小麦新种质“普冰3228”穗下节长度QTL定位与候选基因分析

【目的】挖掘小麦新种质“普冰3228”穗下节的有效位点/基因,探讨其穗下节分子遗传机制。【方法】以“普冰3228”ד京4839”杂交产生的210个小麦重组自交系群体为材料,利用55K SNP芯片构建该群体高密度分子遗传连锁图谱,采用完备区间作图法(ICIM⁃ADD)对穗下节长度进行QTL定位分析,并基于QTL定位结果对穗下节长度候选基因进行预测分析。【结果】研究发现210个小麦重组自交系遗传群体穗下节长度存在丰富的遗传差异,分布于16.00~117.50 cm。共检测到6个与小麦穗下节相关的QTL,该QTL主要分布于2B、4B、4D、5B和6D染色体上,其LOD值介于2.55~7.88,解释变异率分布于3.43%~15.84%,且绝大多数QTL均来自母本“普冰3228”。定位于4B染色体上AX⁃109373490~AX⁃111540511区间的QUIL⁃4B.e1和定位于4D染色体上AX⁃110984743~AX⁃109230716区间的QUIL⁃4D.e1为穗下节长度主效QTL,可在2种环境下均被检测到的QUIL⁃4D为穗下节长度稳定QTL。进一步分析发现15个与穗下节长度相关的候选基因。该候选基因主要编码一些相关蛋白及功能酶,通过调节或影响植物代谢活动进而对小麦穗下节长度产生影响。例如TraesCS4D01G039200可能编码一种原纤维家族蛋白,直接影响小麦穗下节长度,TraesCS4D01G040300可能编码代谢产物转运蛋白,通过调节代谢产物在穗下节区域的分配影响穗下节的长度。【结论】研究共检测到与小麦穗下节长度相关QTL 6个,预测到与穗下节相关候选基因15个,研究结果有助于小麦穗下节遗传机制解析,并为穗下节遗传改良提供新种质。

基于SSR标记的100份国内外小麦种质遗传多样性分析及DNA指纹图谱构建

为了分析国内外引进小麦种质资源遗传多样性,揭示不同种质间的亲缘关系,促进小麦种质的有效利用及保护,本研究以引进的100份国内外小麦种质为材料,利用SSR分子标记进行分子检测,分析供试材料的遗传多样性并构建其DNA指纹图谱。结果表明,利用筛选出的23对SSR引物对100份小麦种质扩增,共获得235个基因位点,其中多态性位点232个,占比达到98.72%。SSR引物检测位点介于6~18个之间,平均等位位点数为10.09个,SSR引物有效等位基因数、Nei’s基因多样性指数和Shannon’s信息指数分别平均为1.35、0.22和0.36。不同小麦种质间的遗传相似系数变幅在0.56~0.96之间,平均为0.73。基于Nei’s遗传相似系数,100份小麦种质可被划分为6类,其中第Ⅵ类群包含的小麦种质数目最多,占到种质总数的62%。同时利用多态性比较丰富的5对SSR引物构建了供试小麦种质DNA指纹图谱。本研究结果可为小麦种质资源的科学利用及有效保护提供一定依据。

豫西山地不同类型人工植被恢复模式对土壤碳、氮的影响

为探究豫西低山丘陵退化区不同植被恢复模式下土壤C、N含量分布特征,在长期未被扰动的自然荒草坡地上设置9种不同植被类型试验小区,分别为紫花苜蓿(M)、速生杨(Y)、侧柏(B)、栓皮栎(L)、刺槐(H)、速生杨×紫花苜蓿(YM)、侧柏×紫花苜蓿(BM)、栓皮栎×紫花苜蓿(LM)、刺槐×紫花苜蓿(HM),以自然荒草地(CK)为对照。在植被恢复的第9年,测定不同植被模式小区下及区内不同坡度间的土壤TC、TN含量。结果表明,相较于CK,林草复合模式BM、LM、HM,及纯林模式L和H植被模式显著提高了土壤TC、TN含量。在Y、B、L各个植被模式各坡面不同坡位间的TC、TN含量均呈现显著性差异,而YM、BM、LM和HM模式各自坡位间基本都无显著性差异,说明林草复合模式可以减小坡面C、N含量的分布差异。因此,林草复合植被模式具有明显的增碳固氮作用。环境因子土壤pH和凋落物养分碳氮是影响土壤C、N含量的重要因素,表现为土壤pH与土壤TC、TN含量之间均呈极显著负相关关系,凋落物N与土壤TC、TN呈显著正相关,而凋落物C/N与土壤TC、TN呈显著负相关。

