文英杰,欧良喜,史发超,严倩,蔡长河,姜永华,刘海伦,陈洁珍
2023, 24(5):1205-1214. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230117001 CSTR:
摘要:荔枝是起源于我国的亚热带常绿木本果树,栽培历史悠久,在我国果树产业中具有重要地位。我国荔枝种质资源十分丰富,为荔枝育种和产业发展提供了重要的物质保障。国家荔枝香蕉种质资源圃(广州)是我国荔枝种质资源最主要的保存单位,也是目前世界上保存荔枝种质资源最多、最完整、最规范的种质资源圃。截止至2022年12月,收集保存荔枝种质资源652份,选育出了红绣球、仙进奉、凤山红灯笼等多个优质荔枝新品种,创建了50万株自然杂交后代群体以及2万多株人工杂交后代群体,推动了荔枝基因组和起源、分子标记、品质、抗病性等基础研究,助力了荔枝品种结构调整和产业提升,在乡村脱贫致富和产业可持续发展中发挥了重要作用。本文介绍了国家荔枝香蕉种质资源圃(广州)的发展历程,总结和回顾了近20年来荔枝种质资源收集保存现状,以及荔枝种质资源创新利用所取得的进展,并对今后的研究方向进行了展望,以期为未来我国荔枝种质资源的有效利用和产业发展提供可供参考的信息。
2023, 24(5):1215-1222. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230221003 CSTR:
摘要:DNA甲基化作为表观遗传调控的重要机制之一,通常发生在植物胞嘧啶碱基中,包含CG、CHG、CHH三种类型。主要影响染色质结构和基因的转录效率,在植物细胞基因表达调控、基因组稳定性维持等方面起重要作用。非生物胁迫影响植物的生长发育和繁殖最终导致植物死亡。基于已有研究发现,DNA甲基化可诱导非生物胁迫下植物的表型改变。DNA甲基化水平在植物非生物胁迫生长过程存在的变化机制受到甲基化酶和去甲基化酶的影响。甲基化状态上调(启动)或下调(关闭)基因表达以确保自身适应生长及发育,从而使植物在一定程度上适应和抵抗逆境伤害。这些信号转导通路可以引起植物形态、生理和生化的改变以适应逆境。本文对DNA甲基化功能及其在园艺植物的生长发育与非生物胁迫响应方面的研究进行了分析与总结,探讨了DNA甲基化在园艺植物表观遗传研究中存在的问题及展望,为园艺植物遗传改良及抗逆分子机理研究提供参考。
兰孟焦,后猛,肖满秋,李臣,潘皓,张允刚,卢凌志,侯隆英,葛瑞华,吴问胜,李强
2023, 24(5):1223-1235. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230322001 CSTR:
摘要:AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中最大的转录因子家族之一,至少含有1个由60~70个高度保守的氨基酸组成的特有的AP2结构域,根据AP2结构域数量和相似性可划分为5个亚家族:AP2 (APETALA2)、DREB (Dehydration-responsive element binding proteins)、ERF (Ethylene-responsive factor)、RAV (Related to AB13/VP)和Soloist。AP2/ERF转录因子通过AP2结构域中的YRG和RAYD保守元件与靶基因结合,实现对相关基因的转录调控功能。目前,AP2/ERF已成为研究植物抗逆机制和活性成分生物合成的热点候选基因,越来越多植物AP2/ERF家族及其成员被报道。本研究对近年来有关AP2/ERF家族的最新研究成果进行了总结,综述了AP2/ERF家族转录因子的结构特征与分类,重点介绍了该类转录因子调控植物次生代谢产物的合成以及参与生物、非生物胁迫应答等方面的研究进展,并展望了AP2/ERF转录因子可能的研究热点和领域,以期为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行植物遗传改良以及种质创新提供参考。
2023, 24(5):1236-1247. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230324001 CSTR:
摘要:百合(Lilium spp.)是多年生球根草本植物,观赏百合花姿端庄、花色多彩,是世界上最重要的观赏花卉之一,食用百合地下部分的肉质鳞茎可食用,有的种亦可入药或提取香料,是一种开发利用价值较高的植物资源。不同种类、含量的花青苷类物质分布在花被片上的不同区域形成了类型多样的观赏百合花色,食用百合鳞茎贮藏后期发生紫红色变化的现象亦主要由花青苷所引起。花青苷广泛分布于植物中,是一种重要的天然植物色素,其生物合成主要受到结构基因和调节基因的协同调控,环境因子也有一定影响,合成之后的积累则受到转运蛋白的调控。外观多样有益于提高观赏百合的观赏价值,而鳞茎色泽变化则会损害食用百合的商品价值。因此,本研究对观赏百合花和百合鳞茎的花青苷结构、生物合成途径、转录调控以及转运等方面进行回顾和总结,并对百合花青苷的研究方向提出了展望,以期为后续百合花青苷分子调控机制的研究提供参考,对定向改变百合花青苷的含量和积累部位提供借鉴。
