农业发展对作物功能基因组研究需求

作物生命科学研究对我国农业的可持续发展提供了强大的科技支撑,功能基因组研究是作物生命科学研究的核心领域之一。现通过提出我国农业发展中面临的一些主要问题,基于作物功能基因组学特别是水稻功能基因组学的最新研究成果,分析农业发展对作物功能基因组研究的多种需求,包括种质资源创新、重大应用价值基因的克隆和功能解析、基因编辑技术和全基因组分子育种。为了进一步满足农业发展对基因组学研究的需求,我国需要推进功能基因组研究,促进作物育种行业的转型、发掘更多的优异种质资源、培育重大突破的新品种,提升我国种业创新能力,不断增强我国功能基因组学对农业生物技术的贡献力度。     

基于作物种质资源的优异等位基因挖掘：进展与展望

作物种质资源中蕴含着大量优异等位基因,如何鉴定并将这些变异应用于作物遗传改良是种质资源研究的中心任务之一。等位基因挖掘对种质资源遗传多样性分析、作物起源与演化研究、重要性状形成的分子基础阐释、种质创新与作物育种具有重要意义,也是作物分子设计育种的基石。因此,未来需要进一步研发更加高效的等位基因挖掘策略与技术方法,加速优异等位基因的发现及其在作物遗传改良中的应用。本文重点评述了等位基因发掘的主要策略与技术途径,提出了今后的重点任务与发展方向。     

小豆种质资源研究与利用概述

小豆（Vigna angularis Ohwi & Ohashi）属于医食两用作物,既是我国传统出口商品,也是农业种植结构调整的重要作物。然而与大宗作物相比,小豆现代分子遗传学、基因组学等研究落后,种质资源利用效率较低,品种改良仍局限于系统选育、杂交选育等常规手段,育种效率低。笔者从事小豆种质资源保存评价、新基因发掘及创新利用等研究多年,现从国内外小豆种质资源的收集与利用、品种选育概况及经典遗传学、现代分子遗传学等各方面研究进行回顾和概述,并对我国小豆产业进行了展望和讨论,以供国内小豆科研工作者参考,并期望对提高我国小豆遗传研究水平有所裨益。     

燕麦分子育种研究进展

燕麦是一种主要生长在温带冷凉地区的粮饲兼用作物,近年来燕麦的营养价值和降低胆固醇特性的发现使人们认识到燕麦及其制品是一种健康食品,促进了燕麦产业发展,对燕麦品种培育提出了更高要求。在此背景下,现代生物技术与常规育种技术结合是满足这一需求的重要途经。本文综述了国内外燕麦分子育种方面的研究进展:(1)我国燕麦种质资源的收集与遗传多样性研究。我国的燕麦种质资源收集工作起始于20世纪50年代,迄今收集并保存了5282份燕麦种质资源。对这些资源的遗传多样性分析研究表明,国内的燕麦种质资源中内蒙古和山西的资源多样性最高;(2)利用各种分子标记构建燕麦遗传连锁图谱研究;(3)一些重要农艺性状的QTL定位研究以及全基因组关联分析研究。包括产量、含油量、β-葡聚糖含量、蛋白质含量、抽穗期、抗病基因、抗冻性等重要农艺性状;(4)标记辅助基因组选择技术在燕麦中的应用;(5)燕麦遗传工程育种研究进展。同时,本文将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了比较,并对当前分子育种中存在的问题及今后的研究方向进行了探讨,希望能为今后通过生物技术手段培育燕麦新品种提供一定的参考。     

植物数量性状基因的定位与克隆

作物的许多重要农艺性状属于数量性状,鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异,并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。本文从QTL作图、QTL的精细定位与图位克隆、QTL近等基因系和染色体片断代换系的建立以及基于LD的关联分析等方面对植物数量性状的研究进展进行了讨论,提出了以植物基因组学技术为平台,将QTL作图与关联分析方法相结合,是进行数量性状遗传机理研究同时服务于作物育种实践的有效途径。     

植物数量性状基因的定位与克隆

作物的许多重要农艺性状属于数量性状, 鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异, 并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。本文从QTL作图、QTL的精细定位与图位克隆、QTL近等基因系和染色体片断代换系的建立以及基于LD的关联分析等方面对植物数量性状的研究进展进行了讨论, 提出了以植物基因组学技术为平台, 将QTL作图与关联分析方法相结合, 是进行数量性状遗传机理研究同时服务于作物育种实践的有效途径。     

