文化引领的拔尖创新博士生培养探索与实践——以作物遗传改良国家重点实验室为例

博士生群体是推动国家科技创新的重要力量,当前我国博士生教育普遍存在重科研能力培养轻思想政治教育的问题,博士生科研精神日益弱化。科学成就离不开精神支撑,文化对拔尖创新人才培养具有重要作用。以作物遗传改良国家重点实验室为例,介绍了该实验室以“激扬梦想追求卓越”文化为精神滋养,励人以志、启人以趣、育人以规,助力博士生成人成才的做法,以文化引领高层次拔尖创新人才的培养。

基因组学与作物遗传改良

2019年10月20~23日,“第六届基因组学与作物遗传改良国际学术会议—分子育种”在华中农业大学召开。本届会议由华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室主办,张启发院士担任大会主席,郭亮教授和李一博教授共同担任大会秘书。正式与会代表共计330人,其中国内代表289人,国外代表41人。会议收到英文会议论文摘要共计63份,其中来自国外代表的论文摘要20份,国内代表的论文摘要43份。

染色体片段导入系在作物遗传育种研究中的应用

染色体片段导入系是在轮回亲本的遗传背景上只含有一个或少量供体染色体片段的家系,可作为QTL分析的重要材料。在QTL检测时,染色体片段导入系的遗传背景清楚,可有效检测微效基因及隐蔽基因,准确地评价供体染色体片段的遗传效应,打破优良基因与不良基因的连锁,提高QTL检测的效率和准确性。另外,染色体片段导入系不仅可用于QTL精细定位和基因克隆、QTL间互作、QTL与环境互作以及杂种优势的研究,同时还可用于作物聚合育种和分子设计育种。本文对染色体片段导入系的构建及其在作物遗传育种中的应用进展进行了综述。

RNAi及其在植物遗传改良中的应用

RNAi(RNAinterfering)是由与靶基因同源的双链RNA引发的、在动植物中普遍存在的序列特异的转录后基因沉默。这种现象在动物、植物和真菌中广泛存在并被证实 ,因此可能是生物的发育调控及抗外源或内源侵染的一种普遍的生理机制。对RNAi的研究是目前生物学领域研究的热点之一 ,近几年来该技术已经在功能基因组学、遗传学和医学等诸学科得到大量应用。本文将就RNAi的机制研究及其在植物遗传改良中的应用进行综述。

芸薹属作物抗病性基因同源位点上的遗传多样性(英文)

用已知的拟南芥抗病性基因的8对引物对60个芸薹属作物和1份拟南芥品系进行了遗传多样性分析，除GPA1，PR1外，其他6对引物的同源片断都被检测到。其中与Atox1，BGL2，RPS2及PG11四个基因同源的片断检出率较高，分别为62．5％，94．7％，87．5％及100．0％。用这些同源片断估计了甘蓝型油菜抗耐菌核病材料中油821、中R783、中R888、宁RS－1之间的遗传距离。聚类分析结果表明，中R783与中R888的遗传距离较近，为0．0323。中R783，中R888与宁RS-13个抗病品系之间的遗传距离为0．1007。这3个品系与中油821的遗传距离为0．2463，与拟南芥的遗传距离为0．4979。由于籍以进行聚类分析的遗传标记是与抗病有关基因同源的DNA序列，因此，4个甘蓝型油菜抗病品系间的遗传距离应当或多或少反应了它们之间在抗病性遗传基础上的差别。从61份DNA样品中扩增出与BGL2和RPS2同源的多态性片断的数据合并作聚类分析，在这两个基因同源序列的多样性上，芸薹属作物与拟南芥相似性为44％，60份芸薹属作物供试材料在56％的水平上聚为一类。在相似性为70％的水平上可将这些材料分为5个组：I．包括1个黑齐品种和所有参与测试的6个甘蓝，1个埃芥品系和23个甘蓝型油菜品种。II．1个埃芥品系和14个甘蓝型油菜品种。III．有7个甘蓝型油?

