一个新的番茄黄绿叶突变体表型鉴定与遗传分析

植物黄绿叶突变体不但在植物的光合作用、叶绿素的合成代谢途径、叶绿体的遗传分化与发育等一系列基础研究中具有重要作用,而且还可以作为标记性状应用到育种研究上。本研究以前期化学诱变得到的一个番茄黄绿叶突变体为材料,对其主要表型与光合作用特征特性进行鉴定分析,发现突变体从第1片真叶开始变黄,植株矮小,叶片叶绿素含量和净光合速率相对野生型极显著降低,叶绿体类囊体片层结构畸形。突变体和野生型进行正反交,分析其遗传方式。发现其F2群体正常叶与黄绿叶的分离比为3∶1,表明黄绿叶是由单个基因突变引起的隐性性状。本研究为后期的基因定位研究奠定了基础。     

水稻穗型突变体cl的鉴定、保护与遗传分析

通过神州八号飞船搭载广东省常规优质稻主导品种粤农丝苗获得一个稳定遗传的穗型突变体cl,中文名为粤花占1号,2015年完成农业部植物新品种权的申请工作(申请号:20151728.8,公告号:CNA014491E)。该突变体农艺性状与野生型极为相似,熟色好,产量高,但表现出异常的花序结构,一次枝梗数增加,二次枝梗、小穗梗长度严重缩短,枝梗顶端小穗3粒簇生在一起。进一步的细胞学观测发现,差异主要源自幼穗分化的第3期到第4期发育异常所致。遗传分析表明该性状由非完全显性单基因控制,BSA性状定位法初步将该基因定位于染色体6,命名为CL-6。本研究的结果为进一步精细定位和克隆CL-6基因、找到控制水稻幼穗枝梗伸长缩短的功能基因或调控因子奠定基础,同时为培育理想穗型水稻和观赏农业提供优良种质。     

高粱浅绿叶突变体sll1的农艺性状和生理生化特性

通过EMS诱变野生型高粱BTx623种子获得浅绿叶突变体sll1(Sorghum Light-green Leaf 1)。以野生型BTx623为对照,进行成熟期农艺性状调查和苗期生理生化指标测定。结果表明,突变体sll1茎粗和穗柄长与BTx623相比没有显著差异,而株高、穗长、粒数和千粒重均低于BTx623,存在极显著差异,且抽穗期延迟15~20 d。苗期叶片叶绿素测定结果显示,突变体sll1叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均极显著低于BTx623,其中叶绿素b含量只有野生型的1/10,推测该突变体是叶绿素b减少型突变体。突变体sll1蛋白总量显著低于BTx623,但脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性均极显著高于BTx623,说明突变体sll1具有较强的渗透调节能力和清除活性氧的能力以维持自身正常生长。     

棉花叶皱小突变体的遗传分析及激素含量研究

在海岛棉(Gossypium barbadense L.)品种海7124的基因组总DNA导入陆地棉(G.hirsutum L.)品种石远321的后代中,发现了一个形态性状发生变异的突变体。与正常棉株相比,突变体叶片皱小、茎杆细弱,铃小但种子发育正常。叶表皮显微观察发现,突变体叶表皮细胞增大,突变体叶片变小是由于叶片细胞数目的减少。遗传分析表明,突变体为杂合基因型,突变性状受显性基因控制,并可能具有纯合致死效应。内源激素含量测定显示,突变体茎尖中IAA和ZR含量显著高于正常棉株,推测突变体的叶片皱缩变小可能与主茎顶芽中IAA和ZR含量的异常有关。     

一个新的水稻矮秆突变体的遗传分析和基因定位

新的水稻矮秆基因的发掘,对深入研究植物株高的调控途径及株型育种有非常重要的作用。我们报道了从日本特早熟粳稻品种Kitaake的组织培养后代获得的一个矮秆突变体dm,该突变体植株细小,紧凑,机械强度降低,结实率下降,籽粒变窄,千粒重降低等。利用分离群体中的矮秆株,最终将目标基因定位在第4染色体长臂末端InDel标记EL-72和L-1之间,物理距离为168 Kb的区间内,该区间内无已报道的水稻矮秆基因,该基因可能是一个尚未被克隆的新的株高决定基因。     

