经济遗传值在甘蔗选育种应用研究系列(三)甘蔗亲本经济育种值和家系经济遗传值分析

以45个家系甘蔗实生苗为供试材料,对蔗茎产量、甘蔗蔗糖分、有效茎、茎径、株高、甘蔗纤维分6个影响甘蔗产业经济效益最大的主要数量性状进行了经济遗传值(经济育种值)分析,结果表明:29个母本中,粤农73-204、德蔗93-88、CP84-1198、粤糖85-177、HoCP93-746、桂糖96-44、云蔗89-351、CP88-2143和湛蔗74-141等经济育种值高;26个父本中,CP84-1198、福农91-4621、粤糖89-240、CP81-1254、桂糖00-122、云瑞99-601、云瑞05-808、云瑞03-806、ROC22和福农95-1702等经济育种值高;45个家系中粤农73-204×CP84-1198、福农91-4710×粤糖89-240、HoCP93-746×福农91-4621、CP84-1198×ROC22、粤糖91-976×CP84-1198、HoCP93-746×ROC22、CP88-2143×粤糖97-76、桂糖96-44×ROC10、云蔗89-351×CP84-1198、湛蔗74-141×CP81-1254、HoCP93-746×湛蔗74-141、德蔗93-88×云瑞99-601、ROC11×桂糖91-116等经济遗传值高,可作为选育甘蔗新品种的重点家系。

经济遗传值在甘蔗选育种应用研究系列(二)甘蔗亲本育种值和家系遗传值分析

以45个家系甘蔗实生苗为材料,对6个影响甘蔗产业经济效益最大的主要性状蔗茎产量、甘蔗蔗糖分、甘蔗纤维分、有效茎、茎径和株高进行方差、遗传力、育种值和遗传值分析。结果表明:6个性状除母本的株高差异不显著外,其它性状在父本、母本及家系间差异均达显著或极显著;各性状的广义遗传力均大于50%,其中,甘蔗蔗糖分的广义遗传力为90.21%,表明这6个性状的广义遗传力较高,适合有性世代选择,可提高选择强度。29个母本中CP65-357、桂糖96-44、HoCP93-746、CP 84-1198、湛蔗74-141、福农91-4710、ROC22七个母本蔗茎产量和甘蔗蔗糖分的育种值皆较高,可作为高产高糖母本。26个父本中CP84-1198、粤糖89-240、ROC22、云瑞99-601、福农91-4621等蔗茎产量的育种值高。45个家系中,福农91-4710×粤糖89-240、HoCP93-746×ROC22、CP84-1198×ROC22、HoCP93-746×湛蔗74-141、HoCP93-746×福农91-4621、ROC11×桂糖91-116等家系蔗茎产量和甘蔗蔗糖分遗传值皆较高,可作为选育甘蔗新品种重点家系。

甘蔗NBS-LRR类抗病基因同源序列的分离与鉴定

根据已知植物(拟南芥、烟草和亚麻)抗病基因(RGAs)保守序列设计简并引物,从甘蔗高抗黑穗病品种NCo376的基因组DNA和cDNA中扩增出11条抗病基因同源序列,其中5条来自基因组DNA(EF059973、EF059974、EF059975、EF059976和EF059977),6条来自cDNA(EF155648、EF155649、EF155650、EF155651、EF155652和EF155653)。序列分析表明,这些RGAs均含有典型的NBS-LRR类抗病基因所拥有的保守结构域P-loop、Kinase-2a、Kinase-3a和疏水结构域。聚类分析表明,11条RGA同RPS2和XA1聚为一类,而N和L6则单独聚为一类。所有11条抗病基因同源序列中,kinase-2(LLVLDDVW/D)最后一个氨基酸皆为色氨酸。定量PCR分析表明,编号为EF059974的PIC基因的表达不仅受黑穗病菌胁迫的影响,而且受水杨酸的诱导和过氧化氢的抑制,也具有抗病基因组织特异性和组成型表达特性。

