摘要:玉米的株高是决定其产量和稳定性的关键因素之一。本研究旨在通过优化玉米株型来提高玉米的单产。本课题组在B73的诱变材料中发现了一个矮化突变体d309，该突变体通过连续自交得以稳定遗传。遗传分析揭示，d309突变体的表型受单一隐性基因控制。与B73自交系相比，d309突变体展现出显著降低的株高和缩短的节间。细胞学研究表明，d309突变体在第5和第6茎节间的细胞长度显著缩短。通过构建d309与PH6WC的F2分离群体，并运用BSR-seq技术，将突变位点定位在第3号染色体的3.47~17.47 Mb区间。进一步通过基因定位将突变位点定位于5-4和5-7两对分子标记之间，该区间内只有1个开放阅读框（Zm00001d039634），编码赤霉素3-氧化酶（GA3ox，gibberellin 3-oxidases），已被报道为Dwarf1。测序结果显示，d309突变体在Zm00001d039634基因CDS区存在单个核苷酸的突变，导致氨基酸序列改变。蛋白质结构预测表明，该突变位点位于Fe（II）2OGD（Iron 2-oxoglutarate dioxygenase）结构域内。通过外源施加赤霉素，d309突变体的矮化表型得到恢复，从而确认d309为一个赤霉素合成缺陷型突变体。此外，d309突变体与已报道的Dwarf1等位突变体在突变机制上存在差异，表明d309可能是Dwarf1基因的一个新等位基因。

摘要:蛋氨酸是畜禽类玉米-豆粕型日粮的第一限制性氨基酸，氨基酸不平衡会导致机体蛋白质合成受到抑制从而影响肉和奶的品质。为解析玉米籽粒蛋氨酸积累的调控机制，本研究利用同源克隆方法获得了影响蛋氨酸含量的候选基因ZmTS1（Threonine synthase1），通过玉米突变体材料验证ZmTS1基因功能，发现与野生型相比，Zmts1突变体籽粒中蛋氨酸含量提高了60%，SDS-PAGE凝胶电泳结果表明Zmts1突变体成熟籽粒中富含蛋氨酸残基的10 kDa δ醇溶蛋白较野生型有了显著提高，验证了该基因可显著提高玉米籽粒中蛋氨酸含量。生物学信息分析结果表明，该蛋白含有一个苏氨酸合酶结构域，属于亲水性蛋白。通过转录组分析挖掘与蛋氨酸代谢相关的差异表达基因，共筛选到1144个差异表达基因， 其中571个基因表达上调， 573个基因表达下调。GO和KEGG富集通路分析表明，差异表达基因主要参与氨基酸的生物合成和代谢途径。利用qRT-PCR进一步验证了7个可能参与蛋氨酸代谢途径的关键候选基因，RNA-Seq与qRT-PCR的表达模式一致，表明7个基因能间接调控蛋氨酸代谢途径。本研究为高蛋氨酸玉米育种提供了新的种质资源，也为玉米蛋氨酸调控机制提供一定的理论依据。

摘要:工业大麻（Cannabis sativa L.）是一种应用在造纸、医疗保健、纺织等领域的高价值经济作物。创制工业大麻新种质是开展品种选育和功能基因组研究的重要基础。本研究利用甲基磺酸乙酯（EMS）构建了中大麻资4号的突变体群体。通过设置8个EMS诱变剂浓度梯度处理，明确了0.8% EMS处理浓度对中大麻资4号诱变效果最好。对2000粒中大麻资4号种子进行诱变后，M1共成苗644株，萌发率为32.2%，其中包括叶色、花序和株高变异单株90株，突变率为13.98%。对M1突变体进行大麻二酚含量测定，获得3个高大麻二酚和2个低大麻二酚含量突变株；通过测序发现大麻二酚含量突变体中5个大麻素关键催化酶基因（CsPT4、CsOAC1、CsOLS1、CsCBDAS和CsTHCA）及其启动子区域DNA序列均未发生突变，但是大麻二酚含量突变体中以上5个催化酶基因的表达水平较对照出现显著变化。由此推断，EMS处理导致了突变体中影响大麻二酚代谢途径的调控基因突变进而调控大麻二酚合成途径催化酶的表达，最终表现为突变体花头中大麻二酚含量显著变化。本研究通过创制EMS突变体群体为工业大麻育种提供了优异种质资源，也为进一步解析大麻素合成代谢途径的调控机制及挖掘相关基因提供良好材料和基础。

