花生抗旱种质资源创新利用研究进展

花生是我国重要的油料作物和经济作物,在农业生产上占有重要地位。我国水资源日益短缺,加强对花生抗旱资源的挖掘、评价和利用,结合常规育种和现代分子生物学技术培育抗旱品种,对提高花生产量及品质具有重要意义。本文概括了干旱对花生的危害、抗旱种质资源鉴定技术、抗旱基因挖掘及抗旱品种培育等国内外研究进展,旨在为今后更好地开展花生抗旱研究提供理论参考。

天南星种质资源研究进展

天南星是天南星科天南星属植物,以块茎入药,具有燥湿化痰、祛风定惊等功效,药用历史久远。目前对天南星临床应用和化学成分的报道较多,对于种质资源和遗传育种研究较少。该文从药用天南星的植物分类及产地、种质资源的多样性、细胞生物学、组织培养和分子生物学研究方面综述了天南星种质资源的研究进展,提出今后天南星研究的重点是要加强种质资源的搜集、保存、研究和利用,这将为广泛开展天南星育种工作奠定基础,并继续挖掘天南星可利用基因。

藜麦叶花青素生物合成转录组-代谢组联合分析

本研究利用转录组和代谢组学技术探究了翠绿色和粉红色藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)叶片中花青素的合成机制,分析了不同时期不同品种之间的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)及差异代谢物(Differential accumulated metabolites,DAMs)。通过对藜麦叶片的DEGs进行分析发现:与花青素生物合成密切相的DEGs有11个分别为4CL、C3’H、HCT、CHS、CHI、ANR、CYP75B1、UGT79B1、FG3、FG2、CYP73A;转录因子有4个分别为:MYC2、BHLH14、HY5和TGA。GO富集分析结果表明有7条GO Terms(GO:0009812(类黄酮代谢过程,flavonoid metabolic process)、GO:0010468(基因表达调控,regulation of gene expression)、GO:0051553(黄酮生物合成过程,flavone biosynthetic process)、GO:0009813(类黄酮生物合成过程,flavonoid biosynthetic process)、GO:0009411(应对紫外线,response to UV)、GO:0043169(阳离子绑定,cation binding)和GO:0016703(氧化还原酶活动,oxidoreductase activity))与花青素生物合成密切相关;KEGG富集分析发现6条(苯丙氨酸代谢(Phenylalanine metabolism,ko00360)、苯丙素的生物合成(Phenylpropanoid biosynthesis,ko00940)、类黄酮生物合成(Flavonoid biosynthesis,ko00941)、植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction,ko04075)、黄酮和黄酮醇生物合成(Flavone andflavonolbiosynthesis,ko00944)和昼夜节律-植物(Circadianrhythm-plant,ko04712))与花青素生物合成显著相关的代谢途径。代谢组学分析确定了矢车菊素3-O-3",6"-O-二丙二基葡萄糖苷(Cyanidin 3-O-3",6"-O-dimalonylglucoside)和柚皮素(Naringenin)可能是粉红色藜麦叶片形成的关键DAMs;转录组-代谢组学联合分析表明类黄酮生物合成和花青素生物合成途径是藜麦叶片中花青素生物合成的主要富集途径;通过qRTPCR对10个DEGs进行验证,结果表明qRT-PCR的验证结果与转录组测序结果一致。

陆地棉品种抗黄萎病反应规律的研究

对我国自育的108个陆地棉品种的抗黄萎病性进行了研究。在黄萎病发病期内,对黄萎病发病情况进行连续调查,测定产量、考查产量因素并检测纤维品质。利用因子分析法对陆地棉抗黄萎病反应规律进行分析,得出不同时期的黄萎病病指主要与前后3～5个阶段抗病性有关。病情发展主要由4个主因子决定,且第1、2主因子具有较大的方差贡献率。第1主因子(F1)主要与品种7月26日至8月9日的黄萎病病指有关,第2主因子(F2)主要与品种8月20日至9月4日的黄萎病病指有关。利用因子分析结果将108个品种划分为4个类型,前期抗病性较好而后期发病较快的第Ⅰ类品种,其产量较低,单株结铃数、单铃重、衣分均低于其他3类;纤维品质均较差,纤维长度、整齐度、比强度和马克隆值均较其他3类差。前期和后期病指均较低、发病缓慢的第Ⅱ类则小区产量最高,纤维品质处于平均水平。第Ⅲ类品种前期发病较慢,中期发病较快,具有较高的小区产量,单铃重最高;纤维整齐度、比强度和伸长率好于其他3类品种;前期发病较快,中期发病平缓,后期仍具有较高病指的为第Ⅳ类品种,小区产量较低,单株产量、单株结铃数和衣分较高;其他性状处于中等水平。但研究表明,某一阶段具有的抗病性并不能完全代表品种的抗病性。

棉花黄萎病“培养基定量接种鉴定法”

