EMS诱发小麦京411突变群体构建及Wx-A1基因突变体鉴定

为扩大小麦突变群体类型,提高目的基因点突变挖掘效率,选用北部冬麦区骨干亲本京411为材料,利用甲基磺酸乙酯（ethyl methylsulfonate,EMS）化学诱变剂构建小麦突变群体,以Wx-A1为候选基因,用TILLING技术检测所创建的突变群体。结果表明,0.90%EMS溶液处理8 h和1.50%EMS溶液处理4 h均能获得较好的损伤效果,致死率分别达到38.47%和56.00%;在此基础上创建了包含867个株系的M2突变群体,在该群体中获得Wx-A1基因的7个点突变,突变密度为1/67.0 kb;其中预测有功能变异的4个错义突变系均可以稳定遗传至下一代,其直链淀粉含量降低2.8%~7.4%。本研究所构建的小麦突变群体可以作为其他目的基因的TILLING检测材料,用于小麦目的基因突变挖掘及功能基因组学研究。

小麦矮秆突变体DC20赤霉素合成及信号转导途径关键基因表达分析

小麦矮秆突变体DC20是经高能混合粒子场处理得到的,表现为赤霉素敏感型。本文采用实时荧光定量PCR技术,研究该突变体矮秆性状与GA合成及信号转导途径相关基因表达的关系。共检测编码GA合成途径关键酶和编码信号转导途径作用因子的10个关键基因。其中,编码内-贝壳烯杉氧化酶(KO)的GA3基因和编码正调控因子基因GAMYB的表达量极显著下调,下调倍数分别为20.0、3.1;2个编码负调控因子基因GAI和SPY显著上调,上调倍数分别为2.3、1.3。外源GA3(赤霉酸)处理能够抑制编码负调控因子基因GAI、SPY和RGA的转录,而GA合成关键酶基因GA3及正调控因子基因GAMYB转录水平显著升高表明DC20矮秆基因对GA相关途径的受外源GA3的调节。

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型,其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变,完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系,采用实时荧光定量PCR技术,分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因,涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成),包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因,其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中,编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa和ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变,尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23SrRNA的编码基因23SrDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。

小麦矮秆突变体je0098的遗传分析与其矮秆基因定位

倒伏易引发小麦严重减产,发掘和利用优异矮秆基因是培育高产抗倒伏小麦新品种的关键。本研究以京411(WT)及其经EMS诱变获得的产量相关性状优良的矮秆突变体je0098为试验材料,对其株高进行遗传分析,结合外显子捕获测序和遗传连锁分析定位矮秆基因。3年田间株高数据统计分析表明,je0098与WT相比株高降低15 cm,组织细胞学观察结果显示,je0098与WT相比节间细胞长度缩短18%,暗示je0098的矮化是由于节间细胞长度变短所致;赤霉素敏感性分析表明,je0098为赤霉素敏感型矮秆突变体。利用WT和je0098杂交构建的由344个单株组成的F_(2)分离群体,结合F_(2):3家系表型数据,选取矮秆纯合和高秆单株构建混池,对两亲本和子代混池分别进行外显子捕获测序,在2D染色体上定位到一个具有降秆效应的数量性状位点(QTL)。结合全基因组重测序所得SNP位点,在2D染色体开发了6个KASP分子标记,对F_(2)单株进行基因分型。利用QTL IciMapping作图软件构建遗传连锁图谱,结合3年田间表型数据,将矮秆基因定位在20.77~28.84 Mb区间内,遗传距离为11.48 cM。本研究结果为突变体je0098矮秆基因的功能研究以及育种利用奠定了基础。

小麦顶端小穗退化突变体asd1基因定位

穗粒数是小麦产量三要素建成的关键因子,深入挖掘穗部发育调控基因有助于培育高产小麦品种。以小麦品种京411为野生型,经EMS诱变获得了表型稳定的小穗退化突变体asd1(apical spikelet degeneration 1)。该突变体表现顶端小穗明显退化,穗长缩短了约40%,结实小穗数减少了约35%,穗粒数显著减少了54%,同时株高也明显降低。利用京411×asd1遗传群体的F2和F3代表型数据分析表明,顶端小穗退化性状受1对主效隐性基因控制。采用混合群体分离分析法(BSA),结合测序所得SNP位点,在7A染色体上开发了7个KASP标记,将目标突变基因定位在7A染色体短臂9.91 Mb物理区间内,遗传距离为17.62 cM,推断该区段存在一个新的控制小麦花器官发育及穗部形态发育的重要基因。本研究所鉴定的小麦穗发育控制区段有助于深入解析小麦小穗形成的遗传基础,为进一步揭示小麦产量形成的分子机理提供突变基因。

TILLING技术的发展及其在不同植物中的应用

TILLING技术(Targeting Induced Local Lesions IN Genomes)经过十多年的快速发展,已经应用到多种植物点突变高通量筛选与基因功能研究中,检测方法也逐渐趋于多样化,直接测序、毛细管电泳、高分辨熔解曲线等检测方法均得到了较多的应用。与此同时EcoTILLING、DeTILLING及iTILLING等相关技术的发展扩大了TILLING技术的应用范围。本文着重介绍了目前TILLING分析中用到的不同检测方法及相关生物信息学工具,详细评述了TILLING技术在模式植物、主要粮食作物、油料作物、蔬菜等其它作物中的应用与研究进展。

小麦籽粒性状的QTL定位

为了明确小麦籽粒性状的遗传控制基础,以γ射线诱变结合花药培养创制的大粒、高蛋白小麦新种质H307及生产上主栽品种郑麦9023创建的含有310个株系的重组自交系为实验材料,利用QTL-ICIMapping V3.3软件构建了包含133对SSR标记的遗传连锁图谱,对千粒重、粒长、粒宽、籽粒面积、周长、粗蛋白和淀粉含量进行QTL分析,结果在两年环境条件下共检测到47个加性QTL和10个QTL富集区,其中6个千粒重QTL,分别位于1D、2B、3D、6D和7A染色体上,单个QTL可解释4.54%~13.14%的表型变异;31个粒形QTL,位于1B、1D、2B、3B、3D、5A、5D、6B、6D、7A和7D染色体上,单个QTL可解释2.90%~15.86%的表型变异;10个粗蛋白和淀粉含量QTL,分别位于1A、1B、4B和6A染色体上,单个QTL可解释3.64%~12.19%的表型变异。2B染色体上检测到1个贡献率较大且能稳定表达的重要染色体区段,该区段包含控制小麦千粒重、粒长、粒宽、籽粒面积和周长的10个QTL。1BL染色体上检测到1个控制籽粒粗蛋白含量的微效QTL,对表型的贡献率为3.64%,与连锁分子标记gwm818的遗传距离为0.22cM,该位点是一个不同于前人研究结果的新位点。