35份水稻骨干亲本氮高效基因分析及功能分子标记开发

氮是影响水稻产量形成最重要的元素之一,其合理和高效利用是农业可持续发展的重要保障。通过靶向测序技术鉴定了35份水稻骨干亲本OsNPF6.1、NRT1.1B、OsNR2和OsGRF4的基因型,并基于PARMS技术(penta-primer amplification refractory mutation system)开发了OsNPF6.1、OsNR2和OsGRF4的荧光功能分子标记。结果表明,荧光功能分子标记检测结果与靶向测序结果一致,并且明确了靶向测序未明确的氮高效基因型。综上所述,开发的氮高效基因功能分子标记为培育氮高效水稻新品种提供了技术支撑。

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。

水稻苗期磷高效基因型筛选研究

采用难溶性磷酸盐Ca3 (PO4) 2 为唯一磷源 ,在pH值为 5 .5条件下产生相对高浓度低磷胁迫及以NaH2 PO4为磷源配制P浓度为 0 .5mg·L-1的相对低浓度低磷胁迫的两个水培环境 ,分别对不同基因型水稻的磷效率进行评价 .以相对分蘖干重 (RTW )、相对总生物量 (RPW )、相对分蘖数 (RTN)、相对根系干重(RRW )、相对地上部干重 (RSW )、相对叶龄 (RLA)和相对株高 (RPH)作为耐性指标进行相关分析 .结果表明 ,供试材料的磷效率存在极显著差异 ,若以能产生分蘖的相对高浓度低磷胁迫进行筛选时 ,相对分蘖干重、相对地上部干重、相对总生物量可作为较好的筛选指标 ,其中相对分蘖干重不仅与其它指标间的相关性强 ,且品种间差异和变异系数均较大 ,能准确、灵敏地反映不同基因型间的耐低磷胁迫能力 ;若采用相对低浓度的低磷胁迫对不同基因型水稻进行耐低磷种质筛选时 ,筛选指标则不同 ,最好的单一筛选指标应是相对地上部干重或相对总生物量 .

低钾胁迫下水稻钾高效基因型若干生长特性和营养特性的研究

采用溶液培养筛选,结合田间试验,提出了采用低钾胁迫下水稻体内钾利用效率作为衡量水稻钾利用效率的指标;探讨了钾高效基因型水稻的若干生长特性和营养特性;指出低钾胁迫导致水稻生物量减少,植株生长缓慢,分蘖能力差,根系生长受到抑制,根系吸收的钠增加。水稻钾高效基因型低钾胁迫下仍具有较强的生长势(相对干重、相对株高、相对根长较大),其地上部钾/钠比值高而根部钾/钠比值较低,地上部和根部钾/氮吸收量比值较低。

苹果砧木铁高效基因型筛选

以国内重要的11种苹果砧木为试材,研究了其对缺铁胁迫的适应性反应及其中9种砧木根系对铁的吸收特性,确定砧木对Fe的吸收动力学、根际酸化能力、根系还原能力作为评价铁高效苹果砧木的指标。筛选出Luo2、小金海棠、Luo为铁高效基因型苹果砧木;八棱海棠、茶果为中抗型砧木;珠眉海棠、黄海棠、青州花红、六蜜海棠、平邑甜茶、山定子为铁低效型砧木。

水稻氮高效基因型根系分泌物中有机酸和氨基酸的变化特征

采用溶液培养试验,研究水稻氮高效基因型在不同供氮水平下,根系分泌物中有机酸和氨基酸种类及含量的变化情况,并探讨其与氮素利用效率之间的关系。结果表明:1)水稻氮高效基因型氮积累量随着供氮水平的降低明显下降,而氮素利用效率显著提高;在供氮水平为20 mg/L时,高效基因型具有较高的氮积累量,且氮素利用效率较低效基因型高42.9%(分蘖期)和21.4%(拔节期)。2)草酸为高效基因型根系分泌的主要有机酸种类,其分泌量占有机酸总量的80%以上,其次是乙酸和柠檬酸;有机酸分泌总量和草酸分泌量在分蘖期和拔节期随供氮水平的降低而降低,乙酸和柠檬酸分泌量在拔节期也呈相同趋势;相同供氮水平下,高效基因型有机酸分泌总量均显著低于低效基因型,且在20 mg/L时差异明显。3)丙氨酸为高效基因型根系分泌的主要氨基酸种类,其分泌量占氨基酸总量的50%以上,其次是丝氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和苏氨酸,且氨基酸分泌总量和各组分氨基酸分泌量均随供氮水平的降低而降低;在低氮水平(10 mg/L和20 mg/L)下,高效基因型氨基酸分泌总量均显著低于低效基因型。4)在分蘖期和拔节期,水稻根系分泌有机酸和氨基酸总量与氮素利用效率均呈显著或极显著负相关,有机酸分泌组分中的草酸和氨基酸分泌组分的天冬氨酸分泌量与氮素利用效率也呈显著或极显著负相关。以上结果表明,低氮条件下水稻氮高效基因型氮效率优势明显,高效基因型氮素利用效率高,有利于体内同化物质的合理分配。