小麦籽粒镉元素含量全基因组关联分析及候选基因预测

以国内外207份小麦种质为材料,利用660K SNP芯片对其进行基因型检测,并结合不同环境下表型数据和最佳线性无偏预测值(BLUP,Best linear unbiased prediction)对小麦籽粒镉元素含量进行全基因组关联分析。结果表明:与小麦籽粒镉元素含量显著关联的SNP 310个,这些SNP分布于除3D和4D外的19条染色体上,单个SNP解释变异率为10.95%~14.66%。不同环境下检测到的关联SNP结果存在差异,其中在原阳地区检测到186个SNP,开封地区检测到71个SNP。基于BLUP值分析获得53个SNP。基于SNP物理位置,将距离较近的SNP进行整合,共获得有效QTL位点52个。同时发现了7个在多环境下表现稳定的SNP,并对其进行单标记效应分析。最后对基于获得的关联SNP进行了候选基因预测,共获得7个与小麦籽粒镉元素含量相关的候选基因,其中TraesCS1B01G321700和TraesCS1B01G320200可能与镉元素调控相关基因转录有关,而TraesCS7B01G459000和TraesCS7B01G456900可能与镉元素的吸收和转运等代谢过程有关。还筛选出了对镉具有良好避性的部分小麦优异种质,如‘云麦51’‘郑麦379’‘白穗白’‘云麦53’‘双丰收’。

不同基因型毛白杨同源重组变异研究

同源重组是生物遗传变异的重要来源。受检测方法限制,高等植物同源重组发生及其产物——异源双链DNA(heteroduplex DNA, hDNA)鲜有报道。本研究采用构建抑制减数后分离群体检测同源重组产物hDNA的方法,以2个母本来源的基于抑制减数后分离获得的毛白杨(Populustomentosa)杂种三倍体群体为研究材料,利用筛选出的110个简单序列重复(Simple sequence repeat, SSR)分子标记开展毛白杨不同基因型个体间9条染色体上hDNA发生及其遗传变异研究。结果表明,2个毛白杨雌株hDNA发生频率介于8.5%~87.2%之间,且hDNA发生频率与距着丝粒距离呈正相关关系,但同一染色体平均hDNA发生频率与染色体长度无相关关系;绝大多数的染色体检测出1~3次重组事件,少数检测出4次重组事件,极少数检测到5次重组事件;不同毛白杨基因型个体间同一染色体上hDNA发生频率总体相差不大,而在一些特定SSR位点间hDNA发生频率存在较大差异;与青杨杂种‘哲引3号’杨(P. pseudo-simonii×P. nigra ‘Zheyin3#’)相比,检测到的同源重组次数及hDNA发生频率和发生位置均存在较大差异。本研究首次对2个基因型毛白杨同源重组发生特征及其变异进行了研究,为揭示高等植物同源重组特点、种间和种内同源重组差异等提供了重要见解。

基于结构参数均值的林分空间结构综合评价研究

[目的]构建基于相邻木关系的林分空间结构综合指数用以评价林分空间结构优劣,指导林分结构优化。[方法 ]在诠释林分空间结构参数角尺度、密集度、大小比数和混交度均值意义的基础上,对林分角尺度、密集度和大小比数的均值重新赋值,进行标准化处理,使其成为正向指标;林分平均混交度为正向指标,采用实测值,然后将林分空间结构参数与单位圆法相结合,构建林分空间结构综合评价指数(FSS),并采用不同林分类型对其有效性进行验证。[结果 ]运用构建的空间结构综合评价指数对我国4个地区47块样地的评价结果表明:1)天然林中极端立地条件下的天然纯林空间结构最差;2)天然混交林的空间结构优于人工混交林;3)人工林中人工混交林的林分空间结构明显优于人工纯林;4)天然纯林空间结构优于人工纯林。[结论 ]构建的林分空间结构综合评价指数能够评价林分空间结构优劣,科学表达出“天然混交林的空间结构优于人工混交林、人工混交林优于人工纯林以及天然纯林优于人工纯林”的普遍认知,是一个良好的林分空间结构综合测度指数,对林分空间结构优化和效果评价具有很好的指导意义。