基于YOLO v8n-seg和改进Strongsort的多目标小鼠跟踪方法

多目标小鼠跟踪是小鼠行为分析的基本任务,是研究社交行为的重要方法。针对传统小鼠跟踪方法存在只能跟踪单只小鼠以及对多目标小鼠跟踪需要对小鼠进行标记从而影响小鼠行为等问题,提出了一种基于实例分割网络YOLO v8n-seg和改进Strongsort相结合的多目标小鼠无标记跟踪方法。使用RGB摄像头采集多目标小鼠的日常行为视频,标注小鼠身体部位分割数据集,对数据集进行增强后训练YOLO v8n-seg实例分割网络,经过测试,模型精确率为97.7%,召回率为98.2%,mAP50为99.2%,单幅图像检测时间为3.5 ms,实现了对小鼠身体部位准确且快速地分割,可以满足Strongsort多目标跟踪算法的检测要求。针对Strongsort算法在多目标小鼠跟踪中存在的跟踪错误问题,对Strongsort做了两点改进:对匹配流程进行改进,将未匹配上目标的轨迹和未匹配上轨迹的目标按欧氏距离进行再次匹配;对卡尔曼滤波进行改进,将卡尔曼滤波中表示小鼠位置和运动状态的小鼠身体轮廓外接矩形框替换为以小鼠身体轮廓质心为中心、对角线为小鼠体宽的正方形框。经测试,改进后Strongsort算法的ID跳变数为14,MOTA为97.698%,IDF1为85.435%,MOTP为75.858%,与原Strongsort相比,ID跳变数减少88%,MOTA提升3.266个百分点,IDF1提升27.778个百分点,与Deepsort、ByteTrack和Ocsort相比,在MOTA和IDF1上均有显著提升,且ID跳变数大幅降低,结果表明改进Strongsort算法可以提高多目标无标记小鼠跟踪的稳定性和准确性,为小鼠社交行为分析提供了一种新的技术途径。

利用SRAP、SSR和AFLP标记构建甘蓝型油菜遗传连锁图谱

【目的】建立甘蓝型油菜的高质量遗传图谱,为在分子水平上研究复杂性状打下基础并提供保证。【方法】以甘蓝型油菜自交不亲和系“SI-1300”及其恢复系“Eagle”组配得到的184个F2单株为群体,利用SRAP、SSR和AFLP标记技术构建甘蓝型油菜遗传图谱。【结果】该图谱共包含21个连锁群,涉及137个SRAP标记、143个SSR标记和118个AFLP标记。图谱总长1949.8cM,标记间平均图距为4.9cM。以SSR标记为锚定标记,该图谱与国际标准图谱进行了初步对应。研究共发现了8个偏分离区域。【结论】根据对标记分布的均匀程度,图谱覆盖程度以及标记密度等方面的分析,本研究构建的甘蓝型油菜分子遗传图谱质量较高,并且SRAP标记可能是比AFLP标记更适合于图谱构建的标记体系。

我国棉花抗枯萎病品种的遗传多样性分析

利用RAPD标记从分子水平上对在生产上有较大影响的 5 1个抗枯萎病陆地棉品种进行了遗传多样性分析。 5 1个陆地棉品种在 4 1个具多态性的随机引物上扩增得到 82个多态性位点。应用NTSYS pc 1.80数据分析软件 ,非加权组平均法 (UPGMA)聚类。 5 1个品种之间的平均成对Jaccard’s相似系数为 0 .5 98。有 17.1%的品种对在遗传上相似性较大 ,相似系数大于 0 .70 0。品种对相似系数在平均值附近 [0 .5 0 0 ,0 .70 0 ]区间上所占的比例最大 ,为 6 6 .9%。遗传差异较大 (相似系数小于 0 .5 0 0 )的品种所占的比例仅为 16 %。总体来说 ,我国抗枯萎病棉花品种之间的相似性较高。我国陆地棉品种资源整体上遗传多样性水平低下 ,以及我国抗枯萎病品种资源狭窄的遗传基础是导致陆地棉品种遗传多样性较贫乏的重要因素。从亚洲棉、海岛棉和其它棉属种内引进抗病基因成为棉花抗枯萎病育种取得突破性进展的关键。研究同时以相似系数矩阵为基础 ,构建了 5 1个抗枯萎病陆地棉品种的UPGMA树状聚类图。

