八倍体小滨麦与硬粒小麦杂交F_1的细胞遗传学研究

八倍体小滨麦(OctoploidTritileymus)与硬粒小麦(Triticumdurum)的杂交研究结果表明以八倍体小滨麦作母本,硬粒小麦作父本时,杂交结实率较高,平均为28.47%,而其反交结实率较低,平均仅为5.84%。杂种F1自交结实率极低,平均为1.11%;F1形态兼具硬粒小麦、普通小麦(Triticumaestivum)和滨麦(L.mollis)特性;杂种F1PMCMI染色体构型主要是14 +14 ,平均为13.51 +13.82 +0.14 +0.10 +0.02 ,普通小麦D染色体组与滨麦J、N染色体组配对频率分别为3.02%和3.57%,说明D组与J、N组间基本无同源关系。同时杂种F1PMC后期有落后染色体排列在赤道板上,末期和末期出现大量二分孢子、四分孢子带微核现象。

小麦-滨麦附加易位系DM 5911的创制及其细胞遗传学鉴定

滨麦(Leymus mollis(Trin.)Pilger,NsNsXmXm,2n=28)具有抗旱、耐寒、抗多种真菌和细菌病害、茎秆粗壮、大穗多花等特性,是麦类作物品种改良的优异种质资源。本研究采用细胞遗传学方法对由八倍体小滨麦M842-16与硬粒小麦品种D 4286杂交F6代选育出的1个附加易位系DM 5911进行了鉴定和农艺性状分析。细胞学镜检显示,DM 5911的染色体构型为2n=44=22Ⅱ;根尖体细胞原位杂交鉴定显示,DM 5911含有2条完整的Ns染色体和2条易位的Ns染色体;花粉母细胞原位杂交鉴定显示,DM 5911的2条完整Ns染色体和2条易位Ns染色体可以进行正常的联会配对和遗传。表明DM 5911是1个遗传稳定、包含1对完整的Ns染色体和1对易位Ns染色体的小滨麦附加易位系。形态学调查显示,DM 5911在株高和分蘖数等农艺性状方面得到了明显的改善。该附加易位系作为进一步创制小滨麦小片段染色体易位系的重要种质材料,可用于小麦染色体工程育种与遗传改良。

小麦近缘属植物1-FFT基因的克隆及功能分析

果聚糖与植物碳素分配和抗逆性有关,在逆境胁迫中具有保护植物细胞免受伤害的作用。为明确不同来源的果聚糖1-果糖基转移酶基因在植物抗逆中的作用,本研究分别以小麦近缘属植物华山新麦草(Psathyrostachys huashanica,2n=2x=14,Ns Ns)、簇毛麦(Dasypyrum villosum,2n=2x=14,VV)、大赖草(Leymus racemosus,2n=4x=28,Ns Ns Xm Xm)为材料,利用RACE技术克隆获得3个果聚糖1-果糖基转移酶1-FFT基因,分别命名为Ph-1-FFT、Dv-1-FFT和Lr-1-FFT。3个基因的完整开放阅读框长度分别为1989、1950和1989 bp,编码662、649和662个氨基酸,其编码氨基酸序列均含有果糖基转移酶保守结构域。氨基酸序列比对及进化树分析表明,Ph-1-FFT和Lr-1-FFT高度同源,与Dv-1-FFT位于不同的分支,而Dv-1-FFT与普通小麦、圆锥小麦、西尔斯山羊草和乌拉尔图小麦1-FFT具有高度同源性。采用基因重组技术构建p1300-35SN-Ph-1-FFT/Dv-1-FFT/Lr-1-FFT表达载体,利用农杆菌介导法将3个载体分别转入烟草品种W38中。对经过抗性筛选、PCR和RT-PCR验证的转基因植株鉴定发现,其抗旱和抗寒性明显高于对照,不同来源的1-FFT转基因植株的抗逆性差异不明显;在逆境胁迫条件下,转基因株系的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸含量都显著高于对照,而丙二醛的含量显著低于对照,不同来源的1-FFT转基因植株的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量差异不显著。本研究表明,Ph-1-FFT、Dv-1-FFT和Lr-1-FFT基因均是典型的GH32基因家族成员,其表达可能对提高烟草抗旱和抗寒性起作用。