定量接种和避免污染是棉花黄萎病抗性鉴定的技术关键。本研究以海岛棉抗病品种‘Pima 90-53’、陆地棉感病品种‘中棉所8号’(CRI8),以及MS培养基等为材料,建立了一种新的定量接种无污染黄萎病鉴定方法——"培养基定量接种鉴定法"。结果表明:不含蔗糖、附加头孢霉素的MS培养基是适合培育棉花无菌苗的培养基。无菌苗蘸根接种黄萎病菌后再转移至MS培养基中继续培养,可以实现无杂菌污染定量接种。该方法的特点是排除了杂菌污染、发病条件一致、根部全程可视、抗性鉴定准确,适用于棉花种质资源抗性鉴定、黄萎病菌致病性测定和棉花抗病分子生物学研究。

转GhGST基因的棉花植株的获得

谷胱甘肽硫转移酶(GSTs)受黄萎病菌诱导表达,对黄萎病具有抗性。为明确该基因在棉花中抗黄萎病功能,本研究在前期工作基础上,以陆地棉Coker312为受体,利用农杆菌介导的茎尖转化法对GhGST基因进行遗传转化,共获得132株卡那霉素抗性植株,利用PCR检测以及胶回收测序进一步确定了11株稳定的转基因阳性棉植株。转基因植株的获得为后续GhGST基因功能研究及棉花新品种培育提供了基础材料。

芙蓉葵的黄萎病抗性鉴定

为挖掘抗棉花黄萎病菌新种质,进而为棉花抗黄萎病育种提供有益基因资源。以芙蓉葵(Hibiscus moscheutos L.)、‘中棉所8号’和Pima90-53为材料,采用蛭石育苗和无菌育苗2种方法,对其黄萎病抗性进行了鉴定。结果表明,采用蛭石育苗,芙蓉葵表现出高抗黄萎病,病情指数为7.69,其抗性优于抗病的海岛棉品种‘Pima90-53’。陆地棉品种‘中棉所8号’表现出感病性状。采用无菌育苗,芙蓉葵黄萎病抗性优于海岛棉品种‘Pima90-53’。2种抗性鉴定方法中,均不能从接菌培养的芙蓉葵分离出黄萎病菌。说明芙蓉葵具有高抗棉花黄萎病的特性。

花生SSR标记与品质性状的相关分析

为了研究花生SSR分子标记与品质性状之间的关系,本研究以农家品种四粒红和冀农黑3号杂交产生的251个重组自交系(RIL)群体为材料,运用SPSS17.0软件分析花生RIL群体品质性状与SSR分子标记的相关性。结果表明多数品质性状间有极显著或显著相关的关系。棕榈酸和油酸的相关系数最高为(r=-0.887),其次为硬脂酸和油酸(r=-0.753)。Pearson’s相关分析表明77个分子标记与8个品质性状存在着显著相关性。运用多元回归分析得到45个与8个品质性状相关的标记,解释的表型总变异的范围为8.1%~28.5%。上述结果为利用分子标记辅助选择改良花生的品质性状提供了参考。

基于绿色荧光标记的甘草遗传转化体系的建立

用根癌农杆菌EHA105菌株介导查尔酮异构酶基因(CHI)转化甘草,建立基于绿色荧光标记的高效遗传转化体系。通过比较子叶、子叶节、去子叶胚3种外植体的再生能力,确定不定芽分化率高达73%的去子叶胚为适宜转化的受体。高效遗传转化体系为:分化和生根培养基中草铵膦除草剂(PPT)筛选压力分别为2.0和1.0mg/L;工程菌浓度OD600=0.5;侵染时间30min;共培养基中乙酰丁香酮(AS)浓度为50mg/L;共培养时间为4d;分化和生根培养基中噻孢霉素(Cef)浓度分别为300和200mg/L。该体系通过检测再生苗根部GFP荧光筛选转化植株,简化了阳性苗的鉴定过程,阳性苗比率可达10%。该体系为研究甘草药用成分代谢途径中相关基因的功能和作用机制奠定了基础。

基于掖478导入系的玉米叶面积QTL定位

玉米叶面积与玉米产量密切相关,因而叶面积被当作遗传育种改良的重要目标。本研究利用叶面积具有显著差异的以掖478 (Ye478)为遗传背景的导入系纯合系SL19与Ye478为亲本构建F2作图群体,对3个环境下F2群体单株的穗三叶叶面积进行表型统计分析,利用单标记分析法及IciMapping复合区间作图法对叶面积进行QTL定位。结果显示:2个环境下均于玉米第6染色体umc2068～umc1883区间(3.0 Mb)检测到1个与叶面积相关的QTL,其LOD值分别为4.4和3.0,表型贡献率分别为17.2%和10.9%。该QTL属于主效环境敏感型QTL,且基于表型效应及基因表达水平验证了该QTL真实性。本研究为叶面积的精细定位以及分子标记辅助育种改良玉米叶面积提供重要信息,同时本研究使用的导入系纯合系SL19可直接应用于叶面积遗传改良的实践育种中。