2023, 24(5):1248-1256. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230220002 CSTR:
摘要:辣椒(Capsicum annuum L.)作物经济价值高、种植广泛,我国大多数辣椒栽培品种株型较高、分枝多、易倒伏、不利于机械化生产,人工生产成本不断上涨。随着农业生产技术水平的提高,劳动力日益紧缺,传统农业向现代机械化农业的转变迫在眉睫。作物理想株型的提出让植物株型调控成为遗传育种中的热点,可为辣椒株型调控机制的解析提供借鉴。本文围绕近年来国内外学者对植物株型调控遗传因素、分子机制、植物激素与株型的生物学关联方面和环境对株型的影响取得的研究成果进行综述,并提出了辣椒理想株型的设想。良好的辣椒株型能提高植株生产能力,便于管理,缓解劳动力紧缺,加速机械化生产进程。目前,关于辣椒株型调控机制的研究报道很少,因此探讨植物株型调控育种机制和遗传基础,有利于为良好株型种质资源的创制和加快新品种选育提供理论支持,为遗传育种奠定基础。
2023, 24(5):1257-1266. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230322002 CSTR:
摘要:工业大麻作为一种重要的特种经济作物,已经实现全产业链发展,尤其是其韧皮纤维作为重要原料而被广泛应用于纺织、造纸、建筑、家居、绝缘材料、建材以及汽车零部件和复合材料。国内对工业大麻的研发和应用较早,工业大麻纺织产品在全球市场上具有极大地竞争力。在纺织工业中随着市场对纤维产量的需求越来越高,对品质的要求也越来越严格,科研人员需要不断选育优质高产的纤维型工业大麻品种。全基因组关联分析(GWAS, genome-wide association study)能够揭示作物表型与基因型之间的联系,利于挖掘性状相关基因和遗传基础信息,进而分析群体遗传结构,推动分子育种与品种性状改良有机结合培育高产高质、抗病抗逆的优良品种。目前该技术方法已广泛应用在棉花、水稻、玉米、小麦等农作物中,在工业大麻等主要麻类纤维作物中的研究也取得一定进展。因此,本研究对目前工业大麻中GWAS的应用情况及研究结果进行阐述,并对未来应用该技术的研究方向进行了简要说明,以期为工业大麻后续采用GWAS分析提供见解。
2023, 24(5):1267-1276. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230110002 CSTR:
摘要:通过“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”项目,对江西省各农业县(市)水稻地方品种资源进行了调查和收集,2017-2019年共收集到水稻地方品种资源321份,对其形态特征、主要农艺性状和品质特性进行了鉴定。从地域分布来看,江西水稻地方品种资源在11个地级市均有分布,主要集中分布于九江、上饶、宜春、抚州、吉安和赣州等6个面积较大且山区丘陵地较多的地级市,这些地区经济欠发达、交通不便,又是少数民族聚集地,农户喜欢以水稻地方品种的稻米为原材料加工美食。江西省水稻地方品种资源存在籼稻与粳稻两个亚种,以籼稻为主,分为早稻、中稻和晚稻,以中、晚稻为主,粘稻和糯稻分别占38.0%和62.0%,种皮颜色种类丰富,有35份红米和紫黑米种质资源。江西水稻地方品种资源遗传变异丰富,多数表现为颖尖秆黄、无芒或短芒,穗型适宜、剑叶及茎秆角度适中、抗倒伏且落粒性适宜;鉴定出15份抽穗期与株高适宜的大穗、多颖花、高结实率、高千粒重的优良品种资源,还筛选鉴定出优异糯稻和有色稻米资源各12份。这些水稻优异地方品种资源具有较大的挖掘潜力,可为水稻新品种选育提供重要的资源支撑。
杜怀东,刘晓刚,刘阳,王纪元,宋佳伟,孙志勇,马伟,陈思怡,杨小丽,田蕾,李培富
2023, 24(5):1277-1290. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230220001 CSTR:
摘要:水稻的产量和矿质营养品质都是培育高产优质水稻新品种的关键因素。评价和筛选高产优质水稻种质,可为水稻新品种选育提供优异亲本或中间材料。通过测定139份粳稻种质资源8个产量相关性状(株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重、单穗粒重、结实率和着粒密度)和6个籽粒矿质营养品质相关性状(锌含量、铁含量、钙含量、镁含量、铜含量和锰含量),利用相关性分析和主成分分析等多元统计学方法,综合评价粳稻种质产量和矿质营养品质。结果表明:株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、单穗粒重相互之间均呈极显著正相关,矿质元素含量彼此之间呈不同程度的正相关,籽粒锌和镁含量与单穗粒重分别呈显著和极显著负相关。产量性状和矿质营养品质性状的主成分分析均提取到3个主成分,累计贡献率分别为78.432%和71.697%,从中筛选到了4个产量关键性状和5个矿质营养品质关键性状。结合产量和矿质营养品质综合性评价结果,共筛选到Hungarian No.1和牡10-815两份高产且矿质元素含量较高的种质。聚类分析结果显示,139份种质可划分为4个类群。类群Ⅰ仅包含2份高矿质营养含量种质;类群Ⅱ包含有41份种质,其锌含量相对较高,但产量性状较差;类群Ⅲ和Ⅳ分别有69份和27份种质,其产量性状表现较好,但类群Ⅲ的矿质营养含量相对较低,而类群Ⅳ的锰含量和钙含量相对较高。本研究结果可为高产优质水稻新品种选育提供理论依据和优异种质。