部分美国小麦种质资源的耐盐性鉴定

为筛选高抗性的优质小麦资源,对通过前期抗病性和品质鉴定筛选出的7份优质美国冬小麦品种的耐盐性进行了鉴定。结果表明,盐胁迫下7个小麦品种的发芽率、相对根长、相对芽长、根系活力、叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均有不同程度的下降;过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、相对质膜透性和胞间CO2浓度则均有不同程度的上升。聚类分析结果表明,Hitch、TVT0PL-9和对照西农509为高耐盐品种;NE09L-47、NE09L-60-2和TVT09L-1为耐盐品种;NE09L-12和TVT09L-16为中耐盐品种;对照中国春为盐敏感品种。

大赖草6-SFT基因的克隆及其转基因烟草抗旱和抗寒性分析

果聚糖合成酶(6-SFT)在植物抵御逆境胁迫中起重要作用。利用RACE结合RT-PCR技术从大赖草(Leymus racemosus,2n=4x=28,NsNsXmXm)中克隆到6-SFT基因,其完整开放阅读框为1863 bp。该基因被命名为Lr-6-SFT(GenBank登录号KT387273),编码620个氨基酸,其推导氨基酸序列含有保守的果糖基转移酶结构域。氨基酸序列比对及进化树分析表明,大赖草6-SFT与华山新麦草、普通小麦、西尔斯山羊草和大麦6-SFT具有高度相似性。采用基因重组技术构建p1300-35SN-Lr-6-SFT表达载体,利用农杆菌介导法将该载体转入烟草品种W38中。对经过抗性筛选、PCR和RT-PCR验证的转基因植株进行抗旱和抗寒性鉴定,发现转基因植株与对照相比,抗旱和抗寒性明显增强;在逆境胁迫条件下,转基因植株的果聚糖、可溶性糖、脯氨酸含量都显著高于对照,而丙二醛的含量显著低于对照。本研究表明,Lr-6-SFT基因是典型的GH32家族成员,其表达能够提高烟草对干旱和寒冷胁迫的抗性。

华山新麦草蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因Ph-1-SST的克隆及序列分析

蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶基因1-SST在植物逆境胁迫反应中起重要作用。为了挖掘华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng)抗非生物胁迫关键功能基因,以华山新麦草叶片为材料,利用RT-PCR结合RACE技术克隆1-SST基因的全长cDNA,命名为Ph-1-SST,登录号为KX761897。通过PCR法扩增其gDNA序列,测序结果表明该基因的gDNA和cDNA序列长度分别为3 344bp和2 001bp,编码666个氨基酸残基,序列结构分析结果表明该基因含4个外显子3个内含子,预测该蛋白相对分子质量为72.9ku,理论等电点为4.87。序列比对显示,该基因与大麦1-SST基因编码蛋白的相似性最高(90%),为糖基水解酶32家族成员。对1-SST氨基酸序列的系统进化树分析显示,Ph-1-SST及其同源蛋白位于不同分支,初步推断此全长cDNA是华山新麦草中编码蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶的一个新基因。结果为作物非生物胁迫改良提供重要基因资源。

滨麦蔗糖:果聚糖6-果糖基转移酶(6-SFT)基因全长cDNA的克隆与生物信息学分析

为了挖掘和利用滨麦(Leymus mollis,2n=4x=28,JJNN)的优良基因,以拓宽小麦非生物胁迫抗性基因资源,以滨麦为材料,利用RT-PCR结合RACE技术从滨麦叶片中克隆到6-SFT基因cDNA的全长序列,并对其进行生物信息学分析。结果表明,其cDNA全长为2 086bp,开放阅读框为1 866bp(命名为Lm-6-SFT),编码621个氨基酸;其推导的蛋白分子量为69.1kDa,理论等电点(pI)为5.18,属于酸性蛋白。保守结构域分析表明,该基因推导的氨基酸序列含有SDPDG、RDP和EC结构域。多序列比对及进化树分析表明,滨麦6-SFT与冰草6-SFT在氨基酸水平具有高度的序列相似性。