摘要:玉米突变体male-sterile 20s2（ms20s2）是在玉米自交系KWS49中发现的一个无花粉型雄性不育突变体。与野生型相比，ms20s2突变体花药细小且颜色偏浅，花药内未观察到花粉。扫描电镜观察表明，与野生型相比，9叶期突变体ms20s2的花药中未观察到正在减数分裂的花粉母细胞；抽雄后突变体花药壁外部角质层形成异常，内部未观察到乌式体结构。观察不同发育阶段花药的石蜡切片发现，在S6-S7时期，与野生型相比，ms20s2突变体花药部分中间层和绒毡层细胞发生异常分裂，导致花药壁萎缩，花粉母细胞无法正常进行减数分裂，最终造成花粉母细胞死亡，产生雄性不育表型。遗传分析表明，突变体ms20s2的雄性不育表型受单个隐性核基因控制。利用玉米10K SNP芯片对F2定位群体进行基因型分析，初步将该突变位点定位在玉米2号染色体长臂上6.21 Mb区段内。进一步精细定位将该区间缩小到了590 kb，区间包含一个已知的蛋白编码基因MS32（Zm00001eb106620）。对MS32基因进行测序分析，在突变体MS32基因4号外显子上发现了一段3166 bp的大片段插入，可能影响了MS32蛋白功能，造成ms20s2的花药发育异常和雄性不育的表型。等位测验结果表明，突变体ms20s2是雄性不育基因MS32的新等位突变体。组织表达分析发现该基因在玉米花药中特异表达，且仅在花药发育的S6和S7时期表达量较高，进一步验证了该基因在玉米花药绒毡层和中间层细胞发育过程中的重要作用。

摘要:以条纹自交系西瓜（TD）和网条突变体西瓜（WT）为材料，通过分离群体的条纹性状比例探索西瓜的条性状遗传基础；以转录组测序及表达差异分析为基础，探索网条突变体西瓜在不同发育阶段的表达谱变化，筛选出条纹自交系与网条突变体西瓜之间表达差异显著的基因 57 个，主要富集于光合作用天线蛋白通路、生物碱生物合成通路、氨基酸代谢通路等7种代谢途径；通过加权基因共表达网络对核心基因的进一步分析，初步挖掘出部分网条突变体西瓜中有关生物胁迫抗性的基因变化情况，进一步筛选确定西瓜深绿条纹基因（ClGS，watermelon dark-green stripe）、类半胱氨酸蛋白酶抑制剂5编码基因、UDP-葡萄糖基转移酶编码基因、类长春碱合成酶编码基因、叶绿素a-b结合蛋白编码基因可能是决定西瓜网条果皮性状的核心基因；qRT-PCR验证结果表明，条纹自交系西瓜与网条突变体西瓜在基因表达上存在明显差异。本研究为西瓜不同果皮条纹育种提供了新的种质资源，也为阐明西瓜不同果皮条纹性状形成的分子调控机制提供了一定的理论依据。

摘要:EMS是化学诱变中最常用的诱变剂，EMS诱变具有单个碱基点突变率高、成本低、易操作等优点，通过EMS诱变获得突变体可以为育种和基因功能研究提供有利的材料。EMS诱变技术的关键是确定EMS浓度和诱变时间，一般以达到半致死率的浓度和时间为最佳处理组合。禾本科植物中主要以种子为诱变材料，同时花粉、愈伤组织以及依靠营养繁殖的禾本科植物的营养器官也可以作为诱变材料。不同植物材料对EMS的耐受性不同，花粉最敏感，其次是愈伤组织，无性繁殖材料和种子的耐受性较强。突变体的筛选方式包括表型对比筛选、逆境定向筛选和正、反向遗传学筛选。本文综述了近年来EMS诱变技术在禾本科植物育种和基因功能研究中的应用，介绍了EMS的诱变原理、诱变剂浓度、处理时间、诱变处理材料的选择及突变体的筛选，并对未来禾本科植物中的EMS诱变研究进行了展望，为今后禾本科植物的EMS诱变研究提供参考。