2023, 24(5):1291-1301. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230224004 CSTR:
摘要:通过对2017-2021年“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”收集到的福建水稻地方品种资源品质性状进行鉴定与评价,结果表明:在165份白米稻和红米稻中,粘稻的垩白度变异系数最大,其中籼型白米垩白度最高为148.91%,其次为透明度,而糙米率变异系数最小在5.0%以下。糯稻的阴糯米率变异系数最高在70.0%以上,其次是白度和直链淀粉含量2项指标,而糙米率、碱消值、胶稠度3项指标变异系数较小,都在10.0%以下。从米质指标达标率来看,粘稻整精米率和垩白度达标率较低,在50.0%以下,其他指标较高,均在65.0%以上;糯稻整精米率和直链淀粉含量达标率较低,在50.0%左右,其他指标达标率较高,均在65.0%以上。蒸煮食用品质优劣是优质稻评价的一项重要内容,粘稻中蒸煮食用品质3项指标均达到部颁优质3级以上品种占总数的60.7%,糯稻中占总数的35.4%。与福建第二次普查收集到的品种相比,第三次普查收集到的品种中蒸煮食用品质达到优质的品种比例有大幅度的提升。本研究筛选出10份米质达部颁优质的种质资源,可以为今后优质材料创制提供物质基础;另外还筛选出15份高直链淀粉含量种质,可用作加工专用稻新材料创制。本次收集到的水稻地方品种中有色稻资源较为丰富共有32份约占总数的20.0%,可为今后功能性水稻生产及育种提供宝贵资源。今后应加强地方品种品质鉴定评价工作,从中挖掘出优异的种质资源为水稻育种新材料创制提供物质基础,促进和推动优异水稻新品种选育。
赵春芳,陈涛,姚姝,赵庆勇,赵凌,周丽慧,朱镇,王才林,张亚东
2023, 24(5):1302-1310. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230210002 CSTR:
摘要:稻谷储藏过程的陈化变质对水稻生产和经营造成严重损失,开展稻谷耐储藏性研究对耐储藏水稻品种筛选具有重要意义。本研究利用197份半糯粳稻、117份普通粳稻和14份糯稻为试验材料,采用人工高温高湿陈化方法,以耐储藏指数陈化前后发芽率降低百分率(SDI)作为评价指标,分析了半糯粳稻与普通粳稻及糯稻间的耐储藏性差异。根据SDI高低,供试材料可分成4类:第I类高耐储型23份,75%≤SDI<100%,包含半糯粳稻8份和普通粳稻15份;第II类较耐储型77份,50%≤SDI<75%,包含半糯粳稻32份、普通粳稻44份和糯稻1份;第III类较不耐储型118份,25%≤SDI<50%,包含半糯粳稻82份、普通粳稻32份和糯稻4份;第IV类不耐储型110份,0≤SDI<25%,包含半糯粳稻75份、普通粳稻26份和糯稻9份。结果表明半糯粳稻总体上的耐储藏性低于普通粳稻,而糯稻更不耐储。对材料生育类型间的耐储藏性分析显示半糯粳稻和普通粳稻中仅早熟中粳稻型表现较低。陈化前后稻谷新鲜度值降低百分率(RPFV)进一步验证半糯粳稻耐储藏性高于糯稻而低于普通粳稻。通过SDI和RPFV综合评价,筛选到高耐储藏的半糯粳稻4份(BG26、BG69、BG81和BG164),普通粳稻9份(南粳晴谷、CG10、CG23、CG25、CG28、CG32、CG38、CG49和CG71)。研究将为改良水稻品种的耐储藏特性以及发掘耐储藏基因资源提供材料来源。
2023, 24(5):1311-1320. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230301002 CSTR:
摘要:为了提高我国裸大麦种质资源的利用效率,通过变异系数、多样性指数、相关性分析、主成分分析和聚类分析,分析了398份国内外裸大麦种质资源表型性状的多样性水平。结果显示:18个表型性状在不同裸大麦资源间存在丰富的变异,18个表型性状的多样性指数为0.66~2.06,平均为1.42,以芒型的多样性指数最小,株高与每穗粒数的多样性指数最大;变异系数在4.71%~61.03%之间,平均为26.59%,其中籽粒颜色的变异系数最高,抽穗期的离散程度最低。相关性分析表明,单株穗数、穗长、每穗粒数、千粒重和结实率可作为今后选育高产裸大麦品种的指导目标性状。主成分分析结果显示,5个主成分子的累计贡献率达 64.297%,其中抽穗期、株高、棱型和千粒重等性状是裸大麦表型变异的主要因素。结合隶属函数值计算综合得分(F值)获得排名前10的品种:江苏元麦33号、Ⅶ-131、玉米麦、江苏元麦58号、建湖团六棱子、戴帽元麦、江苏元麦65号、江苏元麦23号、江苏元麦20号和江苏元麦22号。系统聚类将裸大麦资源分为4类,聚类结果与地理位置相关性不显著。相关结果为不同地域裸大麦种质资源的利用及品种选育提供重要参考。