小麦-黑麦抗条锈病1BL/1RS易位系8-2-1的鉴定

利用农艺性状优良的普通小麦品系W770B(2n=6x=42,AABBDD)与墨西哥黑麦(Secale cereale L.2n=2x=14,RR)杂交,秋水仙素处理染色体加倍,再经过多次与W770B回交,筛选出若干性状优良的衍生系。在大田用抖粉法人工接种条锈病混合菌种(CYR31,CYR32)对衍生系进行多次鉴定,筛选出对条锈病混合菌种(CYR31,CYR32)高抗的衍生系8-2-1。为了明确小麦新种质8-2-1的遗传基础,为该种质的应用提供参考,采用细胞学、原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)、分子标记(SCAR,SSR)、SDS-PAGE、近红外谷物分析仪和农艺性状调查对其进行鉴定分析。细胞学鉴定结果表明,8-2-1具有42条染色体(2n=42=21II);以黑麦DNA为探针的原位杂交(GISH)鉴定结果表明,8-2-1具有黑麦染色体信号;黑麦特异SCAR标记和1RS上的SCAR标记能够同时在黑麦和8-2-1中扩增出特异条带;小麦各个基因组SSR分子标记鉴定结果表明,只有小麦1BS上的SSR标记不能在8-2-1中扩增出目的条带,表明8-2-1为小麦-黑麦1BL/1RS易位系。SDS-PAGE结果表明,8-2-1亚基组成为Null、7+8、2+12,与W770B(Null,7+16,2+12)在Glu-B1位点编码的HMW-GS存在差异。8-2-1粗蛋白含量(干基)、面筋含量(湿基)达到中筋小麦标准;Zeleny沉降值符合弱筋小麦标准。农艺性状调查发现,8-2-1具有早熟、大穗、大粒等优点。因此,8-2-1可为培育高产、抗病和优质小麦新品种提供重要的中间材料。

小偃系列小麦品种的HMW-GS和醇溶蛋白分析

为探讨小偃系列小麦品种的品质相关性状的遗传基础,为小麦品质改良和品种选育提供参考,采用SDS-PAGE和A-PAGE技术对14个小偃系列小麦品种的高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和醇溶蛋白进行了研究。结果表明:14份小偃系列小麦品种共出现了7种亚基和5种亚基组合类型,G1u-A1位点,1亚基是主要亚基,其频率达85.7%;G1u-B1位点,7+9亚基是主要亚基,其频率为50%;Glu-D1位点,2+12是主要亚基,其频率高达92.9%。1,7+9,2+12是主要的亚基组合类型,其频率为35.7%;小偃系列小麦品种整体品质得分较高,为7.21。14个小偃系列小麦品种共检测到19条醇溶蛋白带型,平均13.6条;其遗传距离(GD)在0.23～0.59之间,当遗传距离为0.50时,14个品种可聚为4个大类,来源相同的品种,遗传相似性大,可以聚在一起。小偃系列小麦品种的高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白的遗传变异较小,遗传基础较狭窄。

优质强筋小麦小偃166的综合评价及推广前景

利用2003-2005年陕西省小麦区试及2005-2006年陕西省小麦生产试验汇总结果评价小麦新品种小偃166的丰产稳产性及综合农艺性状。根据品种选育过程和2004-2006年度陕西省粮油产品质量监督检验站品质鉴定试验结果评价小偃166品质特性。结果表明:小偃166具有与陕西省主栽高产小麦品种小偃22产量水平相当的高产特性及高抗条锈病、优质强筋等品种特性;高产、优质、抗病三要素能良好协调,是适宜在生产上大面积推广理想的优质强筋小麦品种。