彩色小麦基因发掘和种质资源育种利用北大核心CSCD

随着人类对彩色营养功能小麦需求越来越大,彩色小麦遗传研究越来越深入,彩色小麦品种越来越多,但我国彩色小麦种质资源家底不清。为了满足国内外对彩色小麦营养遗传育种方面的迅猛需求,本文综述了彩色小麦基因和种质资源育种利用进展,首先介绍了彩色小麦基因来源的种质资源,其次介绍了彩色小麦染色体组及系谱,第三是首次全面总结了我国彩色小麦育种和种质资源创新的进展。我国近24年来审定了61个彩色小麦品种,其中紫(黑)粒品种50个,蓝粒小麦品种10个,绿粒小麦品种1个,还育成了19个彩色小麦种质新资源,其中近4年是我国彩色小麦品种审定最多的年份。河南省、山东省、河北省、山西省是我国4大彩色小麦育种和产业化基地。彩色小麦品种大部分来源于彩色小麦和普通小麦杂交,彩色小麦基因主要来自于小麦与野生一粒小麦、野生二粒小麦、偃麦草、黑麦、赖草等远缘杂交。有48个彩色小麦品种籽粒蛋白质含量超过14%,4个彩色小麦品种籽粒蛋白质含量超过18%,4个彩色小麦品种面团稳定时间超过10 min。针对彩色小麦遗传育种和产业化存在的问题,建议作物种质资源保护与利用要遵循“有差异,就选择;能遗传,可定向;有价值,就保藏;需鉴定,要精准;扬其长,广利用”的基本原则。以上资料将为我国彩色小麦遗传育种研究提供大量有用信息和基因种质资源,推动我国彩色小麦遗传育种研究深入发展。     

水稻种质资源及其在功能基因组中的应用

水稻种质资源群体分为自然种质资源和遗传资源两类,是作物遗传改良和功能基因组学研究的基础材料。现简要介绍利用水稻种质资源群体开展全基因组关联分析定位数量性状位点、剖析基因变异与功能多样性、发掘与利用有利基因、分析基因组多样性及驯化选择区域等方面的研究进展及其展望。     

基因组学方法在玉米种质资源研究中的应用

近年来,分子生物学和植物基因组学得到了飞速发展,包括分子标记技术在内的基因组学方法在玉米种质资源研究中得到了广泛应用。本将对玉米种质资源研究的主要领域如玉米的起源和进化、遗传多样性的形成机制及评估、基于多样性的新基因发掘等方面的最新进展进行评述,并提出我国在应用基因组学方法进行玉米种质资源研究的策略。     

小麦改良的可利用资源：黑麦抗病基因

黑麦(Secale cereale)蕴藏着丰富的抗病基因,是改良小麦抗性的重要资源,黑麦抗病基因的导入一直是小麦育种的重要研究课题。本文综述了黑麦抗病基因的染色体定位、分子标记研究和含黑麦抗病基因的小麦种质资源在我国小麦育种中的应用,对应用中存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向进行了展望。     

作物抗虫种质资源的研究与应用

农业害虫给农作物产量和品质造成了重大经济损失,利用农作物抗虫特性,选育和种植抗虫品种是防治虫害最经济、有效的措施。抗虫种质资源是进行农作物抗虫育种的基础。目前,作物抗虫资源的研究涉及抗虫材料的收集、鉴定、评价、保存、利用以及抗虫种质资源创新等方面,对农作物抗虫基因的发掘与应用、抗虫品种的培育产生了积极促进作用。     

四株野生毛木耳的生物学特性分析及驯化栽培

优质菌种是食用菌产业持续健康发展的基础。毛木耳野生种质资源丰富,可作为新种质创制和品种选育的重要来源。为丰富毛木耳的育种材料,本研究以采自中国、俄罗斯和赞比亚3个国家的4株野生木耳菌株为材料,进行了基于内转录间隔区序列(ITS)的分子系统发育鉴定、生物学特性分析及出菇品比试验。结果表明：4株野生木耳菌株均为毛木耳;菌丝体最适碳源各不相同,最适氮源为酵母粉或氯化铵,最适pH为7-9,最适温度为25-30 ℃;所有菌株均可驯化出菇,其中赞比亚菌株Ⅲ的发菌速度最快,且第一茬鲜重高于国内栽培菌株(Ⅴ和Ⅵ),俄罗斯菌株Ⅰ最先产生原基。本研究获得的4株野生毛木耳菌株,在营养需求、出菇形态、产量和生育期等农艺性状上均存在差异,为毛木耳育种工作提供了新的资源。     

Genetic diversity in three groups of barley germplasm assessed by simple sequence repeats.