玉米F_2群体分子标记偏分离的遗传分析

以优良玉米杂交组合 (综 3× 87 1)的F2 群体为材料 ,构建了包含 15 0个SSR标记和 2 4个RFLP标记的玉米分子标记连锁图。通过对 174个分子标记的分析 ,发现有 4 9个分子标记表现偏分离 (P <0 0 5 ) ,占总标记数的2 8 2 %。这些偏分离标记有 11个偏向父本综 3,占 2 2 5 % ;12个偏向母本 87 1,占 2 4 5 % ;2 5个偏向杂合体 ,占5 1 0 %。还有 1个标记同时偏向双亲。同时在 9条不同的染色体上发现 14个偏分离的热点区域 ,其中 4个与已经定位的配子体基因的位置相近 ,由此表明配子体基因是导致偏分离的部分原因。所发现的SDR6 1和SDR7 2似乎是两个新的偏分离热点区域。进一步讨论了引起偏分离的原因 ,以及偏分离标记对QTL定位的影响。对于单位点的QTL分析而言 ,偏分离标记一般不会影响QTL定位的位置和效应 ;对于两位点的上位性分析而言 。

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为"少投入,多产出,保护环境"。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育"少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产"绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。

利用双单倍体群体剖析水稻产量及其相关性状的遗传基础(英文)

主效QTL、上位性效应和它们与环境的互作 (QE)都是数量性状的重要遗传因素。利用籼粳交珍汕 97 武育粳 2号F1 植株上的花药进行组织培养得到的 190个双单倍体群体和 179个微卫星标记 ,通过两年两重复田间试验 ,采用混合线性模型方法分析了 9个控制水稻产量及其相关性状的遗传效应 ,得到 5 7个主效QTL ,4 1对上位性互作 ,8对QTL与环境的互作和 7对上位性效应与环境的互作。单个主效QTL解释这些性状 1 3%～ 2 5 8%的表型方差。各性状QTL的累积表型贡献率达 11 5 %～ 6 6 8%。大多数性状之间具有显著的表型相关性 ,相关性较高的性状之间常具有较多共同或紧密连锁的QTL。结果表明 。

长江、黄河流域两棉区陆地棉品种的遗传多样性比较研究

从３００个随机引物中筛选到带型清晰且重复性强的４１个多态性引物，用于长江、黄河流域两棉区的９１个陆地棉品种的ＲＡＰＤ标记分析。分析采用Ｊｅｃｃａｒｄ’ｓ相似系数，使用ＮＴＳＹＳ－ｐｃ１．８０数据分析软件，非加权组平均法（ＵＰＧＭＡ）聚类。来自长江流域棉区的对个陆地棉品种产生了 ８４个多态性位点，品种之间的平均相似系数为 ０．６３１。而来自黄河流域棉区的 ６８个陆地棉品种产生了９６个多态性位点，品种之间的平均相似系数为０．６３２。两棉区品种的相似系数矩阵比较及成对相似系数分布的比较均表明，长江流域和黄河流域棉区陆地棉品种的遗传多样性水平相当。共同的基础种质资源、相同的育种目标及相近的育种方法和策略可能是造成两大棉区品种遗传多样性水平相当的重要因素。

水稻产量库相关穗部性状的遗传分析(英文)