小麦直立叶突变体MtHS29的转录组分析

为解析小麦叶片直立的分子调控机制,以快中子辐射诱变获得的小麦直立叶突变体MtHS29及其野生型衡S29为材料,通过转录组分析挖掘与MtHS29叶片直立相关的差异表达基因。结果表明,突变体MtHS29的叶片相较于野生型衡S29存在不同程度的缺失,其中旗叶和倒二叶的叶枕、叶舌和叶耳全都缺失,叶片呈直立向上生长的状态。突变体MtHS29和野生型衡S29倒二叶、倒三叶和倒四叶的叶枕部位存在共同差异表达基因1567个,主要富集在植物激素信号转导、淀粉和蔗糖的生物合成、苯丙素的生物合成、内质网的蛋白质加工,以及氨基酸和核苷酸糖代谢等通路。进一步分析发现,参与细胞壁松弛的细胞壁主要成分合成相关基因、参与调控叶舌形成和叶夹角大小的生长素和油菜素内酯合成或信号转导相关基因,以及多个参与植物器官形态建成调控相关基因在突变体MtHS29中差异表达,与叶枕处近、远轴面细胞分裂和伸展活动减弱,以及突变体叶舌、叶耳和叶枕等结构的缺失密切相关。本研究为小麦株型育种提供了新的种质资源,也为阐明小麦直立叶形成的分子调控机制提供了一定的理论依据。     

一个水稻矮秆突变体的遗传分析及基因定位

水稻（Oryza sativa）是我国重要的粮食作物之一。水稻矮秆材料的引入掀起了第1次＂绿色革命＂。但近年来,在水稻育种中矮生基因遗传单一的问题越来越突出,已经严重影响到水稻产量的持续提高。利用60Co-γ射线辐照籼稻亲本材料M804获得了一个性状能够稳定遗传的矮秆突变体MU101。对该矮秆突变体和台粳16号杂交获得的F2代的遗传分析表明,该矮秆性状受1对隐性单基因控制,并暂命名为ds1。利用已有的SSR分子标记将DS1基因定位在水稻第5号染色体上,通过扩大群体和开发新的Indel标记,进一步将DS1基因定位在2个Indel标记之间,两者间的物理距离大约为384kb。该研究为DS1基因的克隆及其在生产中的应用奠定了基础。     

水稻窄叶突变体zy17的遗传分析和候选基因鉴定

器官大小调控是一个基本的发育生物学过程,受细胞分裂和细胞扩展的影响。然而,植物器官大小调控的遗传和分子机理仍不清楚。为了进一步了解器官大小调控的分子机制,文章分离了一系列水稻叶子宽窄改变的突变体。其中,窄叶突变体zy17叶变窄,同时伴有植株矮化、穗子变小、枝梗数和穗粒数降低的表型。遗传分析表明该窄叶性状受1个隐性基因控制;细胞学分析表明该突变体叶子的细胞数目和维管束数目显著降低,表明ZY17影响了细胞分裂。基因组重测序进一步筛选出ZY17的3个候选基因：Os02g22390基因突变发生在内含子区,编码蛋白为逆转座蛋白;Os02g28280和Os02g29530基因突变都发生在外显子区,其中Os02g28280编码一个功能未知蛋白,该基因突变后,发生碱基置换,产生非同义突变;Os02g29530编码一个含糖基转移酶相关的PFAM结构域的蛋白,该基因突变后,出现两个碱基的缺失,从而导致其蛋白翻译提前终止。对候选基因的深入研究,将揭示水稻叶子大小调控的机制。     

空间诱变高粱突变体的研究

1996年经4返回式卫星搭载处理的纯系高粱品种晋粮5号（CK）的种子经次年播种生,区得少量秆早熟突变体（SP3）。此后连续二年播种,该突变体矮秆早熟性状稳定,该突变体与未经搭载的对照相比多400粒。（3）SP3平均千粒重为34g,对照为27g。（4）SP3叶片变窄,变短,增厚,叶面积减少了43％－22％。（5）SP3穗轴长度比对照增加30％,各节间长度比对照缩短了67％－15％。（6）SP3种子中亮氨酸含量比对照增加15％,可溶性糖含量比对照增加25％,单宁含量降低了30％。     