谷子氮高效基因型筛选及相关特性分析

在低氮(0.5 mmol/L)和高氮(5.0 mmol/L)2个氮素水平下,研究不同氮效率谷子基因型的光合特性、农艺性状、氮含量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性及其相关性,以期为氮高效谷子新品种的选育提供基础材料。结果表明,低氮和高氮水平下,不同谷子基因型光合特性、主要农艺性状、氮含量及吸收利用指标变异系数分别为16.2%~34.4%和15.2%~22.5%、15.2%~55.4%和17.9%~49.3%、13.7%~28.4%和15.8%~23.7%。2个氮素水平下,谷子产量与光合速率、穗长、单穗质量、地上部生物量、吸氮量和氮利用率均呈显著或极显著正相关,与茎秆和根氮含量均呈显著负相关。根据2个氮素水平下的谷子产量差异将其分为双高效型、高氮高效型、低氮高效型和双低效型4种类型。豫谷17、豫谷23、冀谷33等在低氮和高氮水平下产量、吸氮量、氮利用率、氮代谢相关酶活性均表现突出,受氮肥影响较小,为典型双高效型基因型,适宜贫瘠地区种植;冀谷41、七叶黄、郑11-2等在低氮和高氮水平下均表现出氮低效利用特性,受氮肥影响较大,为典型双低效型基因型。

氮素高效基因型杉木无性系的选择研究

为筛选适应退化地生长的杉木无性系 ,通过N素胁迫进行N素高效基因型杉木无性系的选择研究 ,结果表明 :不同杉木无性系的N素利用效率存在差异。随N素胁迫加剧 ,杉木无性系NR活力及光饱和点下降 ,CO2 补偿点增加 ,不同杉木无性系对N素胁迫的反应日趋明显 ,根据不同无性系在胁迫条件下的反应 ,把供试无性系分成 3类 :耐N肥性强、耐N肥性弱及耐N肥性一般无性系 ,其中 16 3号和 30 1号无性系是具有较高N素利用效率的省肥高产无性系 。

甘蓝型油菜硼高效基因等位性检测

甘蓝型油菜 8Z0 5和青油 10号为硼高效品种 ;Bakow 为硼低效品种。 2 0 0 0～ 2 0 0 1年度 ,硼高效品种 8Z0 5×青油 10号F2 代 5 88个单株种植在缺硼土壤上。花期调查缺硼症状 ,表现硼高效的单株数与硼低效的单株数之比为 5 74∶14 ;结实期分离规律与花期相似。这说明甘蓝型油菜硼高效品种 8Z0 5和青油 10号硼营养高效主效基因是等位的 ,同时可能存在微效基因的修饰作用 ,但微效基因的QTL可能不完全相同。 2个年度的试验结果一致。

基于Euler方程的翼型优化设计高效基因算法研究

把基因算法 ( GAs)用于翼型优化设计 ,构造了用于优化设计的适应度函数 ,发展了一种具有全局优化性能的翼型优化设计方法。为提高算法的搜索效率 ,提出了改进型的实数编码方式 ,设计了新型的 Bézier样条翼型基因表达方式 ,并发展了高效隐式 Euler方程解算器。用此方法进行了基于升阻比极大化的跨音速和基于阻力极小化的超音速翼型优化设计数值模拟 ,取得了令人满意的结果。

甘蓝型油菜基因组文库的构建及与硼高效基因相连锁克隆的筛选(英文)