收集了源于珍汕 97 明恢 6 3的重组自交系群体中与产量库容有关的 10个穗部性状的表现型数据。总体上 ,每穗颖花数与每穗二次枝梗数、每个二次枝梗上的颖花数、颖花密度有更大的相关性。对所研究的 10个性状 ,两年间共检测到 5 3个QTLs。约 4 3.4 %的QTLs能在两年同时检测到。 5个染色体区域 (第 1染色体上G35 9 RG5 32和C5 6 7 C86 RG2 36 ,第 2染色体上R712 RM2 9,第 6染色体上P RG4 2 4 ,第 10染色体上C14 8 RM2 5 8)分别对多个穗部性状表现出效应。结果显示相关性状的QTLs大致定位在相似的染色体区域 ,这表明基因的多效性或紧密连锁是穗部性状间相关的遗传基础。在检测到的大量 2位点互作对中 ,约 18.2 %在两年都能被检测到。不同性状的共同互作对的比例为 8.7%～ 32 .6 %。在两年都能检测到的 2位点组合中 ,约 2 6 .7%的组合同时影响着多个性状 ,表现出多效效应。结果表明每个性状都由数个QTL、基因型与环境互作。

利用分子标记辅助选择改良杂交水稻的褐飞虱和稻瘟病抗性

稻瘟病和褐飞虱目前是我国水稻产区最重要的病虫害。汕优63曾经是我国种植面积最大的杂交水稻组合,然而其易感白叶枯病、稻瘟病、褐飞虱和品质等问题导致其近年来在生产上基本没有了面积。本试验利用分子标记辅助选择将水稻抗褐飞虱基因Bph14、Bph15同时导入到汕优63的亲本明恢63和珍汕97B中,以改良汕优63的褐飞虱抗性;同时将抗稻瘟病基因Pi1、Pi2导入到已改良的珍汕97B中,使后者同时获得褐飞虱和稻瘟病抗性。褐飞虱苗期鉴定结果表明:改良的杂交稻(聚合Bph14,Bph15或单基因)的褐飞虱抗性较对照(汕优63)显著提高;穗颈瘟田间自然发病结果也表明:聚合Pi1、Pi2的杂交稻发病率仅为约6%,明显低于对照汕优63(约90%)。田间农艺性状考察也表明改良型杂交稻的主要农艺性状与对照基本一致,产量高于对照或与对照相仿。这些改良组合可以为进一步培育绿色超级稻提供中间材料。

新型标记SRAP在棉花F_2分离群体及遗传多样性评价中的适用性分析

将新型分子标记SRAP(Sequence relatedAmplifiedPolymorphism)应用于棉花的遗传研究 ,并建立了完整的PCR反应体系 ,此体系稳定可靠、扩增效果好、可重复性强。采用 30个SRAP引物组合对海岛棉品种“Pima 90”和陆地棉品种“邯郸 2 0 8”进行比较扩增 ,2 9个引物组合可以获得多态性扩增 ,显示了较高的多态性。对上述两个品种的F2 群体进行检测 ,共产生 14 9个多态性条带 ,平均每个组合产生 5 14个 ,单引物组合最多可产生 13个多态性条带。用SRAP标记对 11份陆地棉材料进行遗传多样性检测 ,30个引物组合中 15个组合有多态性 ,得到 2 2个多态性条带 ,显示了较高的多态性比率。研究结果表明 。

植物远缘杂交中的染色体行为及其遗传与进化意义

远缘杂交与多倍体化在高等植物的进化中起着重要的作用。但矛盾和令人费解的现象是“自然界在合成多倍体方面取得了巨大的成功,而人类在这方面却收效甚微”。其原因一方面可能是自然多倍体是长期自然选择和进化的产物,人类难以在短期内重复和完成这一过程;另一方面可能对不同的染色体组结合后的遗传与互作机制还不太了解。故多倍体化后的遗传和表观遗传成了目前多学科研究的重点。在有些有性和体细胞杂种内亲本染色体在细胞内分开排列,但此染色体行为的遗传和生物学意义还不太清楚。在植物远缘杂交中出现的假配生殖、半配生殖、染色体消除和亲本染色体组分开等异常染色体行为,也反映出不同物种在配子和染色体水平上的不亲和。需对植物远缘杂交中的染色体行为和遗传进行不同层次与系统的研究,才可能深入了解杂交后新种的形成及进化机制。

