甘薯生物技术育种研究进展

甘薯是世界上重要的粮食作物.甘薯遗传上的高度杂合性、种间种内杂交不亲和性以及多倍性,使甘薯常规育种面临诸多挑战.生物技术在改良甘薯品质、抗病性、抗逆性等方面具有很大应用潜力.概述了甘薯生物技术育种的研究现状,主要包括细胞工程、分子标记辅助育种、基因工程等.

基于转录组测序数据的甘薯SSR标记开发及群体聚类分析

利用转录组数据开发SSR标记,是目前较为经济高效的DNA分子标记开发方法。为了开发更多适用于甘薯的SSR标记,本研究在前期对甘薯体细胞杂种KT1及其两个亲本4个干旱胁迫处理的24个样本转录组de novo测序的基础上,对获得的105 959条Unigene中大于等于1 000 bp的FASTA序列进行搜索,共找到12 105个SSR位点。从中筛选设计了200对SSR引物在KT1及其亲本中筛选验证,最终选择了20对多态性较好的引物,对来自不同地区的94份甘薯种质资源进行了群体聚类分析。聚类分析把94份实验材料分为3个亚群,较清晰地区分了不同材料之间的遗传相似性。这些基于甘薯转录组测序开发的SSR标记为甘薯的遗传多样性分析、辅助育种和遗传图谱构建等研究的开展提供了更加丰富的候选标记。

甘薯近缘野生种Ipomoea triloba L.干旱响应基因ItHAP2的克隆及表达分析

避旱性是植物重要的干旱响应机制,其重要表现就是早花。甘薯近缘野生种I.triloba(三裂叶薯)中包含大量的优良抗旱基因,本研究室前期对甘薯栽培种高系14号、I.triloba以及二者的体细胞杂种KT1三者进行了PEG干旱胁迫转录组测序,并通过Weighted Gene Co-expression Network Analysis(WGCNA)方法从测序数据中分析得到了两个和抗旱性关联度较高的干旱响应基因模块。本研究利用实时荧光定量PCR的方法对模块中的基因进行了干旱胁迫表达验证,筛选并克隆到一个与雌雄配子体融合相关的基因ItHAP2,该基因表达受到PEG胁迫的强烈诱导且在I.triloba的花中具有较高表达量。ItHAP2基因的开放阅读框为2 058 bp,基因组序列为5 688 bp,具有17个外显子和16个内含子。ItHAP2蛋白具有HAP2-GCS1特征结构域以及一个跨膜结构域,亚细胞定位于细胞膜,综合分析表明ItHAP2基因同I.triloba的避旱性早花有关。本研究进一步阐明了I.triloba具有良好抗旱性的分子基础以及I.triloba相较于甘薯栽培种在自然条件下更易开花结实的特性。

甘薯及其近缘野生种Ipomoea lacunosa种间体细胞杂种的特性鉴定和遗传组成分析

以甘薯(Ipomoea batatas)品种‘徐薯18’(2n=6x=90)及其近缘野生种I.lacunosa(K61,2n=2x=30)的种间体细胞杂种XL1为材料,利用形态学与细胞学分析、酯酶同工酶、重金属离子胁迫的离体鉴定、扩增片段长度多态性(AFLP)、甲基化敏感扩增多态性(MSAP)等技术对XL1的特性和遗传组成进行了分析。结果表明,XL1对铝和铬的耐受性显著高于‘徐薯18’,胁迫条件下,XL1的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于‘徐薯18’,而丙二醛(MDA)含量显著低于‘徐薯18’。XL1的基因组含有双亲的特异条带和改变的条带,XL1的胞嘧啶甲基化位点由双亲的特异位点和改变的位点组成,XL1中‘徐薯18’特异的基因组条带和甲基化位点比例显著高于I.lacunosa的比例。XL1具有与‘徐薯18’相同的叶绿体和线粒体基因组组成。本研究进一步证明了体细胞杂交在甘薯遗传改良上的重要作用,同时,本研究结果将有助于甘薯近缘野生种中的有益基因发掘,也有助于进一步理解甘薯栽培种的进化和系统发育。