水稻Ds插入淡绿叶突变体的鉴定和遗传分析

Ac/Ds插入突变是水稻基因功能鉴定的有力工具之一。文章从水稻中花11 Ds-T-DNA转化纯合体与Ac-T-DNA 转化纯合体的杂交群体中筛选到一个淡绿叶突变体。该突变体在三叶期由绿苗转为淡绿叶苗, 自然光照下突变体迅速焦枯, 但是在弱光照条件下, 突变体能缓慢生长至开花结实; 突变体光合作用特性研究表明该突变是典型的光抑制突变体。遗传分析表明该突变为Ds插入导致的隐性突变。     

玉米黄绿叶突变体表型鉴定及基因初步定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿体发育的重要材料。开展玉米叶色突变体的相关研究,对光形态建成、光合作用、基因功能注释、蛋白质功能及抗逆性机制的阐述具有重要的理论意义。本研究以黄绿叶突变体ygl-F17138为材料,与玉米自交系B73进行杂交,构建F2分离群体,进行遗传效应分析和基因初步定位。遗传分析表明,该突变性状由单个隐性核基因控制,且能稳定遗传。利用BSR-seq结合连锁分析的方法将该基因初步定位在第3条染色体上一个约9.2 Mb的区间内(chr.3:173087201~182203992),查询该区间内已知基因功能注释,未发现类似前人报道的调控黄绿叶性状基因,说明YGL-F17138基因可能是一个控制玉米黄绿叶发育未被挖掘的候选基因。     

一个新的水稻叶形突变体(tll1)的遗传分析与精细定位

利用甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulphonate, EMS)诱变粳稻品种日本晴获得了一个遗传稳定的叶形突变体 thread-like leaf 1 (tll1)。该突变体在杭州表现为矮化、窄叶, 极端时仅剩主脉, 呈细丝状。将该突变体分别与籼稻品种南京6号、浙辐802和9311进行正反交配组, 遗传分析表明该突变体性状由1对隐性单基因控制。通过SSR和STS分子标记对F₂代分离群体进行遗传定位, 将该基因初步定位在第12染色体SSR标记RM247和RM101之间。随后利用已公布的粳稻品种日本晴和籼稻品种9311的基因组序列, 发展了7对有多态的STS标记, 最终将该基因定位在FL13和FL14之间约94.3 kb的区间内, 为进一步克隆TLL1基因奠定了基础。     

一个新的水稻叶形突变体（tll1）的遗传分析与精细定位

利用甲基磺酸乙酯（ethylmethane sulphonate,EMS）诱变粳稻品种日本晴获得了一个遗传稳定的叶形突变体thread-like leaf1（tll1）。该突变体在杭州表现为矮化、窄叶,极端时仅剩主脉,呈细丝状。将该突变体分别与籼稻品种南京6号、浙辐802和9311进行正反交配组,遗传分析表明该突变体性状由1对隐性单基因控制。通过SSR和STS分子标记对F2代分离群体进行遗传定位,将该基因初步定位在第12染色体SSR标记RM247和RM101之间。随后利用已公布的粳稻品种日本晴和籼稻品种9311的基因组序列,发展了7对有多态的STS标记,最终将该基因定位在FL13和FL14之间约94.3kb的区间内,为进一步克隆TLL1基因奠定了基础。     

水稻谷蛋白突变体的筛选及遗传分析

通过对国内外水稻品种种子的全蛋白分析,筛选到3个谷蛋白突变材料。其中编号W3660种子中37～39kDa与22～23kDa谷蛋白亚基的含量较普通水稻明显降低,而13kDa醇溶蛋白多肽含量则大幅升高;W204和W379种子中37～39kDa与22～23kDa谷蛋白亚基的含量介于普通品种与W3660之间,W379还具超大含量的57kDa多肽,实验证明此多肽属谷蛋白成分。用W3660和普通水稻栽培品种惊人糯(Otorokimochi)构建了杂交群体。后代种子总蛋白SDS-PAGE分析显示,低谷蛋白和高醇溶蛋白性状总是相伴出现;F1种子全部呈现低谷蛋白含量和高醇溶蛋白含量特性;F2种子中呈现低谷蛋白和正常蛋白性状的比例约为3：1;从F3种子分析推断出的F2植株基因型,其低谷蛋白纯合型,杂合型和正常型的分离比例符合1：2：1。表明,W3660的低谷蛋白和高醇溶蛋白性状是由单显性基因控制,而且能稳定地遗传给后代。     

