摘要:水稻是盐敏感植物，土壤盐渍化对水稻产量影响巨大。发掘并聚合耐盐基因的优异单倍型，创制耐盐种质，对于水稻耐盐品种选育及我国盐碱地的高效利用都具有重要意义。本研究首先对水稻3K数据库的236份核心种质进行苗期及大田耐盐鉴定，筛选出一份来自澳大利亚的强耐盐种质‘71011’，其在150 mmol/L NaCl处理条件下存活天数25.5 d，耐盐等级5.2， 大田盐胁迫浓度为0.3%~0.5%条件下耐盐存活率100%；利用236份核心种质对已报道的、功能清晰的20个耐盐基因进行单倍型分析，筛选出AKT1、CPK12、MYB48、P5CS1、SIK1、SKC1、SNAC1、HKT1共8个与耐盐性状相关联的基因单倍型。然后利用耐盐品种‘盐丰47’与普通品种‘农垦57’作为亲本，分析序列差异、验证表达量并构建重组自交系，最终开发出AKT1、MYB48以及HKT1三个耐盐相关基因的分子标记，并利用分子标记聚合耐盐基因优异单倍型，创制出强耐盐的新品系。研究结果为水稻耐盐育种提供了可利用的分子标记、耐盐品种资源与创新种质。

摘要:我国盐碱地分布广、面积大，是重要的后备耕地资源、粮食增产的“潜在粮仓”。挖掘负调控大豆耐混合盐碱性的基因，通过基因敲除创制耐混合盐碱大豆新品种，是合理开发利用盐碱地，提高我国大豆产量的有效途径之一。课题组前期筛选到1个混合盐碱胁迫下调表达的基因Glyma.02g271000（GmDUF247-1）。其编码的GmDUF247-1蛋白包含1个DUF247结构域和1个跨膜结构域，利用烟草叶片瞬时表达发现GmDUF247-1-GFP融合蛋白定位在细胞膜上。荧光定量PCR显示，GmDUF247-1基因在大豆根中表达量最高，在混合盐碱处理下显著下调。为研究GmDUF247-1在大豆混合盐碱胁迫下的功能，利用大豆毛状根系统过表达GmDUF247-1基因，发现混合盐碱胁迫处理后，GmDUF247-1过表达大豆毛状根复合植株叶片萎蔫程度明显高于空载体对照，存活率、根长和株高显著低于对照。对GmDUF247-1基因在大豆自然群体中的单倍型分析发现，其启动子区有8个SNPs和4个InDels，可能导致与逆境应答和生长发育相关的转录因子识别元件序列发生改变；CDS区存在3种单倍型，GmDUF247-1H1基因型受到了明显的人工选择。本研究初步明确了GmDUF247-1基因负调控大豆混合耐盐碱性，为系统研究GmDUF247-1基因功能和育种利用奠定了研究基础。

摘要:谷子抽穗期是决定品种适应性的关键性状，解析抽穗期关键基因的表达规律及其单倍型变异特点可为提升品种改良效率奠定基础。本研究通过全基因组关联分析，发现了一个与抽穗期紧密相关的关联信号，该信号定位于谷子5号染色体的11062649 bp处，该位点附近存在一个拟南芥抽穗期基因AtGI的同源基因SiGI。使用qRT-PCR技术研究短日照（10 h光照/14 h黑暗）条件下SiGI 24 h节律变化规律，并对其进行了组织时空表达及亚细胞定位分析。利用697份谷子品种，分析SiGI编码区和启动子区的遗传多态性和单倍型变异规律，并对单倍型的表型效应进行鉴定。结果显示，SiGI在光周期响应组织（根、茎、叶等）中高表达，亚细胞定位于细胞核，在傍晚表达量上调，呈现出24 h节律性表达模式。SiGI在不同谷子品种中存在丰富的多态性，其中，启动子Hap-6单倍型较Hap-3单倍型品种的相对表达量显著上调了约1.5倍（P=0.0083）。在8个不同种植环境下，Hap-6单倍型品种的抽穗期显著提前，并在4个环境中株高显著降低。结果表明SiGI基因的Hap-6单倍型具有早熟且对产量影响较小的优势，可作为优异单倍型用于分子育种选择。

摘要:qCTS-9是在多种苗期低温条件下稳定发挥作用的水稻耐冷基因，研究其耐冷优异单倍型及适应性进化模式，有利于为水稻耐冷育种提供基因资源和技术支撑。本研究利用116份栽培稻（Oryza sativa L.）和37份普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.），对qCTS-9基因的核苷酸多样性及单倍型进行了分析。结果表明，qCTS-9基因编码区内的14个SNPs组成了8种单倍型，其中的4个非同义SNPs组成3种功能单倍型，这3种功能单倍型之间表现出显著的耐冷性差异，编码区的第1535 bp处SNP可能是qCTS-9基因的关键变异位点。对qCTS-9基因启动子区顺式作用元件进行分析后发现，相比于野生稻和粳稻，低温敏感籼稻Hap4单倍型材料中-1107 bp有一个SNP （G→A），导致该处的MYB识别位点缺失，这个自然变异可能与籼稻耐冷性下降相关。野生稻包含栽培稻中qCTS-9基因的大部分变异，但在编码区及启动子顺式作用元件中无独有的变异位点；从野生稻向籼粳分化的过程中，耐冷相关等位或突变被固定和扩展，进而增强了其区域适应性。