常利芳,乔彦玮,陈芳,乔麟轶,郭慧娟,李欣,张树伟,畅志坚,张晓军
2023, 24(5):1321-1333. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230318001 CSTR:
摘要:干旱是影响小麦高产稳产的最突出因素之一。筛选优异抗旱种质资源、培育抗旱品种,对小麦育种及产业发展具有重要意义。本研究分别在种子萌发期和成株期对180份小偃麦高代稳定衍生系进行了抗旱性鉴定,通过测定根长、生物量以及产量相关性状,结合主成分分析、隶属函数分析和相关分析对其不同生育时期的抗旱性进行综合评价。结果表明,不同生育时期的干旱胁迫均导致抗旱相关指标的显著降低,种子萌发期以叶鲜重、根鲜重、苗高和最大根长降低最多,成株期以株高、单株产量降低最多。不同生育时期各测定指标的抗旱系数分布均有明显差异。种子萌发期和成株期的综合抗旱评价D值之间相关性不显著,成株期抗旱综合评价D值与单株产量、萌发期最大根长和叶干重抗旱系数呈显著相关。基于主成分分析和隶属函数分析的抗旱性综合评价D值划分小偃麦衍生系的抗旱等级,其中萌发期有24份、成株期有28份衍生系均为极强抗旱型。综合评价筛选出11份在萌发期和成株期均表现较强抗旱性的小偃麦衍生系,可以作为小麦抗旱育种及遗传研究的优异种质资源。
曹依林,曹作增,韩欣静,邢亚楠,毕燕鸽,郭旭东,王辉,王富,朱文莹
2023, 24(5):1334-1343. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230119001 CSTR:
摘要:对具有单性结实和自交不亲和特性的番茄自交系85-6进行了研究。通过花的外观观察、花粉活力测定和胚珠发育观察,发现85-6具有正常的花结构,花粉活力正常,胚珠发育正常,表明85-6不存在雌蕊或雄蕊的败育现象。通过自然自交、人工辅助自交和杂交发现,85-6在正常温度环境下存在自交不亲和的现象,自交后得到无籽果实,而作为母本或父本进行杂交时,均可获得杂交后代。在花期遇到温度胁迫(日平均气温<10 ℃或>35 ℃)后,85-6则可完成正常的授粉受精得到正常的有籽果实,但受精后的果实发育迟缓,果实变小,且得到的种子萌发率只有29.75%。在正常温度和温度胁迫条件下,蕾期去雄后均可获得无籽果实,表明85-6番茄具有单性结实的特性。通过对已报道的单性结实基因的序列比对,发现4个单性结实相关结实基因pat-2、pat-k、pad-1、hydra在85-6和79-1之间不存在基因序列上的差异,推测控制85-6单性结实的基因可能是一个新的基因。85-6番茄材料的发现丰富了番茄单性结实和自交不亲和资源,为番茄的单性结实和自交不亲和育种以及相关机制的研究提供了较好的重要材料。
2023, 24(5):1344-1354. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230209002 CSTR:
摘要:为探究桃资源果实挥发性成分遗传多样性,以36份桃品种资源果实为试材,采用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术检测样品挥发性物质,并进行方差分析、变异系数、相关性分析、主成分分析(PCA, principal component analysis)和偏最小二乘-判别分析(PLS-DA, partial least squares-discriminant analysis)。结果表明,在36份桃品种资源中共检测到77种挥发性物质,包括萜类、醛类、酯类、内酯类、醇类和酮类等。挥发性成分的变异系数范围为18%~390%,说明资源具有丰富的香气表型多样性。相关性分析结果显示,性状间呈显著相关和极显著相关性的分别有11对和10对,其中果肉颜色、品种类型、粘离核、果实质地与香气物质含量相关。PCA分析可以明显区分白肉桃和黄肉桃。以变量投影重要性(VIP, variable importance in projection)>1,P<0.05为标准,筛选到9种区分黄肉桃和白肉桃的特征挥发性物质,其中茶螺烷的VIP值最高。
2023, 24(5):1355-1366. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230301001 CSTR:
摘要:对吐鲁番地区核心葡萄品种资源的香味性状进行综合评价研究,为葡萄香味品种选育提供可靠数据,以提高育种效率。以27份葡萄品种资源为试验材料,通过果实香味表型鉴定、萜类物质测定、主要萜类物质调控基因位点分型测定研究,对资源进行综合鉴定,研究品种间的香味性状差异,筛选优异香味育种材料。27份品种表现草莓香、无香、玫瑰香、混合香等4种香型。共检测到26种萜类物质,在4种香型品种中均有分布,但在物质种类和含量上存在显著差异,玫瑰香型品种的萜类物质种类和含量高于草莓香型和无香型品种;玫瑰香型品种间也存在显著差异,香味浓郁品种的萜类物质种类和含量高于香味清淡品种;混合香型品种的橙花醇、香茅醇、玫瑰醚含量高于其他3种香型品种的平均含量。里那醇、香叶醇、橙花醇、香茅醇、玫瑰醚等为玫瑰香型品种的主要萜类物质。27份品种的主要萜类物质调控基因位点基因型表现为显性纯合型T/T、显性杂合型G/T、隐性纯合型G/G。阳光玫瑰和早康宝为T/T型,无核白、红地球、巨峰、白香蕉、无核白鸡心、SP1153为G/G型,其他品种均为G/T型。研究认为阳光玫瑰、早康宝是理想的玫瑰香味育种材料,早收麝香、香妃、贵妃玫瑰、意大利、绿洲宝石、无核翠宝等品种具有浓郁或较浓郁的玫瑰香味且携带香味显性杂合基因G/T,可以考虑用作育种材料,通过自交或品种间杂交,选育香味品种,将能提高育种效率。葡萄DXS基因KASP SNP分型检测是鉴定玫瑰香型品种或杂交后代单株的有效手段。
吴河饶,任青艳,陈莹,黄大玉,陈思冶,韦圻,刘应召,蒋勇,杨青华,吴秀林,田景卫,伍家盛,杨胜安,陈涛林
2023, 24(5):1367-1379. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230311001 CSTR:
摘要:本研究分析了贵州特异茶树种质资源——榕江茶的品质化学成分特征及其遗传多样性,为其开发利用和特异茶树新品种培育提供科学依据。以分布在贵州省黔东南州月亮山的121份榕江茶种质资源为材料,对其水浸出物、茶多酚、游离氨基酸等21个主要品质化学成分指标进行检测分析,通过遗传多样性分析、主成分分析、聚类分析、相关性分析等对其品质性状特征和遗传多样性进行评价,并对其中的优异资源进行筛选。121份资源的21个品质化学成分指标的变异系数为5.70%~119.69%,平均为32.84%,遗传多样性指数为1.47~2.08,平均为1.95。21个品质化学成分指标的相关性分析结果显示,呈极显著正相关有42对性状,呈显著正相关的有14对,呈极显著负相关的有10对,呈显著负相关的有10对。主成分分析表明,前7个主成分特征值均大于1,且累计贡献率达76.84%,包含了原始变量的绝大部分信息,以因子得分系数矩阵求得每个单株资源的品质化学成分在各主成分上的综合得分,筛选出了12份品质化学成分综合得分高的单株资源。聚类分析显示,在欧式距离18.0处,可将121份榕江茶种质资源分为6个类群。优异种质资源筛选结果显示,121份榕江茶种质资源均属于高茶多酚(≥20.0%)、低咖啡碱(≤1.5%)、高可可碱(≥2.5%)类型的资源,其中高茶多酚(≥20.0%)、高水浸出物(≥45%)的特异类型资源有
2023, 24(5):1380-1388. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230307001 CSTR:
摘要:小麦籽粒硬度是影响小麦商品分类分级、小麦制粉工艺和小麦面粉最终加工用途的重要指标,分子标记辅助选择可以有效提高小麦籽粒硬度的选育效率。为了发掘和开发更多与小麦籽粒硬度紧密连锁的分子标记,本研究采用硬质小麦扬麦158与软质小麦西风配制重组自交系群体,利用55K SNP芯片分析群体基因型并构建了群体遗传连锁图,结合4年群体籽粒硬度的表型资料对影响小麦籽粒硬度的QTL进行了分子定位。结果显示,构建的遗传连锁图覆盖2784.9 cM,含有3830个非共分离的SNP标记;除PIN基因外,共定位到12个可重复的QTL位点,分别位于1A、1B、1D、2A(2个)、3A、4D、5A、5D、6B、6D和7A染色体,单个QTL可解释3.2%~15.2%籽粒硬度变异;11个QTL来自软质小麦西风,1个QTL由硬质小麦扬麦158贡献;7个QTL表现稳定,可在4年试验中重复,其中5个QTL未见报道,为新发现QTL,特别是5D染色体新发现的QTL最高可解释15.2%表型变异。与这些稳定QTL紧密连锁的SNP标记将为今后开展长江中下游麦区软质小麦的分子标记辅助选择提供帮助。
2023, 24(5):1389-1400. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230222002 CSTR:
摘要:为了了解苦荞抗立枯病的分子机制,以苦荞代表性品种川荞1号为材料,克隆出FtEIN3基因。生物信息学分析表明,FtEIN3基因的CDS序列长度为1623 bp,编码540个氨基酸,FtEIN3蛋白二级结构由α-螺旋(33.52%)、延伸链(6.67%)、β折叠(2.41%)和无规则卷曲(57.41%)组成。系统进化树显示,苦荞FtEIN3蛋白与棉花GhEIN3、榴莲DzEIN3蛋白亲缘关系较近。通过对108份苦荞种质资源EIN3编码区序列比对,检测到5种不同的单倍型,其中Hap3为优异单倍型。qRT-PCR结果表明,FtEIN3基因在苦荞中的表达受立枯丝核菌侵染的诱导。激光共聚焦显微镜观察下,苦荞FtEIN3基因定位在细胞核上。为进一步验证FtEIN3基因的功能,本研究构建了FtEIN3的转基因拟南芥并分析其抗病性。结果显示,相对于野生型拟南芥,过表达FtEIN3基因显著提高了转基因拟南芥株系的抗立枯病能力。以上结果表明FtEIN3基因参与苦荞麦抗立枯病的防御过程,为进一步研究FtEIN3调控苦荞抗立枯病的分子机制奠定了一定的工作基础。
