大豆根部水压胁迫耐逆指数遗传体系解析

大豆是重要的植物蛋白质和植物油脂来源,干旱是影响大豆产量的重要环境因子之一。为解析大豆耐旱性的遗传基础,本研究在PEG水压胁迫条件下,对由409个家系组成的巢式关联作图群体(具有1个共同亲本的2个重组自交系群体组成)进行叶片脯氨酸含量测定,通过限制性二阶段多位点全基因组关联分析(restrictivetwo-stagemultilocus genome-wide association study,RTM-GWAS),解析了大豆根部水压胁迫耐逆指数(root hydraulic stress tolerance index,RHSTI)的遗传体系。结果表明,在春季和夏季环境下,3个亲本蒙8260(共同亲本)、通山薄皮黄豆甲和正阳白毛平顶在RHSTI上均存在显著差异,其衍生群体RHSTI表型变异丰富,变幅分别为0.11~2.94和0.03~1.93,遗传力分别为97.7%和97.9%;2个环境联合分析发现,家系遗传力和家系与环境互作遗传力分别为37.9%和60.1%,说明群体RHSTI的变异受遗传和环境共同控制。通过RTM-GWAS方法,共检测到45个与RHSTI相关的QTL,分布在大豆18条染色体上,可以解释37.58%的表型变异,其中7个QTL的表型贡献率超过1%,为大贡献位点;这些QTL中,有34个位点与环境存在显著互作,可以解释12.50%的表型变异。结合PEG胁迫下大豆转录组数据,在定位区间500kb范围内共筛选到38个差异表达基因,可归为ABA响应因子、逆境响应因子、转录因子、发育因子、蛋白代谢因子、未知功能和其他等7类,其中逆境响应因子、转录因子和发育因子是最大的3类;其中位于主效位点的6个基因,与ABA响应因子、逆境响应因子、转录因子相关,应为主要候选基因。上述结果表明,大豆耐旱性是一个由多位点、多基因控制的复杂数量性状,且与环境存在互作,遗传基础复杂。研究结果为大豆耐旱性分子育种提供了依据。

基于穗粒重的甜高粱耐旱性全基因组关联分析

干旱是限制作物生产潜力的主要非生物因素。为解析甜高粱耐旱的分子机制,识别与耐旱性状关联的显著SNP位点,采用田间耐旱鉴定方法在甜高粱生育中后期进行水分控制,以400份甜高粱种质在干旱胁迫和正常滴灌条件下的穗粒重得出的耐胁迫指数作为表型数据,重测序获得的7079个SNP标记作为基因型数据,利用一般线性模型(GLM)和混合线性模型(MLM)分别进行全基因组关联分析。结果表明:分布在甜高粱第9号染色体和第10号染色体上的SNP数目相对较多;对SNP基因型数据进行主成分分析,从7079个SNP标记提取到两个主成分,第一主成分可将基因型分为两组;400份甜高粱种质穗粒重耐胁迫指数呈现右偏的正态分布;利用一般线性模型和混合线性模型的检测结果表明,两种模型均检测到9个显著的SNP位点,它们分别位于甜高粱第1,3,4,7,8和9号染色体以及3条super_1122染色体片段上,且具有相同的物理位置,并且两种方法检测到的SNP位点的变异碱基也无差异。两种模型对于甜高粱穗粒重在全基因组范围内检测结果较为一致,此结果可为甜高粱耐旱候选基因的挖掘和抗旱分子机理的研究奠定基础。

国内外小麦品种苗期耐氮胁迫能力综合评价

为筛选和培育小麦氮高效品种资源,对36个国内外小麦品种(20个国内品种、16个国外品种)在低氮(0.3mmol/L)和高氮(90mmol/L)水平下的种苗生长情况进行鉴定,利用最大苗高、最大根长、茎叶干重、根干重、根冠比、植株干重、植株含水量、根体积共8个性状指标,采用主成分分析和系统聚类相结合方法对不同基因型小麦苗期的耐低氮胁迫和耐高氮伤害的能力进行综合评价。结果表明,国外品种耐低氮胁迫能力明显优于国内品种,12份耐低氮型小麦全为国外品种;而国内小麦品种在耐高氮伤害能力方面比国外品种稍占优势,11份耐高氮伤害品种类型中国内品种占7份;来自澳大利亚的Silverstar和来自美国的Art、Jackpot、Armour共4份小麦品种既耐低氮胁迫又耐高氮伤害,可作为进一步进行耐氮机制研究和氮高效新品种选育的资源加以利用。

大豆氮高效种质苗期筛选与鉴定

氮高效利用种质资源的筛选与鉴定是大豆高产育种的重要前提。本研究以78份大豆种质资源为材料,采用水培养法,分析正常氮(氮浓度为7.5 mmol/L)和低氮(氮浓度为0.75 mmol/L)条件下大豆生物量和耐低氮指数。根据地上部干重、总干重、耐低氮胁迫指数初步筛选出3份耐低氮材料(2011-X-559、2011-X-618、2011-X-639)、3份低氮敏感材料(2011-X-472、2011-X-531、2011-X-547)和2份中间型材料(吉育86、东农53)。进一步复筛测定8份大豆种质材料的叶绿素含量、生物量、氮含量和根系形态构型等17个氮利用相关指标,通过对性状指标的变异系数、相关性和主成分分析,筛选出总干重、整株氮含量、整株总氮、总根长、根体积和根表面积6个指标可作为大豆苗期耐低氮评价关键指标,并依此鉴定出耐低氮材料2011-X-618和低氮敏感材料2011-X-531。本研究为大豆耐低氮机制解析和氮高效育种提供了优异种质资源和理论指导。