基于4株相邻木关系的林分空间结构多样性测度方法研究

【目的】深入剖析林分空间结构参数四元分布的生态意义,构筑基于相邻木关系的林分空间结构多样性综合评价指数,为制订有的放矢的森林结构调整策略提供理论依据。【方法】基于生物多样性概念,以参照树与其最近的4株相邻木组成的结构单元为对象,有机整合结构参数角尺度、混交度、大小比数和密集度的四元分布及结构单元树种数和林层数,运用遗传绝对距离公式、自然对数分别表达结构单元类型均匀性和丰富度,构造表达林分空间结构多样性测度指数,并运用长期定位监测样地数据进行验证。【结果】运用本研究提出的林分空间结构多样性指数(D_(FS))对处于不同气候带或不同起源的森林类型的空间结构多样性测度表明,锐齿栎天然林的D_(FS)值(0.854)与阔叶红松林的D_(FS)值(0.852)几乎相等,二者具有相似的空间结构多样性。侧柏人工林结构参数四元分布类型较多,高于锐齿栎天然林和红松阔叶林,但其空间结构多样性为3个林分类型中最低的(D_(FS)=0.382),主要原因是其垂直结构(D_(FSv)=0.369)和水平结构(D_(FSh)=0.562)多样性方面都比两类天然林低。结构单元中的平均树种数表现为天然林高于人工林,锐齿栎天然林为4.23,阔叶红松天然林为4.09,而侧柏人工林则为1.98,结构单元树种数能充分体现结构单元树种丰富程度。【结论】林分空间结构参数四元分布、结构单元树种数和林层数3者的有机整合是构造有效的林分空间结构多样性指数的基石。基于生物多样性概念提出的林分空间结构多样性指数D_(FS),既是对结构参数四元分布合适的量化表达,也是对结构参数四元分布生态意义恰当的诠释,更是对林分空间结构多样性的科学综合评价,能够测度出不同林分类型林分空间结构多样性的差异。

葱鳞葡萄孢菌诱导下韭菜RT-qPCR内参基因的筛选和验证

葱鳞葡萄胞菌引起的韭菜灰霉病是影响韭菜产量和品质的主要因素之一。为了筛选出感染灰霉病后韭菜叶片中稳定表达的内参基因用于基因定量表达分析,以模拟接种和接种葱鳞葡萄孢菌24、48、72 h的韭菜叶片为材料,基于前期的转录组测序结果选取UBC1、UBC2、UBQ1、UBQ2、GAPDH3、GAPDH4、TUB、EF-1α、40S RP、DDX、eIF-1A、PABP和DnaJ共13个基因为候选内参基因,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测13个基因的表达情况,采用geNorm、NormFinder、BestKeeper软件和Reffinder在线程序对候选内参基因的表达稳定性进行评估。结果表明,13个候选内参基因中UBQ1的Ct值变化范围最小,表达水平最稳定。GeNorm、NormFinder和BestKeeper软件筛选出的最佳内参基因不同,RefFinder综合评估显示,UBC2和UBQ1是韭菜叶片接种葱鳞葡萄孢菌后表达稳定性较好的基因,DDX是稳定性较差的基因。为了验证所筛选内参基因的可靠性,选择6个稳定性不同的候选内参基因分别作为定量分析的内部参照,对接种葱鳞葡萄孢菌后不同时间韭菜叶片中GST676和PRP902基因的表达水平进行归一化处理。结果显示,以稳定性较高的UBC2或UBQ1为内参基因时,校正的GST676和PRP902基因的表达趋势与转录组测序结果一致,而以稳定性相对较差的40S RP、eIF-1A、GAPDH4或DDX为内参基因时,校正的目的基因的表达趋势与转录组测序结果稍有差异。软件分析和实验验证结果表明,UBC2和UBQ1基因可作为葱鳞葡萄孢菌侵染韭菜叶片后相关基因定量表达分析的最合适内参基因。研究结果为后续开展韭菜抗灰霉病关键基因表达分析和功能研究奠定了基础。

