南不同生态型割手密血缘F1代创新种质材料及其亲系共28个材料,在自然生长与干旱胁迫条件下的生长发育状况密切相关的13个指标进行主成分与模糊聚类分析,综合评价参试材料的抗旱性。试验结果表明:(1)叶绿素因子、地下干物质积累因子和地上干物质积累因子等前6个主成分因子方差累计贡献率达90.11%,可代表原始指标的大部分信息量;(2)利用抗旱性度量值将参试材料聚为4大类6个亚类,聚入第Ⅰ类的共有4个创新种质材料,占参试材料的14.3%,尤其是云割F108-317、云割F108-319表现出较强的抗旱性;第Ⅱ、Ⅲ类材料分别占参试材料的42.9%、39.3%,都分为2个亚类,其中云割F108-392、云割F108-391、云割F108-511、云割F108-397、云割F108-617等5个创新种质材料,可在育种实践中优先利用;云割F108-541单独聚为第Ⅳ类,其抗旱性还有待进一步研究。