大豆突变基因的遗传分析及窄叶突变基因的ＲＡＰＤ标记

宽叶、无4粒荚大豆品种鲁豆4号（代号LD4）经烷化剂EMS诱变处理选育出窄叶和4粒荚同时发生突变的稳定突变系E182。突变系与亲本杂交遗传分析表明,“宽叶与窄叶”和“无4粒荚与有4粒荚”2对性状均符合孟德尔单因子的31分离比率,说明窄叶和4粒荚突变性状均受单个隐性核基因控制。F     

Harnessing Genetic Variation in Leaf Angle to Increase Productivity of Sorghum bicolor

The efficiency with which a plant intercepts solar radiation is determined primarily by its architecture. Understanding the genetic regulation of plant architecture and how changes in architecture affect performance can be used to improve plant productivity. Leaf inclination angle, the angle at which a leaf emerges with respect to the stem, is a feature of plant architecture that influences how a plant canopy intercepts solar radiation. Here we identify extensive genetic variation for leaf inclination angle in the crop plant Sorghum bicolor, a C4 grass species used for the production of grain, forage, and bioenergy. Multiple genetic loci that regulate leaf inclination angle were identified in recombinant inbred line populations of grain and bioenergy sorghum. Alleles of sorghum dwarf-3, a gene encoding a P-glycoprotein involved in polar auxin transport, are shown to change leaf inclination angle by up to 34° (0.59 rad). The impact of heritable variation in leaf inclination angle on light interception in sorghum canopies was assessed using functional-structural plant models and field experiments. Smaller leaf inclination angles caused solar radiation to penetrate deeper into the canopy, and the resulting redistribution of light is predicted to increase the biomass yield potential of bioenergy sorghum by at least 3%. These results show that sorghum leaf angle is a heritable trait regulated by multiple loci and that genetic variation in leaf angle can be used to modify plant architecture to improve sorghum crop performance.     

水稻短根毛突变体Ossrh2的表型分析与基因定位

在粳稻品种中花11为遗传背景的T-DNA突变体库中筛选获得一个遗传稳定的水稻（Oryzasativa）短根毛突变体Ossrh2（Oryza sativa short root hair2）。突变体在苗期表现为根毛数量减少,为野生型的61.4%,根毛长度明显变短,只有野生型的22.8%,同时根毛增粗,根毛形态也发生了变异,局部扭曲膨胀和分叉,除此之外突变体的地上部和根部生长情况与野生型相比没有显著差异。遗传分析表明,该突变性状受1对隐性单基因控制。通过对突变体T2和F2代的分子检测发现,该突变体表型非T-DNA插入引起。利用Ossrh2纯合体和籼稻品种Kasalath杂交构建的F2群体对OsSRH2进行基因定位,发现其与第10号染色体短臂上的SSR（simple sequence repeat）标记RM6370和RM474连锁,遗传距离分别为1.1cM和3.0cM。通过在两标记间发展3个新的STS（sequence-taggedsite）标记,将OsSRH2基因定位于标记S1227和S1531之间,物理距离约为304kb,为进一步克隆OsSRH2打下了基础。     

甘蔗双腋芽突变体表型鉴定及应用潜力评估

蔗茎腋芽是甘蔗无性繁殖的主要器官,充足的下芽量保证了甘蔗的高产稳产,但同时也造成用种量大、种植成本高,是生产上一直难以平衡的问题。本研究以大茎野生种创新利用过程中获得的1份蔗茎孪生双腋芽的突变体种质云蔗07-86为材料,对其双腋芽表型、稳定性、可遗传性及对产量的影响进行鉴定和测试。研究发现该突变体的双腋芽以孪生、邻接和分离3种方式随机着生于蔗茎中上部,通常从地上第6茎节开始发生双腋芽,发生频率自下而上呈现从无到有、先增后减的总体趋势,且播种后2个腋芽均能正常萌发;通过连续多年的无性繁殖大田试验观察发现,双腋芽性状能够在繁殖群体中稳定保持;利用该突变体与32份不同的甘蔗种质进行杂交,仅在11个组合中的极少数杂交后代无性系上观察到双腋芽现象,表明双腋芽性状可以通过杂交传递给后代,但双腋芽在后代群体中出现的概率极低;以相同下芽量分别将突变体单、双腋芽种茎进行种植,发现不同腋芽表型类型的有效茎数、蔗茎产量差异不显著,表明双腋芽突变体具备保证下芽量而降低用种量的应用潜力。本研究为后期开展双腋芽形成候选基因挖掘及双腋芽突变育种利用奠定基础。