普冰3228籽粒主要矿质元素含量的遗传分析

为了探讨小麦-冰草新种质普冰3228籽粒主要矿质元素含量的遗传特点,对普冰3228、京4839及其F_(2:3)群体籽粒Ca、Mg、Zn含量进行测定,并对普冰3228籽粒Ca、Mg、Zn含量进行遗传分析。结果表明,普冰3228、京4839及其F_(2:3)群体籽粒Ca、Mg、Zn含量均存在一定的差异,F_(2:3)群体籽粒Ca、Mg、Zn含量分别为81.76~999.55、337.24~1 380.86、5.21~148.11 mg/kg,其中Zn含量变异最大。3种元素含量具有相似的遗传特点,其最适遗传模型均为2对主基因+多基因模型,且主基因均具有加性-显性-上位性效应。控制Ca含量主基因的加性、显性、加性×加性、加性×显性、显性×加性效应值均为正值,而其显性×显性效应值为负值;控制Mg含量主基因的加性、显性、加性×加性、显性×加性效应值均为正值,而其加性×显性、显性×显性效应值均为负值;对于Zn含量,其主基因的加性、显性、加性×加性、加性×显性效应值均为正值,而显性×加性、显性×显性效应值均为负值。3种元素含量的主基因遗传率表现差异较大,其中Zn含量的主基因遗传率最高,其次是Mg含量,Ca含量最低。

自适应灰色欧拉模型的优化及其应用

灰色预测模型已经在很多领域获得成功的应用,但是该方法的模型性能还可以进一步提高.为此,提出了一种新的灰色欧拉模型GEM(1,1)和OSGEM(1,1),给出了参数的最小二乘法计算公式,并以微分方程为推理过程,得到了GEM(1,1)模型和OSGEM(1,1)模型的时间响应序列.利用2002-2015年的数据建立预测模型,利用2016-2018年的数据评估模型的准确性.结果表明,OSGEM(1,1)模型优于其他模型.

高温诱导‘凤丹’牡丹2n雌配子创制三倍体

以5年生‘凤丹’牡丹(Paeonia ostii‘Fengdan’)为试验材料,使用“树木非离体枝芽加热处理装置”(ZL200610113448.X)施加高温处理诱导产生2n雌配子。大孢子母细胞减数分裂进程与花蕾的外部形态和小孢子发育进程存在时序相关性,当花蕾发育至“大风铃”期前后,小孢子发育至单核花粉期后3~4 d,40℃高温处理花蕾4 h,自然授粉后代群体中可获得高比率(2.45%)三倍体植株。

美洲柿果实发育过程中果实品质变化规律

为了探讨美洲柿(Diospyros virginiana L.)果实发育过程中果实品质指标的变化规律,为美洲柿果实资源的深入开发利用提供理论参考,本文以美洲柿果实为材料,测定其不同发育时期果实的单宁、可溶性糖、总酚、抗坏血酸、可溶性蛋白质和游离氨基酸含量,分析各成分的变化规律及其相关性。结果表明:美洲柿发育过程中,果皮颜色逐渐由绿色转向黄色,然后转向橙红色;成熟期美洲柿果实中可溶性单宁含量迅速下降至可食用阈值以下,不溶性单宁含量显著升高(P<0.05),呈极显著的负相关关系(P<0.01),总单宁含量在整个发育过程中保持较高水平;总酚可溶性蛋白质、抗坏血酸含量在果实成熟期显著下降,氨基酸、抗坏血酸含量先上升后下降,成熟期果实中可溶性糖含量高达(49.56±0.99)mg/g;b*值与可溶性单宁、不溶性单宁、总酚和可溶性蛋白含量呈显著的正相关关系(P<0.05),外观品质和内在品质存在较强的相关性。可得出结论,美洲柿单宁、总酚、可溶性糖、抗坏血酸以及蛋白质等品质指标含量随着果实的发育呈动态变化,成熟果实果皮橙红色,果肉富含单宁、可溶性糖、可溶性蛋白质和抗坏血酸等物质,外观和内在品质俱佳。