采用倍性分析仪鉴定柑橘愈伤组织的遗传变异

使用倍性分析仪 ,对 4 8种培养多年不同基因型的柑橘愈伤组织的细胞DNA含量进行了测定。结果发现 ,除了路比葡萄柚、尾张和金诺橘等 3种愈伤组织变异较小 ,未出现第二个峰以外 ,有 93 8%的基因型的愈伤组织的细胞均出现了DNA含量加倍的细胞。通过DPAC分析软件分析得知 ,凤梨甜橙三倍体、宁波金柑、长沙橘、鲁斯脐橙、国庆 4号和卡特夏橙等 6种愈伤组织的细胞DNA含量还出现了三倍增加及非整倍增加的现象。在待测的 4 8种愈伤组织中 ,DNA含量变异细胞的百分率最大者为凤梨甜橙三倍体 ,达 18 5 1% ;最小者为暗柳橙 ,为 4 70 %。通过邓肯氏新复极差分析得知 ,不同基因型的DNA含量变异细胞的百分率之间存在差异显著性。在相同继代培养基和相同继代周期的条件下 。

植物耐低磷胁迫的遗传调控机理研究进展

土壤中总磷的含量很高,但其中能被植物吸收利用的有效磷浓度往往很低,因此,缺磷已经成为农业生产中重要的限制因子之一。由于磷在植物生长发育过程中的重要作用,植物在进化的过程中形成了一系列的适应机制以应对低磷胁迫。随着分子生物技术在植物营养研究中的广泛应用,研究人员相继克隆了大量参与植物体内磷动态平衡调控的基因,其中包括磷转运子、转录因子、非编码的小RNA及其它低磷胁迫诱导基因等。这些基因相互作用共同形成了复杂的植物耐低磷胁迫遗传调控网络。另外,利用数量遗传学的研究思路,大量与植物磷效率相关的数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)也被定位出来。这些研究结果对于理解植物耐低磷胁迫的遗传调控机制具有重要作用。本文就以上研究的国内外最新进展进行综述。

甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系9012AB遗传模式新释

通过对甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系9012AB及其临保系T45与来源不同的几个自交系和常规品种杂交和测交后代的遗传分析,提出了隐性细胞核雄性不育系9012AB的新遗传模式,即育性受2对育性基因Ms3和Rf控制。其中Ms3有2个等位基因,Ms3为野生型显性可育基因,ms3为隐性不育基因;Rf位点存在3个复等位基因,Rfc为野生型可育基因,Rfa为突变恢复型可育基因,而Rfb为突变不育基因,三者的显隐性关系为Rfa>Rfb>Rfc。按照这一遗传模式,9012AB可育株基因型为Ms3ms3RfbRfb,不育株基因型为ms3ms3RfbRfb;临保系基因型为ms3ms3RfcRfc;恢复系基因型为Ms3Ms3__或__RfaRfa。

用RAPD标记评估我国棉花品种遗传多样性

利用RAPD标记对17个不同来源的我国棉花品种（系）进行遗传多样性评估。200个随机引物扩增出113条多态性片段。17个品种（系）依据染色体组的不同可以分为3大类。它们之间的遗传相似性系数从0.2000到0.8451。3个大面积推广品种鄂荆1号，中棉所12号和苏棉3号遗传基础十分相近。陆地棉与阔叶棉杂交产生的野生种质系7581，与其他陆地棉品种（系）遗传差异显著。不同育种单位在育种过程中种质使用具有一定的倾向性。为拓宽品种的遗传基础，来自陆地棉品种外的其他优良种质应该在育种中予以考虑。