甘蔗中一个NBS-LRR类基因的全长克隆与表达分析

采用RACE技术,从甘蔗高抗黑穗病品种NCo376中克隆了一个NBS-LRR类基因的cDNA全长序列,命名为SNLR。生物信息学分析显示,甘蔗SNLR基因的cDNA全长为2985bp(GenBank登录号为EF155654),包括一个2661bp的完整开放读码框以及一个典型的29bppoly-A。同时,还具有NBS-LRR类抗病基因的所有保守结构域,包括4个NBS区域保守结构域和6个潜在LRR结构域;蛋白疏水性分析和二级、三级结构分析表明,该基因编码的蛋白质为弱碱性蛋白,pI为7.76,无明显的疏水结构域,以卷曲结构和螺旋结构为骨架,三级结构未见明显的跨膜信号蛋白区。定量PCR分析表明,甘蔗SNLR基因的表达受到黑穗病菌、水杨酸和过氧化氢的影响,分别表现出"抑-扬"、"全程抑制"和"扬-抑"的表达模式,也具有抗病基因组成型和组织特异性表达的特点。推测甘蔗SNLR基因可能为抗病相关基因。

利用斑茅cDNA芯片研究甘蔗受黑穗病菌侵染后基因差异表达

为了解甘蔗抗黑穗病的分子机制,利用斑茅干旱胁迫cDNA芯片检测了甘蔗受黑穗病菌胁迫后的基因差异表达。经杂交,在cDNA芯片的3860个模板中,有效差异表达(Ratio值≥2.0或≤0.5)的基因为101个,其中上调55个,下调46个。部分基因的定量PCR验证表明,芯片杂交结果可靠。上调表达基因经测序、冗余序列剔除,一共获得36个uniqueESTs。已知功能的22个上调表达基因,涉及多条生理代谢途径,如光合作用、离子转运和核酸代谢途径;以及多种分子水平的进程,如基因转录、蛋白质合成与修饰以及细胞信号转导等。另外,还检测到14个未知功能基因。结果表明,甘蔗对黑穗病的抗性具有复杂的机制。本研究为解释甘蔗受黑穗病菌胁迫后的基因差异表达及其网络构建奠定了基础,还为今后系统研究甘蔗对生物与非生物胁迫的响应机制提供技术支持。

对甘蔗受黑穗病菌侵染后差异表达基因的分离与鉴定

采用12个3′锚锭引物和8个5′随机引物构建引物组合,运用DDRT-PCR差异显示方法,分析NCo376和F134两品种接种黑穗病菌前后的基因表达差异。经克隆、测序和半定量RT-PCR验证,获得7条真实差异表达片段,这些片段分别同GenBank中编码细胞色素C氧化酶基因、核糖体蛋白基因、NAD-依赖型苹果酸脱氢酶基因、氨基转移酶基因、乙烯响应相关结合蛋白基因、RNA聚合酶特异转录起始因子和反转录转座子的序列的同源性达28%～99%。半定量RT-PCR分析表明,细胞色素C氧化酶基因的表达受甘蔗黑穗病菌和水杨酸的调控,不依赖于过氧化氢的作用机制,在甘蔗根、茎、叶中表达的抗病基因组成型表达,但表达水平较低。推测甘蔗受黑穗病菌侵染后,可能通过细胞色素C氧化酶基因的诱导,促使植保素合成增多,以此抵抗或抑制病原菌的胁迫。该结果丰富了甘蔗与黑穗病菌互作的分子机制研究,为甘蔗抗黑穗病分子育种奠定了基础。

斑茅cDNA中抗病基因同源序列的分离和表达特性分析(英文)

植物抗病基因具有一些特定的保守结构域。本研究根据已知植物同源抗病基因(RGAs)保守序列设计简并引物,从甘蔗近缘植物斑茅的cDNA中扩增出6条抗病基因同源序列,它们在NCBI上登录号分别为EU685835、EU685836、EU685837、EU685838、EU685839和EU685840。序列分析表明,这些RGAs均含有典型的NBS-LRR类抗病基因保守结构域P-loop、kinase-2a、kinase-3a和疏水结构域(hydrophobicdomain,HD)。氨基酸序列的同源性比对表明,6条RGAs序列同11条参试的抗病基因之间的同源性为8.3%～93.0%,而6条RGAs之间的氨基酸序列同源为30.5%～45.6%。另外,本实验所克隆的6条斑茅抗病基因同源序列中,kinase-2(LLVLDDVW/D)最后一个氨基酸皆为色氨酸,推测所克隆的NBS-LRR类抗病基因都属于non-TIR-NBS-LRR类。定量PCR分析表明,6条斑茅抗病基因同源序列在根、茎和叶片中组成型表达,同时这些抗病基因同源序列的表达会受外源信号分子水杨酸和过氧化氢的上调作用,可能在斑茅的抗病性中具有一定的作用。