摘要:叶片是水稻（Oryza sativa L.）进行光合作用的主要器官，叶片形态是影响水稻群体光合效率的首要因素，不断挖掘控制叶片卷曲的基因并揭示其遗传机理，可为培育叶片适度卷曲的理想株型水稻品种提供基因资源。本研究以卷叶突变体rl76为材料，开展了农艺性状调查、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素、纤维素、半纤维素和木质素含量测定及组织学分析，并用水稻GSR40K芯片技术对卷叶基因进行定位。表型鉴定发现，从分蘖期开始，突变体rl76与野生型相比，叶片极度内卷成葱状且直立，叶片卷曲指数极显著增加，株高和有效分蘖数显著降低，叶宽、剑叶长和穗长无明显差异。突变体rl76叶绿素含量显著高于野生型，类胡萝卜素含量无明显差异，纤维素含量和木质素含量均低于野生型。石蜡切片结构显示，rl76突变体叶片气腔消失、远轴面厚壁细胞发育缺陷及泡状细胞面积和个数减少。遗传分析表明卷叶性状符合不完全显性单基因遗传规律；采用水稻GSR40K芯片技术将rl76基因初步定位在第9染色体上12.179~16.436 Mb的区段；进一步利用F2群体中的949株极端卷叶植株进行精细定位，将卷叶基因定位在第9染色体上SSR标记T5904-7和T5904-9物理距离为30.26 kb的染色体区段，在该染色体区间内含有3个注释基因，其中LOC_Os09g23200是已报道控制水稻叶片卷曲的基因SLL1，因此推测rl76的卷叶表型可能是SLL1基因在发挥作用。综上所述，突变体 rl76的卷叶表型是由9号染色体上的一个不完全显性单基因通过调控泡状细胞及远轴面厚壁细胞的发育所致。

摘要:水稻是全球重要的粮食作物之一，近年来随着人们生活质量提升，对稻米的品质逐渐重视。胚乳是稻米的主要组成成分，为种子萌发和种胚发育提供能量，其中淀粉含量约占水稻种子干物质积累的80%，研究淀粉生物合成的分子机制对水稻品质改良具有重要理论意义与应用价值。虽然淀粉的基本合成途径已比较清晰，但是大田条件下淀粉的合成是一个受遗传和环境条件共同决定的复杂生物学过程。由于表型鉴定相对困难，很难通过QTL等方法对稻米品质的影响因子进行图位克隆。通过物理化学诱变获得的淀粉合成缺陷突变体多为单基因控制，这些突变体由于淀粉颗粒形态改变或填充不紧密，通常表现为胚乳粉质的表型，加代纯合后构建群体可对突变基因进行图位克隆。近年来，利用突变体克隆的新调控因子逐渐增多，参与合成的路径多样化，充实完善了淀粉合成的调控网络。本研究通过对近年来的此类突变体进行概括综述，探讨影响淀粉合成的不同调控因子类型及代谢通路，以期对水稻品质改良提供参考。

摘要:在小麦品种西农1376与克旱21构建的近等基因系中发现一个自然突变的类病斑家系lm452。本研究对lm452的类病斑发生进程、生理生化特性、农艺性状、遗传分离规律等进行了研究。结果表明，类病斑最先发生于第一叶，颜色由白色渐变为黄褐色，呈条纹斑块状；类病斑数量随着植株生长发育进程逐渐增加，可蔓延至叶鞘。类病斑的发生受温度和光照影响，遮光可以避免或减轻类病斑的发生；低温和强光可加重类病斑发生。生理生化分析表明类病斑的形成伴随着超氧化物产生、可溶性蛋白质含量降低和细胞活性降低；突变体lm452的千粒重在田间和温室环境条件下均较表型正常姊妹系g451极显著降低。遗传分析表明lm452的类病斑性状受单个隐性核基因控制。上述结果为lm452类病斑基因的克隆和分子调控网络机制解析奠定了基础。

摘要:花器是种子生成的基础，水稻花器发育直接影响稻谷产量与品质。源美丝苗与P704杂交后代中发现一株开颖突变体（oh，open-hull），其穗部发育有缺陷，主要表现为：开颖，结实率显著下降，种子变小。遗传分析发现开颖表型由一对隐性细胞核基因控制。通过BSA分析，开颖基因被定位于水稻第3染色体上，检索发现候选区间与OsMADS1（LOC_Os03g11614）基因重合，与蜀恢498参考基因序列进行比对，oh中OsMADS1的第一外显子第118位发生碱基颠换，导致编码的天冬氨酸变成酪氨酸，将该等位基因命名为OsMADS1oh。从oh中克隆OsMADS1oh并构建过表达载体，通过农杆菌介导转入易转化材料（中花11）中，转基因后代出现开颖表型，证实OsMADS1oh导致开颖。另外，RNA定量分析结果表明，MADS8和YABB5的表达受OsMADS1调控。本研究从育种材料中筛选到开颖突变体，并从中鉴定了新的OsMADS1等位基因，为阐明花器形成的分子机理研究提供了特异种质和基因资源。