欧阳屹南,刘洋,彭佳师,陈媛媛,赵辉,贺玉婷,赵星宇,唐新科,周美亮
2023, 24(5):1401-1412. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230226001 CSTR:
摘要:前期苦荞转录组分析显示了一个介导黄酮类物质合成相关的黄酮合成酶基因FtFLS1。为进一步了解FtFLS1基因的结构、功能和基因多样性,本研究通过同源比对和保守序列分析筛选得到苦荞FLS基因家族共104个成员,其根据同源性和结构域分为10个亚族,FtFLS1属于DF8亚族。同时,启动子分析结果显示上游1500 bp启动子序列中有2个MeJA响应元件,据此,本研究分析了FtFLS1在苦荞不同器官中的表达量差异及其在MeJA不同处理时间下苦荞中的表达量差异,结果显示,FtFLS1在茎和叶中的表达相近且均要明显高于其在根中的表达,同时FtFLS1在苦荞中的表达也随着MeJA处理时间的增加而显著提高。为进一步验证FtFLS1的功能,本研究克隆了FtFLS1的CDS序列,以此构建FtFLS1的过表达苦荞毛状根株系并检测了它们的黄酮类物质含量,结果显示,相对于正常诱导的苦荞毛状根,FtFLS1的过表达毛状根明显积累了3类黄酮合成酶的下游产物:山奈酚、槲皮素和芦丁,而黄酮合成酶的底物二氢山奈酚和二氢槲皮素的含量明显降低。此外,本研究还分析了200份不同群体苦荞中FtFLS1基因的多样性,结果显示:北方群体、南方群体和喜马拉雅野生群体均拥有明显不同的FtFLS1基因型分布,其中北方群体和南方群体呈现明显的分化,研究结果为探索FtFLS1介导的黄酮类物质合成以及了解荞麦驯化过程提供了思路和参考。
陈伦妍,朱雅婷,陆艾鲜,吴悠,冀宏宇,陈志清,吴沙沙,翟俊文
2023, 24(5):1413-1425. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230217001 CSTR:
摘要:虾脊兰属(Calanthe R. Br.)植物物种多样性丰富,但在全球变暖的环境影响下,极端高温天气频繁出现,加剧了非生物胁迫对该属物种生存和繁殖的危害。本研究以兰科(Orchidaceae Juss.)6种虾脊兰属植物作为研究对象,通过高温半致死生理实验初步确定不同虾脊兰属植物的耐热性,并挑选耐热型银带虾脊兰(Calanthe argenteostriata C. Z. Tang & S. J. Cheng)和热敏感型三棱虾脊兰(C.tricarinata Lindl.)进行转录组测序,以筛选热胁迫相关基因,并分析其表达差异及功能。同时利用实时荧光定量PCR技术检测其基因在不同温度下的表达模式,分析相关基因与耐热性的关系。结果表明:(1)6种虾脊兰属植物的耐热性由弱至强排序:三棱虾脊兰<钩距虾脊兰<三褶虾脊兰<西南虾脊兰<中华虾脊兰<银带虾脊兰。(2)在耐热型银带虾脊兰和热敏感型三棱虾脊兰中鉴定到响应热胁迫的基因家族包括HSP、HSF、LEA、XTH、TIL。(3)三棱虾脊兰耐热相关基因表达的上限温度为30 ℃,超过该温度则对三棱虾脊兰造成伤害;银带虾脊兰9个耐热相关的差异基因在40 ℃下依然保持较高的表达量,可能因此获得了对高温胁迫较高的耐受性。本研究从分子水平上探究虾脊兰属植物对高温的响应,为筛选耐热性关键基因及培育耐热性较强的园林植物提供重要的线索,对现代园林育种具有重要的指导意义和应用价值。
贾龙,罗高玲,陈燕华,王素华,陈红霖,刘长友,杜吉到,王丽侠
2023, 24(5):1426-1434. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230224005 CSTR:
摘要:炸荚和籽粒硬实性是野生小豆的主要特性,严重制约着野生小豆资源的利用,解析这些性状的遗传机理,对培育优良小豆新品种具有重要意义。本研究基于中红5号和野生小豆(Vigna angularis var. n ipponensis)杂交衍生的重组自交系,开展炸荚和籽粒硬实等驯化相关性状鉴定及SSR标记分析。表型分析显示荚皮卷曲数、炸荚率及籽粒硬实率均不符合典型正态分布。构建了包含111个SSR标记、11个连锁群的小豆遗传连锁图谱,总长3813.5 cM,标记间平均距离为34.35 cM。连锁分析共发掘到与2021年炸荚率和荚皮卷曲数相关QTL 19个,与2022年炸荚率及荚皮卷曲数相关QTL 13个,其中不同年份重复检测到的荚皮卷曲数相关QTL 2个,重复检测到的炸荚率相关QTL 3个。籽粒硬实相关QTL 4个,其中位于LG11的QTL分别与炸荚率及2022年荚皮卷曲数相关QTL重叠。本研究结果为进一步开展小豆驯化相关基因的精细定位及机理解析奠定了基础。
祁航,王婉,唐晓飞,薛永国,曹旦,刘鑫磊,栾晓燕,杜吉到,邱丽娟