摘要:薏苡仁油是薏苡仁主要功能性物质之一，脂肪酸是其重要组成部分。以中国9个省份的190份薏苡种质为材料，检测其种仁硬脂酸、油酸、亚油酸含量，分析ClSAD、ClFAD2基因序列多态性并鉴定单倍型，进行脂肪酸含量单倍型关联分析。结果表明，不同薏苡种质种仁3种脂肪酸含量存在广泛变异，变异系数为15.84 % ~ 23.05 %，遗传多样性指数为5.22 ~ 5.23，其中油酸含量最高，硬脂酸含量最低，各脂肪酸组分间呈极显著正相关。ClSAD和ClFAD2内部各有14个和3个SNP，分别鉴定到5个单倍型组合，ClSAD基因单倍型Hap3和ClFAD2基因单倍型Hap1分别与参考基因组一致。ClSAD基因单倍型Hap3与硬脂酸含量显著关联且具有负效应，利于硬脂酸向油酸转化。ClFAD2基因单倍型Hap1利于亚油酸的积累，而Hap2与亚油酸酸含量显著关联且具有负效应，不利于亚油酸的合成。在2个基因内部各鉴定到1个关键SNP位点，分别是形成SAD和FAD2酶活性差异的关键位点。研究结果将为高油薏苡优良品种的选育、分子标记开发和相关分子机制解析提供理论基础。

摘要:小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一，挖掘籽粒大小和形态性状的关联位点，筛选相关候选基因对于提高小麦产量具有重要意义。本研究以国内外具有代表性的300份冬小麦自然群体为研究材料，对千粒重、粒长、粒宽、粒厚、籽粒长宽比、籽粒面积、籽粒周长、籽粒形状和籽粒饱满度等9个籽粒性状进行表型鉴定，利用小麦90 K SNP芯片进行基因型采集，通过混合线性模型（MLM+Q+K）对籽粒大小和形态性状进行全基因组关联分析。研究结果表明，小麦籽粒大小和形态性状表现出丰富的表型变异，变异系数范围3.80%~26.06%，广义遗传力在56.25%~91.98%之间。通过GWAS检测出66个与籽粒大小和形态相关的稳定关联位点（P≤0.001），分布在除3D、4D、5D外的18条染色体上，可解释3.74%~14.34%的表型变异。检测到37个与两个及以上籽粒性状关联的一因多效位点，其中3B染色体的BS00022512_51标记同时与4个籽粒性状（粒长、粒宽、粒厚和籽粒长宽比）关联，具有最大的表型贡献率（7.06%~14.34%），6D染色体的wsnp_Ex_c4480_8055475标记同时与除粒厚、籽粒形状和籽粒饱满度以外的6个籽粒性状关联，表型贡献率为3.81%~8.25%。将BS00022512_51和wsnp_Ex_c4480_8055475标记进行单倍型分析，发现位于6D染色体上的wsnp_Ex_c4480_8055475位点存在GC-Hap1、AT-Hap2和AC-Hap3三种单倍型，单倍型GC-Hap1为籽粒较大的高千粒重单倍型。3种单倍型的整体分布频率分别为65.58%、32.25%和2.17%，单倍型GC-Hap1在中国4个冬麦区品种（系）中被大量选育。对37个一因多效位点进行发掘，筛选到9个籽粒大小和形态性状相关的候选基因。

