师立松,张艺龄,刘方,颜硕,张孟茜,赵璇,李红雨,牛宁,李占军
2024, 25(1):1-12. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230510001 CSTR:
摘要:大豆是重要的油料作物,同时也是人类食用植物蛋白及畜牧业饲料蛋白的主要来源,在国家粮食结构和粮食安全中占有重要地位。利用简单高效的遗传定位方法,对大豆主要农艺性状进行相关基因挖掘,开发紧密连锁分子标记,有利于加快大豆的分子标记辅助选择及分子设计育种进程。集群分离分析法 (BSA,bulked segregant analysis)是一种利用样本混池的建库方式对极端性状进行QTL定位的方法,因其具有“快速、准确、经济、实用”的特点,已成为当下应用较为广泛的基因定位方法。随着高通量测序技术的兴起,基于全基因组重测序的BSA方法更为广泛地应用在粮油作物、蔬菜花卉等物种中,并且成功定位出许多农艺性状相关的基因。本文简要介绍了BSA方法及流程步骤,总结了BSA在大豆农艺性状、抗逆性状以及雄性不育性状遗传定位中研究进展,并讨论了下一代测序(NGS,next-generation sequencing)背景下BSA的机遇与挑战,以及BSA在大豆分子标记辅助选择(MAS)育种中发展趋势,以期为高产优质大豆品种的选育提供重要的理论基础。
张静,孙炳蕊,毛兴学,江立群,吕树伟,陈文丰,范芝兰,于航,陈平丽,刘清,李晨
2024, 25(1):13-20. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230613003 CSTR:
摘要:水稻是我国最重要的粮食作物之一,水稻生产是国家粮食安全的重要保障。传统移栽种植模式对我国的水稻增产、农民增收、农业发展起到了重要作用。但随着社会经济发展和产业要素变革,农村劳动力大幅减少,迫切需求轻简化的生产方式。水稻淹水直播能节省劳力、节约资源、有效降低杂草危害,是一种高效、经济和节约型的轻简栽培模式,在当前有较高的推广价值。淹水萌发时低氧胁迫造成的出苗率低是阻碍水稻淹水直播的首要因素,丰富的水稻种质资源中存在耐淹水萌发优异资源和基因,挖掘和利用这些优异资源和基因并培育适宜淹水直播的水稻新品种,是突破目前直播稻推广和应用瓶颈的关键。本文围绕水稻淹水萌发的生理特点、鉴定评价方法、优异种质鉴定、遗传规律、响应机制研究以及功能基因的育种应用等方面的研究进展进行综述,以期为水稻耐淹水萌发的机制研究和萌发耐淹品种的选育提供参考。
孙志广,卢百关,刘金波,刘艳,李景芳,迟铭,陈庭木,李健,杨波,刘晓敏,王宝祥,徐大勇
2024, 25(1):21-29. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230613004 CSTR:
摘要:通过对水稻萌发耐淹性进行QTL定位和稳定位点的聚合效应分析,可以为萌发耐淹性基因的精细定位及后续分子辅助育种奠定基础。本研究利用一个包含144份家系的强萌发耐淹性粳型杂草稻WR-4与籼稻品种广百香占的F2:3定位群体,基于1K mGPS SNP芯片构建了一个包含825个Bin标记的高密度遗传图谱,利用完备区间作图法共检测到10个萌发耐淹性QTL,分布于水稻第3、4、7、8、9和10染色体上,LOD值介于3.6~21.3之间,可解释3.0%~21.1%的表型变异。其中,具有较高LOD值和贡献率的2个主效QTL(qGS4-1和qGS7-1)能够被重复检测到,是后续基因克隆的候选位点。根据Bin标记分型结果将不同子代在两个稳定QTL区间内分为WR型和广百香占型,在F2:3群体中进行聚合效应分析,发现聚合增效等位基因数量越多的家系,其淹水条件下的胚芽鞘越长,这些携带多个耐性QTL的株系可为分子育种培育耐低氧萌发水稻新品种提供亲本资源。
2024, 25(1):30-38. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230510002 CSTR:
摘要:土地盐渍化对大豆的产量和品质产生了极大的负面影响,培育耐盐大豆品种是改善和提高盐胁迫下大豆产量和品质的有效途径之一。ERF转录因子对植物响应逆境胁迫十分重要,但在大豆中相关研究报道较少。基于已报道的盐胁迫处理下的RNA-seq数据、549份大豆重测序数据及耐盐指数数据,以及Soybean Expression Atlas数据库中大豆组织表达数据,在大豆中鉴定能够响应盐胁迫的ERF基因。同时,在549份大豆重测序数据中鉴定响应盐胁迫ERF基因的优异等位变异,并分析其驯化与人工选择规律。其中,鉴定出ERF158H1,ERF166H2,ERF170H1单倍型是优异的自然等位变异,能够显著促进大豆对盐的耐性。对优异等位变异的核苷酸多态性分析表明,ERF170H1在大豆驯化的过程中受到了微弱的人工选择,而ERF158H1和ERF166H2在驯化的过程中发生了逐渐减少或丢失的现象。因此,本研究鉴定了大豆中响应盐胁迫的ERF基因及其优异等位变异,对丰富和完善大豆响应盐胁迫的分子机制具有重要意义,为培育耐盐大豆品种提供了重要的基因资源和育种方案。
翟李楠,唐清杰,周世圳,周帮纪,云勇,王惠艰,韩义胜,邢福能,严小微
2024, 25(1):39-51. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230523003 CSTR:
摘要:为了对海南普通野生稻稻瘟病叶瘟、穗颈瘟的抗性进行综合鉴定与评价,2022-2023年连续两年对来自海南省11个不同市县的2002份普通野生稻材料进行苗期叶瘟人工接种和田间自然抗病鉴定,并对995份已经抽穗的普通野生稻材料进行穗颈瘟人工接种抗性鉴定。结果表明:2002份叶瘟鉴定材料中,人工接种抗叶瘟材料为494份(占24.68%),其中免疫7份,高抗17份;田间自然状态下抗叶瘟材料1160份(占57.94%),其中免疫24份,高抗233份。995份穗颈瘟人工接种鉴定材料中,抗穗颈瘟材料506份(占50.85%),其中免疫23份,高抗136份。由结果可知,海南普通野生稻普遍抗叶瘟或穗颈瘟,这些抗性资源的生长习性大多为半直立型或倾斜型,少数为直立型或匍匐型;高抗叶瘟的材料在抽穗后也普遍抗穗颈瘟,免疫或高抗穗颈瘟的材料也普遍抗叶瘟。经过鉴定和评价,筛选出双抗叶瘟、穗颈瘟的普通野生稻材料共有128份。本研究为海南普通野生稻资源抗稻瘟病研究和育种利用提供参考。
武志江,黄凤珠,韦蒴曈,黄黎芳,邓海燕,叶小滢,梁桂东,李祯英,刘朝安,陆贵锋
2024, 25(1):52-59. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230706002 CSTR:
摘要:为探明与火龙果裂果性相关的果实性状,以279份火龙果种质资源为供试材料,对单果重、果实纵径、果实横径、果形指数、果脐直径、果脐深度、果脐形状指数、果皮厚度、果脐果萼长度、果萼数量、可食率、果肉中心可溶性固形物含量、果肉边缘可溶性固形物含量等13个果实性状与裂果率进行遗传变异分析、相关性分析和多元回归分析。结果表明:13个果实性状和裂果率均存在丰富的遗传变异。相关性分析发现裂果率与果脐形状指数的相关系数最大且呈极显著负相关;裂果率与果形指数和果皮厚度存在显著负相关,而与可食率和果肉边缘可溶性固形物含量呈现显著正相关。进一步多元线性回归分析表明,果脐直径和果脐深度是影响裂果率的最主要因素,共解释裂果率39.30%的变异,而其他果实性状均不能显著影响裂果率。综上可知,果脐形态结构对火龙果的裂果性较为重要,在耐裂果育种中果脐形状指数可作为一个参考指标。
薛晓芳,赵爱玲,焦文丽,王永康,任海燕,石美娟,苏万龙,李毅,刘丽,李登科
2024, 25(1):60-71. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230714001 CSTR:
摘要:糖和酸是构成果实风味的重要物质,鉴定评价枣品种资源果实的糖酸风味,比较不同资源间的糖酸风味构成差异,建立枣品种资源果实糖酸风味评价体系,对资源高效利用具有重要意义。以210份枣资源脆熟期果实为材料,测定可溶性固形物、可滴定酸以及糖组分含量,并进行相关性分析。结果如下:(1) 10项指标的变异系数范围在9.81%~34.70%,其中可溶性固形物含量、甜度值和总糖含量的变异系数较小。蔗糖含量的范围差异最大,其最大值是最小值的84.54倍。果糖、葡萄糖、蔗糖、总糖、可滴定酸、甜度值、固酸比和糖酸比等8项指标符合正态分布,可溶性固形物和甜酸比不符合正态分布。(2) 果糖、葡萄糖、蔗糖与总糖含量均呈极显著正相关,果糖与葡萄糖含量呈极显著正相关,总糖、可溶性固形物和甜度值间都呈极显著正相关,可滴定酸与固酸比、糖酸比和甜酸比间都呈极显著负相关,固酸比、糖酸比、甜酸比两两之间都呈极显著正相关。(3) 因子分析共提取3个主因子,累积贡献率为91.781%。结合各项指标的聚类分析,筛选出果糖、蔗糖、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比5项评价枣果实糖酸风味的指标。(4) 基于5项评价指标进行聚类分析,将210个枣品种分为5个类群,根据各类群不同指标的含量特征,分别定义为低蔗糖型、高酸型、果糖优势型、中间型和蔗糖优势型,其中蔗糖优势型包含的种质最多。可用果糖、蔗糖、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比5项指标对枣果实糖酸风味进行评价,生产中可根据不同类群资源的糖酸指标特点进行针对性应用。
2024, 25(1):72-83. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230613002 CSTR:
摘要:测定国家山楂种质资源圃(沈阳)中51份山楂地方品种(Crataegus pinnatifida Bge. var. major N.E.Br.)的花青苷含量,结合果实色差值,以评价山楂果实颜色性状。利用色差仪测定山楂果皮、果肉的色差值(L*,a*,b*)值并计算h°、C*、CIRG值(红色葡萄果实颜色指数);采用酶标仪测定山楂果皮、果肉的花青苷含量;通过相关性分析、主成分分析、聚类分析,明确山楂果实颜色与花青苷含量的关系。结果表明山楂果皮花青苷含量与果皮CIRG值、果肉花青苷含量呈极显著正相关;果肉花青苷含量与果肉a*、C*、CIRG值,及果皮的CIRG值呈极显著正相关。根据果实色差值及花青苷含量可将山楂资源聚为4类:第I类果皮a*值较低、花青苷含量最高,果肉a*值与花青苷含量最高;第II类果皮a*值最高、花青苷含量较低,果肉a*值与花青苷含量较低;第III类果皮a*值呈中等水平、果皮花青苷含量较高,果肉a*值与花青苷含量较高;第IV类果皮a*值较高、花青苷含量呈中等水平,果肉a*值与花青苷含量呈中等水平。本研究通过对山楂资源果实颜色性状进行数字化赋值,并分析其与花青苷含量之间的关系,为完善山楂种质资源评价提供参考依据。
2024, 25(1):84-96. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230619001 CSTR:
摘要:以134份玉米自交系为试验材料,对玉米的9个苗期根系性状进行表型鉴定,并利用分布于玉米基因组的44935个SNP标记,基于FarmCPU模型进行全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study)。结果表明9个根系性状表型变异范围在10.86%~55.96%之间,大部分表型间相关性达极显著水平(P<0.001),侧根长和总根长相关系数最高,为0.996,其次为侧根数与总根数达到0.993。共鉴定到32个显著关联的SNP位点(P=1.01e-11~9.74e-05),表型贡献率在0.54%~22.34%之间,主根长、总根长、最大根长、侧根长分别检测到4、8、3、9个显著的SNP位点;总根数、侧根数、不定根数分别检测到10、7、1个显著SNP位点;14个SNP位点同时与多个根系性状关联。12个显著关联位点位于已知根系相关性状QTL(Quantitative trait locus)区间内。共发掘49个根系候选基因,其中GRMZM2G028386 (ABI4)、GRMZM2G135713(PUB23)、GRMZM5G870592(MYB98)、GRMZM2G156861(LOX1)、GRMZM2G160005(AUX16)、GRMZM2G126936(NAC2)等是重要的根系候选基因。本研究为克隆玉米根系发育相关基因,解析玉米根系发育分子机制提供了参考。