2023, 24(5):1435-1447. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230323002 CSTR:
摘要:大豆是全球重要的豆科作物,是人们食用和饲用主要的蛋白质和油脂来源。大豆蛋白质和脂肪含量受多基因控制且易被环境等因素影响,发掘高蛋白和脂肪基因位点对于定向培育大豆新品种具有重要意义。本研究选用由高产优质品种黑农84与蛋白含量较高品系京河4号杂交构建的880个家系组成的遗传分离群体,利用中豆芯一号SNP标记和SSR分子标记技术鉴定F2群体的基因型,结合蛋白质、脂肪含量表型,通过QTL IciMapping4.2的完备区间作图法(ICIM-ADD)定位获得2个蛋白QTL和2个脂肪QTL。qPro_11_1和qOil_11_1,位于分子标记SSR_11_1087与SSR_11_1090之间,区间大小为126.27 kb,遗传贡献率分别为4.05%和3.23%,共有注释基因5个。qPro_14_1和qOil_14_1,位于SSR_14_0421与SSR_14_0429之间,区间大小为246.09kb,遗传贡献率分别为4.67%和7.13%,共有注释基因15个。本研究定位的稳定的蛋白质含量位点和脂肪含量新位点,为大豆高蛋白和高油分子标记辅助选择育种和基因图位克隆奠定了基础。
2023, 24(5):1448-1460. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230224007 CSTR:
摘要:蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.)原产于东亚地区的温带,是珍贵的用材树种,具备很高的应用价值和经济价值。Trihelix转录因子主要与植物光响应、生长发育和响应非生物胁迫等方面相关。为了研究蒙古栎Trihelix转录因子在不同遮阴处理和水分胁迫下的表现,本研究运用生物信息学分析,从蒙古栎基因组中鉴定出34个Trihelix转录因子基因,依次命名为:QmTH01~QmTH34。与拟南芥中鉴定到的29个Trihelix转录因子进行聚类分析,可将其分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4、SIP1五个亚族,34个QmTHs分别定位到蒙古栎的10条染色体上,翻译蛋白范围为189~897个氨基酸,等电点为4.58~9.78。QmTHs启动子区域共鉴定出14种不同的与光响应、非生物胁迫、激素以及生长发育响应调控相关的顺式作用元件,其中茉莉酸甲酯响应元件、脱落酸响应元件和光响应元件数量占据主要地位。根据不同遮阴处理和水分胁迫下基因表达分析,鉴定到QmTH01、QmTH14、QmTH22、QmTH24、QmTH33在高光强下表达量相对较高,并随光照强度减弱显著下调表达,表明这5个基因参与蒙古栎响应高光照下的生长生理。鉴定到QmTH06、QmTH17、QmTH24在5次(4、5、6、7、8月)浇水的水分胁迫处理中显著上调表达,表明这3个基因介导蒙古栎响应水分胁迫。
2023, 24(5):1461-1471. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230307002 CSTR:
摘要:野生种群是重要的种质资源,了解本地野生种群和栽培种群之间的遗传多样性和群体演化有助于野生种群的科学保护和可持续利用。本研究基于北京板栗自然与栽培分布区,采集5个栽培种群和1个野生种群共93份种质的叶片,并采集湖北宜昌1个种群(作为外群)共16份种质的叶片,筛选16对微卫星SSR引物分析板栗种群的遗传多样性和进化历史。结果表明北京板栗种群的遗传多样性相对较高,其中红螺寺野生板栗种群的遗传多样性高于其他种群。板栗各种群之间有明显的遗传分化(Fst=0.232),基因交流频率较低(Nm=0.547)。分子生物学方差分析(AMOVA)分析表明板栗种群内的遗传变异(57.70%)大于群体之间(42.30%)。群体遗传结构分析显示,宜昌板栗种群明显区别于北京板栗种群,北京板栗分为两组,红螺寺野生种群单独为一组,明代板栗园古树种群和其他栽培种群聚为一组,说明北京栽培板栗可能来自于明代板栗园古树种群。非加权组平均法聚类分析(UPGMA)、主坐标分析(PCoA)和主成分分析(PCA)结果均支持群体遗传结构结果。Treemix分析结果显示从宜昌种群到北京种群发生过历史基因交流,说明板栗从华中地区向北迁移的路线。种群历史结果表明,北京种群在大约8.3万年前从宜昌种群种分化出来,北京本地野生种和栽培种的分化时间大约在3.2万年前。本研究结果支持板栗由华中向北迁移的假说,栽培种的驯化降低了北京板栗种质资源的遗传多样性,北京板栗野生种和栽培古树保留了高的遗传多样性,应该优先得到保护。
2023, 24(5):1472-1484. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230309001 CSTR:
摘要:油茶(Camellia oleifera Abel.)具有自交不亲和性(SI,self-incompatibility),自然座果率低,这严重影响油茶产量,制约了油茶产业的发展。为研究过氧化物酶(POD,peroxidase)在油茶自交不亲和反应中的作用,本研究通过逆转录克隆技术从油茶中克隆出4条POD基因,分别命名为CoPOD1/2/3/4。其基因编码区长度分别为1086、1011、1020和1218 bp,编码361、336、339和405个无跨膜结构、有信号肽的蛋白质。同源序列比对显示CoPOD1/2/3/4蛋白质之间的同源性较低,但均有过氧化物酶活性位点和过氧化酶近端血红素配体序列;系统进化树显示CoPOD1/2/3/4蛋白质与茶树(Camellia sinensis(L.)O. Ktze.)POD蛋白质的亲缘关系最近。实时荧光定量结果显示,油茶PODs基因在自交授粉后24~48 h范围内呈现显著上调后又下降的趋势,在自交授粉36 h雌蕊中CoPOD1/3/4的表达量高于异交。自交授粉24~72 h油茶雌蕊内POD酶活性高于异交并在36 h达到最高值,异交授粉雌蕊内POD活性前期处于动态平衡状态,在72 h后出现明显上调,据此推测油茶PODs基因可能参与了油茶自交授粉后花粉管程序性死亡,进而参与了油茶自交不亲和反应。本研究为进一步研究油茶自交不亲和机制提供参考。
杜国锋,谢永盾,郭会君,熊宏春,古佳玉,赵林姝,赵世荣,丁玉萍,隋丽,刘录祥
2023, 24(5):1485-1497. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230329001 CSTR:
摘要:锂(7Li)离子束作为一种新型诱变剂在作物诱变育种中发挥着越来越重要的作用。本研究利用彗星电泳技术探索了7Li离子束辐照小麦诱导的DNA损伤特点,并结合转录组分析初步解析了特异基因表达调控网络。结果表明,与传统诱变因素伽马(γ)射线相比,7Li离子束辐照引起的小麦幼苗生长抑制程度低,幼苗叶脉失绿至开裂。对辐照诱导的差异表达基因进行GO和KEGG功能分析显示,7Li离子束辐照诱导的差异表达基因主要富集在细胞壁合成与代谢和甘油脂类代谢通路,而γ射线辐照诱导的差异表达基因主要富集在光合作用代谢通路中,推测细胞壁合成与代谢和甘油脂类代谢通路途径与响应7Li离子束辐照引起的损伤密切相关,而光合作用代谢途径与响应γ射线辐照引起的损伤密切相关。两种辐射诱导的差异表达基因的转录因子分析结果显示,7Li离子束辐照诱导的MYB、WRKY、bHLH和NAC等转录因子家族可能在响应7Li离子束辐照过程中具有重要作用,7Li离子束辐照特异诱导Whirly家族转录因子调控DNA损伤修复,而γ射线辐照诱导E2F/DP家族转录因子调控DNA损伤修复。
张尚文,杨天为,黄诗宇,李婷,高曼熔,田姗姗,何龙飞,张向军
2023, 24(5):1498-1506. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230224001 CSTR:
摘要:中国特有植物瘤果紫玉盘(Uvaria kweichowensis),分布范围狭窄,数量稀少。为系统了解广西瘤果紫玉盘的资源数量、分布现状及资源利用等情况,2016-2022年作者团队通过实地走访、问卷调研等形式,对全区9个县开展了瘤果紫玉盘种质资源调查和种质收集工作,共收集到瘤果紫玉盘资源95份。调查结果显示:瘤果紫玉盘多年生藤本植物,成熟叶革质,主要分布在广西隆安县、天峨县等9个县共197株,生境为海拔650~1100 m之间的喀斯特石山区,依托乔木向上攀附生长,野生资源数量稀少,个体之间距离较远,基本上处于无保护状态,分布地群众有采集瘤果紫玉盘叶片治疗疾病或用于茶饮的习惯。通过种子播种、枝条扦插的形式开展了瘤果紫玉盘种质资源的繁育试验,结果表明不同来源的瘤果紫玉盘种子发芽率在25.7%~34.4%,扦插成活率在4.4%~14.4%,总体成活率较低。本研究探讨了瘤果紫玉盘受威胁的主要因素,提出了保护措施,为广西民族药瘤果紫玉盘种质资源的保护、挖掘和创新利用提供基本依据。
李双梅,黄新芳,朱红莲,彭静,李峰,钟兰,季群,匡晶,柯卫东
2023, 24(5):1507-1513. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230317001 CSTR:
摘要:对保存在国家种质武汉水生蔬菜资源圃的20份蒌蒿种质资源根状茎的主要营养成分进行了测定与评价。结果表明,蒌蒿种质资源根状茎的干物质、蛋白质、可溶性糖、粗纤维含量分别为17.90%、3.28%、10.14%、1.09%。从茎色来看,蒌蒿根状茎干物质、蛋白质、可溶性糖含量几乎都表现为红蒌蒿>青蒌蒿>白蒌蒿,仅青蒌蒿和白蒌蒿根状茎蛋白质含量相等,粗纤维含量表现为白蒌蒿>红蒌蒿>青蒌蒿。从叶型来看,蒌蒿根状茎干物质、蛋白质、可溶性糖含量都表现为碎叶蒿>柳叶蒿,而粗纤维含量表现为柳叶蒿>碎叶蒿。同一营养成分在类型间的差异都不显著。红蒌蒿和碎叶蒿根状茎的营养品质性状相对较好。李市蒌蒿的干物质、可溶性糖和粗纤维含量均为最高;沙洋蒌蒿蛋白质含量最高。蒌蒿根状茎的干物质与蛋白质、可溶性糖含量之间偏相关系数达显著正相关;蛋白质与可溶性糖含量之间偏相关系数达显著负相关。