摘要:为探究盐胁迫下水稻地上部和根部Na+、K+含量和分布对其生物量累积和苗期耐盐性的影响，利用125 mmol/L NaCl对51份不同类型水稻种质资源进行胁迫处理，测定5个形态学指标：耐盐级别、相对根长、相对地上部干重、相对根干重和地上部含水量；6个离子指标：地上部Na+含量、根系Na+含量、地上部K+含量、根系K+含量、地上部Na+/K+和根系Na+/K+，共11个耐盐相关指标。在主成分分析基础上，利用隶属函数和标准差系数赋予权重法获得水稻苗期耐盐性综合评价值（D值）。利用特异引物扩增SKC1基因编码区进行测序、比对和单倍型分析。结果表明：除相对根长外，地上部Na+含量与其余4个形态学指标呈极显著负相关，耐盐级别与地上部Na+含量、根系Na+含量和地上部Na+/K+均呈极显著负相关，耐盐级别、相对地上部干重、相对根干重、地上部含水量 4个指标两两之间均呈极显著正相关。利用SPSS主成分分析将11个单项指标转换为4个主成分，累计贡献率达82.093%。依据PC1中各指标的载荷系数，筛选出相对地上部干重、耐盐级别、相对根干重、地上部Na+含量、地上部Na+/K+和根系Na+含量 6个重要指标；结合综合评价D值与这6个指标的线性回归分析，发现耐盐级别和地上部Na+/K+的系数较大，分别是影响水稻苗期耐盐性的形态学和离子平衡关键因子。通过对51份水稻种质资源SKC1编码区序列比对，共检测到9种不同的单倍型。其中源于越光的单倍型（Hap1）为粳稻种质资源的优势等位基因；源于Nona Bokra的单倍型（Hap7）为籼稻和Aus的优势等位基因。本研究结果可从离子平衡层面为耐盐水稻资源筛选与鉴定提供理论依据。

摘要:旱直播技术可有效提升水稻生产效率。中胚轴长度（ML，mesocotyl length）是影响旱直播水稻出苗和幼苗活力的重要性状。选育长中胚轴品种是促进旱直播技术推广最为经济、有效的方式。旱直播在南亚和东南亚地区的籼稻种植区已有一定推广面积，在粳稻种植区推广面积较少。前人已发现一批中胚轴伸长相关候选基因，但其可靠性及适用性尚待验证。基于已报道的97个中胚轴伸长相关候选基因，在不同来源的TROP和TEMP两个粳稻自然群体开展候选基因关联分析，鉴定到4个显著候选基因，解释4.7%~6.3%和5.4%~6.7%的遗传变异。其中，LOC_Os01g44130、LOC_Os03g50560和LOC_Os05g27790在TROP和TEMP群体中均显著关联，而LOC_Os11g10990和LOC_Os10g20860分别在TROP和TEMP群体中显著关联。候选基因所编码蛋白主要参与植物激素合成与代谢、信号转导和植物生长进程。进一步在TROP群体（LOC_Os05g27790-Hap3和LOC_Os05g27790-Hap6、LOC_Os03g50560-Hap1、LOC_Os01g44130-Hap1和LOC_Os11g10990-Hap1和LOC_Os11g10990-Hap3）和TEMP群体（LOC_Os05g27790-Hap6、LOC_Os01g44130-Hap1和LOC_Os10g20860-Hap5）中分别鉴定到6个和3个可用于分子标记辅助育种的优异单倍型。本研究鉴定到的显著关联候选基因及其优异单倍型可应用于水稻长中胚轴分子育种实践中。

摘要:双单倍体技术被广泛应用于加速植物育种，近年来，利用含有功能未知结构域DUF679膜蛋白（DMP）突变的玉米（Zea mays L.）株系作为单倍体诱导株系。本研究搜索与玉米DMP基因氨基酸序列同源率60%以上的大豆DMP基因，对其进行生物信息学分析；并结合2214份重测序数据库探究GmDMP基因在大豆中的分子机理及生物多样性。分析结果表明： GmDMP1（Glyma.18G097400）与GmDMP2（Glyma.18G098300），与玉米DMP基因的进化关系亲缘度极高，基因全长均为645 bp，氨基酸序列同源率高达95%以上，编码氨基酸数目与等电点完全一致，磷酸化分布仅有1个位点差异。GmDMP1与GmDMP2基因均有1个相同的结构域DUF679，定位于内质网的可能性较大，均为跨膜的不分泌亲水蛋白。GmDMP1与GmDMP2基因在2214份种质资源中分别发生了3个与1个非同义突变，各组成3种和2种单倍型。GmDMP1H3在驯化中受到了强烈的选择，GmDMP1H1与GmDMP1H2单倍型的突变位点在结构域DUF679上。将大豆的两个DMP基因突变后可能获得单倍体诱导系，从而缩短大豆育种年限。

摘要:DELLA 蛋白作为赤霉素负调控因子参与植物开花期调控。与拟南芥 DELLA 蛋白同源比对，研究发现大豆具有 8个 DELLA 基因，其中 GmGAI3a 只有 GRAS 结构域，其他 7 个 DELLA 蛋白均具有 DELLA 结构域和 GRAS 结构域。对 8 个大豆 DELLA 基因在 424 份材料的自然群体中的单倍型与开花期进行关联分析，发现 DELLA 基因早花型自然变异已经应用于我国中高纬度地区，推测大豆 DELLA 基因负向调控开花。利用 CRISPR/Cas9 技术，在大豆发根系统中验证靶点的编辑效率，成功鉴定出 7 个 DELLA 基因的有效靶点，为进一步获得稳定遗传转化的大豆 DELLA 突变体及解析基因功能提供了重要的靶点信息与理论基础。