毛竹PheNAC1基因负调控拟南芥对盐胁迫的耐受性

NAC(NAM,ATAF和CUC)转录因子在植物生长发育、衰老及抵御非生物胁迫等过程中具有重要的作用。为探究NAC基因在毛竹(Phyllostachys edulis)生长发育过程中的功能和响应环境胁迫的分子机制,本研究以毛竹为材料,克隆获得PheNAC1基因的全长CDS序列,并对其序列和表达模式进行分析。结果表明,PheNAC1基因编码区为954 bp,编码318个氨基酸。同源性分析表明,PheNAC1与水稻的OMTN3具有较近的亲缘关系(序列相似性为82.28%)。亚细胞定位结果预测PheNAC1定位在细胞核,转录激活活性分析显示其不具有转录激活活性。PheNAC1基因的启动子区含有胁迫响应元件,如:脱落酸(abscisic acid,ABA)有关的脱水胁迫元件(STRE)、厌氧诱导相关元件(ARE)等,表明其可能参与毛竹的胁迫响应。组织特异性表达分析显示,PheNAC1在毛竹叶中表达丰度最高,根和茎中次之;在成熟叶和衰老叶片中的表达显著高于幼叶。在干旱胁迫和盐胁迫后,分别在1和3 h显著上调表达。在笋采后衰老过程中显著上调表达。过表达PheNAC1基因的拟南芥对盐胁迫的耐受性降低。这些结果将为进一步阐明PheNAC1基因在毛竹生长发育及环境胁迫中的调控机制提供科学依据。

基于转录组测序红秋葵果实转色期花青素生物合成相关基因研究

以红秋葵果实发育转色期为研究对象,运用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术对其转色期进行转录组测序,研究红秋葵果实转色期花青素合成相关基因,以期从差异表达的基因中鉴定得到花青素生物合成的相关酶基因。结果表明:在红秋葵果实发育转色期转录本中共获得208145条Unigenes,对不同果实发育转色期差异表达的基因进行KEGG富集分析,共鉴定到28条花青素生物合成相关的Unigenes。根据其在红秋葵果实发育转色期表达情况,推测CHS4、CHS6、CHS8、HCT1、HCT2、CHI、UFGT和F3′5′H这8条基因在花青素生物合成中起关键作用。

野生豆Pht1基因家族的全基因组鉴定和表达分析

植物体内磷的吸收、转运和再利用过程主要是由位于质膜上的磷酸盐转运蛋白基因(phosphate transporter 1,Pht1)家族调控。目前野生豆Pht1家族基因的鉴定和系统分析尚未见报道,为了研究野生豆Pht1家族基因的进化和功能,本研究通过同源序列比对的方法鉴定并获得了野生豆Pht1家族的15个基因,分布在8条染色体上。多序列比对和系统发育分析显示这些基因分为四组,分别包含10,2,2,1个基因。基因共线性分析显示Gs Pht1家族存在6对复制基因,分别是GsPht1;1/1;5,GsPht1;2/1;7,GsPht1;3/1;14,GsPht1;6/1;10,GsPht1;8/1;9和GsPht1;12/1;13。Ka/Ks分析显示野生豆Pht1家族基因的进化经受纯化选择,Tajima相对速率测验表明基因复制事件后复制基因增加了进化速率。Gs Pht1家族基因在不同组织的表达模式显示复制基因对具有组织表达特异性,低磷胁迫条件下该家族大部分基因在不同组织中被诱导表达。本研究结果为野生豆耐低磷分子机制的研究提供了依据。

高温诱导牡丹产生未减数花粉

以5年生‘凤丹’牡丹为试验材料,在掌握花粉母细胞减数分裂进程的基础上,使用“树木非离体枝芽加热处理装置”(ZL200610113448.X)施加高温处理,诱导花粉染色体加倍,建立了适宜牡丹花粉染色体加倍的技术体系。结果表明,花粉母细胞减数分裂进程和花蕾的外部形态及花药颜色变化有一定相关性,当花蕾处于“小风铃”至“大风铃”时期,即花蕾直径13mm时,花粉母细胞减数分裂达到双线期—中期Ⅰ;此时期40℃高温处理4 h,可获得较高比率(21.98%)具有生活力的2n花粉。

黄土塬区苹果种植对深剖面土壤水分和地下水补给的影响

通过对长武黄土塬区不同林龄苹果林地下0~20 m深剖面土壤湿度及土壤水氯离子浓度测定,定量分析了黄土塬区苹果种植对厚深黄土剖面土壤水分及地下水补给的影响。结果表明:随着林龄增加,苹果林地深剖面土壤水分由浅及深逐年降低,深层土壤储水量呈倒"S"曲线趋势下降,27龄之后进入稳定期。丰水年份形成的活塞流是黄土塬区深层渗漏以及地下水补给的主导方式,农田下地下水年均潜在补给量为30.2 mm,占年均降水量的5.2%。农田转换为苹果林地后形成的深厚土壤干层将阻断降水对地下水的补给,减弱地下水补给过程中活塞流的主导作用。需通过政策引导协调农果面积比例,保证地下水资源持续补给,达到可持续利用的目的。