以甘蓝型油菜宁RS 1为材料 ,构建了含有 82 94 4个克隆的甘蓝型油菜的BAC基因组文库。从文库中随机挑取克隆进行DNA长度检测 ,BAC克隆平均插入片段大小为 80kb ,覆盖甘蓝型油菜基因组的 5 1倍。随机挑取 10 8克隆进行继代培养 10 0代 ,分离质粒酶切检测表明不存在插入片段丢失现象 ,表明该文库的克隆在大肠杆菌中稳定存在 ;以与硼高效基因相连锁的分子标记拟南芥cDNA克隆pa2 8为探针对文库进行了筛选 ,共获得 13个阳性克隆 ,进一步研究表明 ,3个克隆 13E3、32G8、186G2 0与BE1基因相连锁。

钾高效基因型烤烟选育及其钾素营养特性研究进展

烟叶的钾含量是评价烟叶质量的重要指标。我国烟叶含钾量普遍较低,选育钾高效基因型烟草品种(系)是提高我国烟叶钾含量的理想方法。介绍了我国烟叶钾含量的现状,综述了烤烟钾高效基因型的选育及其钾素吸收机理、钾素积累、分配规律等钾素营养特性的研究进展,并对通过选育钾高效基因型品种来提高我国烟叶钾含量的前景进行了展望。

不同水高效基因型小麦根系特性差异分析

研究不同水高效基因型小麦的根系特性差异,可为抗旱节水小麦品种选育过程中正确选择根系指标提供科学依据。以抗旱品种石新633(DRI=1.300)和不抗旱品种河农58-3(DRI=0.713)为试材,在旱处理(足墒播种出苗后,小麦生育期不再补充灌溉)条件下,采用大田取根方法,比较了不同抗旱性小麦品种的根系特性差异及其在土壤中的垂直分布情况。结果表明:抗旱品种0~160 cm土层的根总长度、根体积、根面积和根干重均>非抗旱品种,其中,80~160 cm深层土壤的根总长度和根干重差异达到了显著水平。相关分析结果显示,0~80 cm土层的根总长度、根体积、根面积和根干重与抗旱性均呈负相关,其中,60~80 cm土层的根总长度、根体积和根面积与抗旱性的相关程度达到了显著水平(相关系数分别为-0.508、-0.428、-0.540);80~160 cm深层土壤的根总长度、根体积、根面积、根干重与抗旱性均呈正相关,其中,140~160 cm土层的根总长度、根体积和根干重与抗旱性的相关程度达到了显著水平。干旱胁迫下抗旱节水冬小麦主要利用深层土壤中的水分,由此认为,主要是分布在深层土壤的根系对抗旱性起作用。在选育抗旱节水冬小麦品种时,应注意加大深层根系的比例,选择浅层和中层根系比例相对较小的品种。

甜瓜苗期钾高效基因型筛选体系研究

为建立甜瓜苗期钾高效基因型筛选体系,以4个厚皮甜瓜栽培品种"江南蜜一号""东方蜜一号""玉姑""蜜天下"为试验材料,通过水培试验和统计分析,对甜瓜苗期钾高效基因型品种筛选的筛选时期、筛选浓度、筛选指标进行了研究。最终初步建立了一个以6叶期作为筛选时期、0.01 mmol/L钾浓度作为筛选浓度、茎粗和地下部干重作筛选指标的甜瓜苗期钾高效基因型快速筛选体系。

谷子苗期氮高效转录组分析与基因挖掘

氮利用效率是影响谷子产量和品质的重要因素。筛选氮高效谷子品种、挖掘控制氮利用效率的重要基因及解析其作用机制对于提高谷子氮利用效率、减少肥料使用、保护环境和保障粮食安全具有重要意义。通过比较氮高效和氮低效谷子品种在不同氮水平条件下表型性状和氮吸收能力发现,氮高效品种比低效品种具有较高的铵态氮和硝态氮吸收能力。设置3个氮素水平(0、3和6 mmol·L^(-1)),在谷苗两叶一心期处理7 d后,运用转录组测序(RNA-seq)技术比较不同品种在各个处理之间的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。结果表明,以0 mmol·L^(-1)氮处理为对照,共获得16000个DEGs。通过GO和KEGG富集分析发现,氨基酸合成与代谢、防御相关代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、光合生物的碳固定、丙酮酸代谢、卟啉与叶绿素代谢、MAPK信号通路-植物、氨基糖和核苷酸糖代谢在调控氮代谢生物反应过程中发挥重要作用。并预测到3348个转录因子,分属46个家族,其中预测转录因子数量最多的是MYB-related家族(189个),其次为bHLH家族(182个)、WRKY家族(158个)、MYB家族(156个)和HB-other家族(153个)。通过WGCNA分析筛选出KME值排名前30位的基因,其中有7个基因被注释到基因信息。RT-qPCR结果显示,Seita.9G488700、Seita.2G368800和Seita.5G063300表达趋势与RNA-seq结果一致,主要调控糖转运蛋白和碳水化合物运输与代谢过程。说明氨基酸合成与代谢、光合生物的碳固定、乙醛酸和二羧酸代谢途径等信号通路在谷子氮高效利用方面发挥重要作用。研究结果筛选到3个与氮高效利用相关的基因,完善了谷子氮高效基因组注释信息,为氮高效基因资源的挖掘利用提供理论指导。