2024, 25(1):97-110. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230621001 CSTR:
摘要:蛋白质二硫键异构酶(PDI,protein disulfide isomerase)作为硫氧还蛋白家族的一员,是一种氧化还原酶,广泛存在于动物、植物及微生物中。在植物中,蛋白质二硫键的形成和异构主要由二硫键蛋白催化完成,在参与蛋白质正确组装折叠方面至关重要。本研究以拟南芥PDI家族基因序列信息为基础,利用同源序列比对方法,从玉米中鉴定出21个PDI基因,除8号染色体外,非均匀地分布在其余玉米9条染色体上。进化树分析表明,玉米PDI基因家族分为4个进化分支11个发育组,同一发育组的基因结构和保守基序相似。顺式作用元件分析表明,PDI基因家族启动子含响应逆境胁迫、植物激素及胚乳特异表达的顺式作用元件。表达模式分析表明,PDI基因家族在胚、胚乳和籽粒中表达量较高,在授粉后10 ~20 d的胚乳中表达量呈下降趋势,然后表达量又呈现上升趋势。生物多样性分析发现:ZmPDIL1-1基因存在多样性。亚细胞定位结果表明ZmPDIL1-1定位在内质网。本研究结果为玉米PDI家族基因功能研究提供参考。
段国旗,吕娜,石颖怡,张怀,李斌峰,侯留飞,许文秀,闫慧莉,何振艳,平俊爱
2024, 25(1):111-119. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230611002 CSTR:
摘要:生物量是饲用高粱的重要性状,株高与生物量呈正相关性。本研究以237份高粱自交系关联群体为材料,筛选到株高关联基因SbPH11的两个功能性SNP位点,两个SNP位点组合的单倍型共3种:SbPH11-Hap1、SbPH11-Hap2和SbPH11-Hap3,SbPH11-Hap2 所对应的高粱材料的株高极显著高于SbPH11-Hap1和SbPH11-Hap3所对应的高粱材料的株高,SbPH11-Hap1的高粱材料株高极显著高于SbPH11-Hap3的高粱材料株高。针对SbPH11的两个功能性SNP位点开发了KASP分子标记,利用该标记对30份高粱种质资源进行了基因分型和表型验证,结果证实开发的KASP分子标记可以准确地鉴定出SbPH11两个功能性SNP位点的基因型。该KASP分子标记可高效准确地预测不同高粱种质资源的株高类型,可应用于高粱株高的早期筛选和分子标记辅助选择育种。
2024, 25(1):120-128. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230614002 CSTR:
摘要:Whirly是一类能与单链 DNA 分子结合的植物特异转录因子,在细胞核以及细胞器内都起着广泛且复杂的作用。为探究茄子Whirly基因的功能和进化关系,本研究开展了基因家族成员生物信息学鉴定,包括系统进化关系、基因结构、保守基序及启动子中的顺式作用元件,分析了其在不同组织、外源激素处理和逆境胁迫下表达模式。结果表明,茄子Whirly基因家族包含两个家族成员,分别命名为SmWHY1和SmWHY2,它们与番茄中Whirly基因亲缘关系最近。SmWHY1和SmWHY2在不同组织中均能表达,在叶片中SmWHY1的表达水平高于SmWHY2,在其他组织中SmWHY2的表达水平高于SmWHY1。两个基因的表达均受到脱落酸、茉莉酸甲酯、水杨酸、低温胁迫和病原菌诱导,但不同处理或基因型响应程度存在差异,在抗绵疫病种质G114中能够保持较高的表达水平。以上结果表明SmWHY1和SmWHY2可能在调控茄子生长发育和逆境响应中具有重要作用。
朱俊杰,张鑫悦,纪坤,潘梦影,徐秋月,石慧玥,张龙,李玉玲,董永彬
2024, 25(1):129-140. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230522002 CSTR:
摘要:高油玉米是一种籽粒含油量比普通玉米高50%以上的玉米类型,其籽粒中油分含量85%集中于胚中。本研究以高油玉米自交系GY220为材料,对授粉后15 d(G15)、25 d(G25)、35 d(G35)的胚蛋白质组进行双向凝胶电泳分离,利用串联质谱对分离蛋白质进行鉴定,并分析了差异蛋白功能。结果表明在授粉后3个发育时期共鉴定到41个差异表达蛋白,其中授粉后25 d相对于15 d G25/G15上调18个,下调19个;授粉后35 d相对于25 d G35/G25上调18个,下调25个;授粉后35 d相对于15 d G35/G15上调20个,下调22个。通过GO注释分析和KEGG富集分析显示差异表达蛋白主要在小分子代谢、氧化还原和碳水化合物代谢等过程富集。根据差异蛋白表达丰度及其功能注释,甘油-3-磷酸脱氢酶(Zm00001d041962)和果糖激酶(Zm00001d035037)在15 d、25 d时蛋白表达量较高,在35 d时蛋白表达量较低;RT-PCR分析表明在自交系GY220胚发育进程中Zm00001d041962和Zm00001d035037表达量呈逐渐增加趋势,两个基因均与大豆、花生、油菜中的相关基因高度同源。本研究为进一步提升玉米籽粒品质和挖掘胚发育功能基因奠定基础。
2024, 25(1):141-146. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230611001 CSTR:
摘要:绿豆芽富含维生素、膳食纤维等营养物质,培育绿豆芽专用新品种可有效提高芽菜品质及生产效益。前期基于绿豆核心种质资源的芽用特性评价,创制出早熟矮生、高产广适的新种质35份,本研究对这35份绿豆新种质进行了芽长、芽粗、芽豆比等性状初步评估。结果表明,不同种质的芽长变异范围最大,为5.56~7.42 cm,变异系数为13.36%;芽粗变异范围为2.41~3.24 mm,变异系数为13.00%;芽豆比变异范围为8.12~10.36,变异系数为3.60%。相关分析显示芽豆比与芽粗(R=0.817)呈极显著正相关,与百粒重(R=-0.583)、芽长(R=-0.137)则呈一定的负相关。芽重与芽长、芽粗、百粒重的回归方程也表明,芽粗对芽重的贡献远大于芽长和百粒重,是芽用品种筛选的首选性状。基于芽用性状分析,分别筛选出适宜细长型豆芽的新种质21XJ54-1、21BJ育95、21XJ54-2及适宜粗壮型豆芽的新种质21BJ育96、21XJ56-1、21DT46、中绿27等。对不同产地中绿27的发芽试验表明,生态环境也影响芽长和芽粗。其中河北丰宁生产的中绿27芽豆比最高(10.27),其次是河南新乡(9.94);新疆昌吉中绿27的豆芽最长(6.23 cm),而河北丰宁的豆芽最粗(3.70 mm)。本研究结果为绿豆芽专用种质的筛选与培育提供了亲本材料,为绿豆芽产业的安全健康发展奠定了基础。
2024, 25(1):147-150. DOI: 10.13430/j.cnki.jpgr.20230530001 CSTR:
摘要:通过野外调查并结合标本查阅、比对,发现了陕西省被子植物的两个新记录属,分别为叶下珠科(Phyllanthaceae)守宫木属(Sauropus Blume.)和报春花科(Primulaceae)杜茎山属(Maesa Forssk),对应的新记录种分别为苍叶守宫木(Sauropus garrettii Craib)和湖北杜茎山(Maesa hupehensis Rehd.)。本研究对两个新记录属的背景进行了简要介绍,并详细描述了两个新记录种的形态特征,同时提供了两个物种野外照片及植株、叶片、花、果的照片。两个新记录属和种的发现不仅对陕西省植物分布研究具有重要意义,也为该区域相关类群的志书编写工作提供了重要参考资料。凭证标本保存于山东省林草种质资源中心植物标本馆(SDFGR,the herbarium of Shandong Forest and Grass Germplasm Resource Center)和陕西省西安植物园植物标本室(XBGH,the herebarium of Xi'an Botanical Garden, Shaanxi Province)。