21份印度小麦高分子谷蛋白亚基、醇溶蛋白及品质分析

为挖掘优良的小麦种质资源,以引进的21份印度小麦种质为材料,利用SDS-PAGE和A-PAGE技术,分析了其高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白组成。结果表明,在21份印度小麦材料中出现了12种HWM-GS亚基类型和14种亚基组合,其中有3种亚基类型(Null、1、2*)在Glu-A1位点,4种亚基类型(7+8,17+18,7,7+9,13+16)在Glu-B1位点,4种亚基类型(5+10,2+12,4+12,5+12)在Glu-D1位点。1、2+12优质亚基的比例相对较高,均为47.6%。小麦HWM-GS亚基组合1/7+9/2+12在所有亚基组合类型中出现频率高达19.0%。大多数材料的品质得分为7、8分,平均7.52分。共分离出32种迁移率不同的醇溶蛋白谱带,2和3号带出现频率最高,分别为95.24%和90.48%。DA 7200近红外分析仪初步分析结果表明,这21份印度小麦种质资源品质指标相对偏低。

156份小麦种质资源的纹枯病抗性鉴定与评价

为筛选在育种和生产上可利用的纹枯病稳定抗源,采用温室牙签接种法对156份小麦种质资源进行了纹枯病抗性鉴定。结果表明,供试材料存在纹枯病抗性差异,共筛选出36份两年表现稳定中抗及以上的种质材料,包括10份国内改良品种,16份美国引进小麦材料和10份小麦-华山新麦草后代材料。其中,Y-83-1和Y-83-3两年表现稳定抗病,且农艺性状较好,可作为抗小麦纹枯病育种的稳定抗源。

穗发芽抗性相关分子标记在73个小麦品种中的有效性评价

为发掘小麦抗穗发芽种质资源，并对与抗穗发芽相关的分子标记的有效性进行验证，对73个国内外小麦品种进行了穗发芽抗性鉴定，同时利用4对穗发芽抗性相关分子标记（Vp-183、wmc104、Xbarc170、Xgwm155）对上述品种进行PCR检测。结果表明，73个品种的穗发芽抗性差异明显，发芽指数变化范围为0．29％～88．48％，其中13个品种的发芽指数小于10％。分析发芽指数与分子标记检测结果之间的相关性表明，Vp-183标记与穗发芽抗性相关，wmc104、Xbarc170、Xgwm155标记与穗发芽抗性相关性不显著。烟农23、兰考181、陕农33、西农585、美105、关231、PBW550、DL788-2等8个品种为具有陟1Bb基因型的高抗穗发芽品种。

华山新麦草2Ns染色体SCAR标记的开发

为准确快速地建立小麦-华山新麦草杂交后代的分子标记鉴定方法,利用180条长度为10 bp的随机引物R1~R180对小麦-华山新麦草全套(1Ns~7Ns)二体附加系及其亲本华山新麦草和普通小麦7182共9个材料进行了RAPD分析。结果表明,R131在华山新麦草和小麦-华山新麦草2Ns二体附加系中可以扩增出特异条带。将该特异条带回收并测序,发现其全长为1126 bp,对其进行序列比对分析后设计SCAR引物S131,然后利用S131重新对9份材料进行了SCAR分析。结果显示,S131只在华山新麦草和小麦-华山新麦草2Ns二体附加系中扩增出特异性条带,表明RAPD标记R131已成功转化为可靠、特异的SCAR标记S131。这个新的SCAR标记可用于检测普通小麦背景下华山新麦草2Ns染色体。

附加华山新麦草不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其生理机制分析

为了解附加华山新麦草(Psathyrostachys huashanica Keng)不同Ns染色体对小麦耐盐性的影响及其相关生理机制,以小麦-华山新麦草全套二体附加系及其亲本7182为研究对象,对其进行150 mmol·L^(-1)、250 mmol·L^(-1)NaCl溶液胁迫处理,测定其芽期和苗期的7个生长指标及6个理化指标,并进行分析比较。结果表明,盐胁迫下,供试材料芽期的芽长(SL)和根长(RL)、苗期的叶片鲜重(FW)下降最为明显;4Ns、5Ns、7Ns附加系在芽期、苗期的耐盐性显著高于受体小麦7182,其中7Ns附加系耐盐能力最强,150 mmol·L^(-1)和250mmol·L^(-1)NaCl胁迫下,耐盐等级分别为Ⅰ级(高耐)和Ⅱ级(耐盐)。盐胁迫下,5Ns、7Ns附加系叶片内SOD、POD活性最高,且叶片丙二醛(MDA)含量最低,相对电导率最小;4Ns附加系脯氨酸含量较高,丙二醛含量较少。可以认为,华山新麦草4Ns、5Ns、7Ns染色体附加到小麦后,分别依赖渗透调节、抗氧化机制增强受体小麦的耐盐能力,这些附加系材料可作为新种质应用于小麦耐盐性研究和育种。