腺相关病毒2介导的人脐带血中未成熟和成熟造血祖细胞的高效基因转染

人脐带血中含有大量的具有增殖潜能和自我更新能力的造血祖细胞。这些细胞是造血系统疾病基因治疗理想的靶细胞之一。人相关病毒2（AAV)和B19两种细小病毒都是基因治疗中常用的载体。本文研究一种利用重组的AAV2病毒粒子介导造血祖细胞基因治疗的新方法。

甘薯苗期氮高效利用性状的GWAS分析及候选基因的筛选与验证

【目的】解析甘薯氮高效利用的遗传机制,挖掘氮利用性状的关联位点及氮高效候选基因,为甘薯氮高效型分子育种、品种遗传改良提供支持。【方法】以来自世界各地的129个甘薯栽培种为材料,设置缺氮(0 mmol·L^(-1)纯氮)和正常氮(14 mmol·L^(-1)纯氮)处理,采用水培试验对甘薯苗期地上部生物增加量、地下部生物增加量、地上部氮累积量、地下部氮累积量、地上部氮生理利用效率和地下部氮生理利用效率共6个表型性状进行基于混合线性模型(mixed linear model,MLM)的全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。根据分析结果确定氮高效候选基因,并对候选基因进行RT-qPCR验证。【结果】6个甘薯苗期氮高效利用性状在正常氮和缺氮处理条件下存在着广泛变异。其中,缺氮处理条件下,地上部生物增加量变异系数最大,为69.5%;地下部氮生理利用效率变异系数最小,为12.1%。除地下部氮生理利用效率外,其他5个性状彼此均显著相关。GWAS定位到与地上部生物增加量、地下部生物增加量、地下部氮累积量和地上部氮生理利用效率4个性状显著关联的134个区段内888个SNP位点。筛选、过滤得到与地上部氮生理利用效率显著关联且可靠性较高的10个区段内的93个SNP标记,基因注释得到6个甘薯氮高效候选基因。RT-qPCR验证认为3个候选基因(itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2)分别编码谷氨酸脱氢酶、NPH3蛋白和TIP41-like蛋白,具有进一步研究价值。【结论】在129份甘薯种质资源中共检测到888个与甘薯苗期氮高效利用性状关联的SNP位点,其中,与地上部氮生理利用效率显著相关的SNP位点93个,筛选、鉴定到6个甘薯氮高效利用的候选基因。itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2存在进一步研究价值。