共转化6-SFT和bar表达框小麦的获得及检测

为了探究源于华山新麦草和簇毛麦的果聚糖合成酶基因6-SFT改良小麦(Triticum aestivum L.)抗非生物胁迫的可行性,以bar为筛选标记基因,通过基因枪介导法将Ph-6-SFT或Dv-6-SFT基因导入普通小麦(科农199)幼胚愈伤组织中,用除草剂草丁膦作为筛选剂筛选得到抗性植株,并对其进行PCR及GUS组织化学染色鉴定。结果显示,通过PPT筛选体系分别得到146株和187株抗性植株,其中PCR阳性植株分别为4株和6株,GUS组织化学染色阳性植株均为1株,转化率分别为0.24%和0.19%。结果表明,Ph-6-SFT和Dv-6-SFT基因已分别整合到小麦基因组中,获得了无抗生素标记基因的转基因小麦。

油菜O-acetylserine(thiol)lyase isoform A(OASTL)基因的克隆及序列分析

植物OASTL蛋白是半胱氨酸生物合成过程中的关键酶,催化半胱氨酸合成的最后一步。克隆低镉积累基因型油菜中OASTL基因,为研究该基因在镉积累过程中的功能提供参考。本研究以镉低积累品种美国‘油王88’幼苗为材料,采用同源克隆法PCR扩增OASTL基因,并对其进行生物信息学分析。克隆得到美国‘油王88’OASTL基因cDNA编码区长为969 bp,编码322个氨基酸;编码蛋白的理论分子量为33.9 kD,理论等电点为5.50,溶液中的不稳定指数为27.45,为稳定蛋白,属于磷酸吡哆醛(PLP)依赖型的β-取代丙氨酸合成酶超家族成员。氨基酸序列聚类分析表明,其与花椰菜和小白菜的相似性最高。亚细胞定位预测分析表明,OASTL蛋白定位于细胞质中,推测OASTL蛋白主要在细胞质中发挥重要作用。OASTL基因的克隆及其结构、性质与功能的初步分析,为油菜抗重金属育种提供理论基础和基因资源。

甘蓝型油菜γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCS)基因的克隆及生物信息分析

谷胱甘肽(glutathione,GSH)在生物体内具有抗氧化、抗衰老和重金属解毒等重要的生理功能。谷氨酸半胱氨酸连接酶(glutamate cysteine ligase,GCS)是合成谷胱甘肽的关键酶,又名γ-谷氨酰基半胱氨酸合成酶(γ-glutamylcysteine synthetase,γ-ECS)。本研究利用RT-PCR技术从甘蓝型油菜(Brassica napus L.)镉低积累品种‘美国油王88’中克隆到谷胱甘肽合成酶基因GCS的2个拷贝,分别命名为Bn-GCS-1和Bn-GCS-2。序列分析表明Bn-GCS-1的ORF长度为1536 bp,推测编码蛋白含有511个氨基酸,分子量为57.58 kD,等电点为6.02;Bn-GCS-2的ORF为1545 bp,推测编码514个氨基酸,分子量为57.95 kD,等电点为5.90。氨基酸序列比对和进化树分析发现,Bn-GCS-1和Bn-GCS-2与其他植物同源蛋白具有较高的一致性,且与白菜型油菜和甘蓝型油菜归为一类,亲缘关系最近。2个蛋白都由保守结构谷氨酸-半胱氨酸连接酶,γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶组成,属于谷氨酰半胱氨酸连接酶家族基因。亚细胞定位预测结果表明定位在叶绿体的概率为99.8%。本研究结果为进一步分析Bn-GCS-1和Bn-GCS-2基因功能及谷胱甘肽生物合成提供了理论依据。