氮高效利用基因型水稻根系形态和活力特征

【目的】研究水稻(Oryza sativa)氮高效利用基因型根系形态和活力变化,为根系的栽培调控和育种改良提供理论依据和技术参考。【方法】选择前期筛选出的水稻氮利用效率高低不一的基因型为试验材料,在比较氮利用效率基因型差异的基础上,采用水培试验,利用根系分析系统提取苗期至抽穗期不定根、粗分枝根和细分枝根的长度、表面积和体积等形态指标数据,探讨各类根形态与氮吸收的关系,同时分析氮高效利用基因型中典型材料不同供氮水平下根系活力变化。【结果】(1)水稻产量和氮利用效率呈现极显著的基因型差异,氮高效利用基因型籽粒产量、籽粒氮积累量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数比低效基因型高50.20%、34.20%、11.48%、26.01%和12.50%。拔节期和抽穗期水稻干物质量、氮积累量与籽粒产量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数均呈现显著或极显著正相关,抽穗前(特别是拔节期和抽穗期)的物质积累和氮的吸收显著影响水稻产量和氮利用效率的提高。(2)低氮水平下,氮高、低利用效率基因型间的根系形态指标差异显著。细分枝根根长占水稻总根长的比重最大,为73.40%,且高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期比低效基因型分别高32.09%、14.66%、14.40%和12.69%;粗分枝根表面积和体积分别占水稻总表面积和总体积29.81%和43.50%,其中高效基因型粗分枝根表面积在拔节期和抽穗期比低效基因型分别高94.70%和64.38%,体积分别高90.24%和58.18%;不定根根长、表面积和体积分别占水稻总根长、总表面积和总体积19.68%、36.66%和41.19%,且高效基因型不定根根长、表面积和体积在拔节期比低效基因型高40.84%、44.90%和51.02%,差异最大。(3)氮高效利用基因型根系吸收面积和还原力随着氮水平的提高显著降低,而氧化力变化不大。相同氮水平下,氮高效利用基因型拔节后总吸收面积、活跃吸收面积、氧化力、还原力分别为低效基因型的1.3—2.1倍、1.1—3.2倍、1.0—3.0倍、1.4—2.2倍。(4)低氮水平下,粗分枝根的根长、表面积和体积对氮积累量影响程度最大,为47.1%—78.4%。粗分枝根的发育情况直接影响氮的吸收,从而影响水稻产量和氮利用效率。【结论】低氮条件下良好的根系形态和生理活性是水稻氮高效利用的重要特征。培育氮高效利用基因型,可对水稻营养生长期根系形态和活性加以遗传改良,尤其是提高粗分枝根的比例,以期塑造良好的根系构型。

低磷胁迫下磷高效基因型大麦的根系形态特征

在根袋土培盆栽条件下,以磷高效基因型DH110＋、DH147和低效基因型DH49大麦为试验材料,利用根系分析系统分析不同施磷（P2O5）水平（极低磷25 mg·kg-1、低磷50mg·kg-1和正常磷75 mg·kg-1）下,磷高效基因型大麦的根系形态特征及其与植株磷素吸收的关系.结果表明：低磷胁迫显著降低大麦生物量和磷吸收量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.24-1.70和1.18-1.83倍;大麦的总根长、总根表面积、平均根系直径、不定根长及其根表面积、侧根长及其根表面积均随施磷水平的降低而显著降低,其中磷高效基因型大麦在各施磷水平下的总根长、总根表面积、比根长、侧根长及根表面积分别为低效基因型的1.46-2.06、1.12-1.51、1.35-1.72、1.69-2.42和1.40-1.78倍,而平均根系直径为低效基因型的70.6%-90.2%;主成分分析表明,平均根系直径、比根表面积和比根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型大麦根系形态差异的主要指标;偏最小二乘回归分析表明,各施磷水平下,总根长、总根表面积对大麦植株磷素吸收贡献均较大,随施磷水平降低,不定根长、不定根表面积对大麦植株磷素吸收的贡献明显降低,而平均根系直径、比根长、侧根长及其根表面积的贡献明显增加.磷高效基因型大麦可通过维持侧根的生长、根细度和比根长的增加来适应低磷胁迫.

水稻氮高效相关基因的研究进展

提高氮肥利用率,降低农业生产中的氮肥投入,对实现中国提出的“化肥零增长”目标至关重要。氮素可通过植物根部以硝态氮或者铵态氮的形式从土壤中被吸收,并在植物体内转运合成氨基酸、核苷酸等生命必需物质,是农作物生长和产量形成的必要性元素。然而,氮肥过量则会破坏土壤理化性质,导致土壤盐碱化、生态环境污染;减少氮肥用量难以发挥当前水稻、小麦等大田农作物品种的高产潜力,极大地制约了农作物的产量,同时也会过度消耗土壤中的氮素,威胁中国的粮食安全。为提高氮肥利用效率,确保粮食安全,挖掘氮高效基因(如NRT1.1B、OsGRF4等),通过分子设计育种对当前现有品种进行遗传改良,有助于培育高效利用氮素的水稻新品系,挖掘当前水稻品种的生产潜力,提升中国农业可持续绿色发展水平。本文基于目前水稻研究中挖掘的氮高效基因,根据其功能和特点将其分为四类:NRT/PTR类、AMT类(铵转运蛋白家族)、NLP家族类及其他种类;并对具有潜在育种价值的氮高效基因的利用及当前存在的问题进行分析与展望。