Genetic diversity can be measured by several criteria, including phenotype, pedigree, allelic diversity at marker loci, and allelic diversity at loci controlling phenotypes of interest. Abundance, high level of polymorphism, and ease of genotyping make simple sequence repeats (SSRs) an excellent molecular marker system for genetics diversity analyses. In this study, we used a set of mapped SSRs to survey three representative groups of barley germplasm: a sample of crop progenitor (Hordeum vulgare subsp. spontaneum) accessions, a group of mapping population parents, and a group of varieties and elite breeding lines. The objectives were to determine (i) how informative SSRs are in these three sets of barley germplasm resources and (ii) the utility of SSRs in classifying barley germplasm. A total of 687 alleles were identified at 42 SSR loci in 147 genotypes. The number of alleles per locus ranged from 4 to 31, with an average of 16.3. Crop progenitors averaged 10.3 alleles per SSR locus, mapping population parents 8.3 alleles per SSR locus, and elite breeding lines 5.8 alleles per SSR locus. There were many exclusive (unique) alleles. The polymorphism information content values for the SSRs ranged from 0.08 to 0.94. The cluster analysis indicates a high level of diversity within the crop progenitors accessions and within the mapping population parents. It also shows a lower level of diversity within the elite breeding germplasm. Our results demonstrate that this set of SSRs was highly informative and was useful in generating a meaningful classification of the germplasm that we sampled. Our long-term goal is to determine the utility of molecular marker diversity as a tool for gene discovery and efficient use of germplasm.     

The International Rice Information System. A platform for meta-analysis of rice crop data

Ambiguous germplasm identification; difficulty in tracing pedigree information; and lack of integration between genetic resources, characterization, breeding, evaluation, and utilization data are constraints in developing knowledge-intensive crop improvement programs. To address these constraints, the International Crop Information System (www.icis.cgiar.org), a database system for the management and integration of global information on genetic resources and crop improvement for any crop, was developed by genetic resource specialists, crop scientists, and information technicians associated with the Consultative Group for International Agricultural Research and collaborative partners. The International Rice Information System (www.iris.irri.org) is the rice (Oryza species) implementation of the International Crop Information System. New components are now being added to the International Rice Information System to handle the diversity of rice functional genomics data including genomic sequence data, molecular genetic data, expression data, and proteomic information. Users access information in the database through stand-alone programs and Web interfaces, which offer specialized applications and customized views to researchers with different interests.     

国家农作物种质资源平台的建立和应用

农作物种质资源是生物多样性的重要组成部分, 是作物育种和农业生产的物质基础。长期以来, 我国农作物种质资源标准不统一、资源保存相对分散、信息网络设施薄弱, 制约了农作物种质资源的共享利用。本文提出了国家农作物种质资源平台的概念和架构, 它是一个虚拟式的农作物种质资源机构, 由国家长期种质库、国家复份种质库、国家中期种质库、国家种质圃和国家种质信息中心组成。阐述了农作物种质资源技术规范体系构建的原则和方法, 建立了由110种作物的描述规范、数据规范和数据质量控制规范组成的技术规范体系。提出了以信息共享带动实物共享的思路、方法和途径, 建成了拥有39万份种质信息的国家农作物种质资源数据库和中国作物种质资源信息网(http://www.cgris.net/)。创建了日常性服务、展示性服务、针对性服务、需求性服务和引导性服务等5种农作物种质资源服务模式, 有效解决了农作物种质资源共享利用的难题。     

桃种质资源亲缘关系的研究进展

种质资源是现代育种和生物技术研究的物质基础。桃种质资源亲缘关系的研究将为探讨桃的起源、进化、分类、育种和资源利用提供科学依据。本文从形态学、细胞学、孢粉学、生物化学及DNA分子标记等几个方面综述了桃种质资源亲缘关系的研究进展,探讨了桃种质资源亲缘关系的研究现状、前景及尚需解决的问题,并就进一步开展桃种质资源亲缘关系的研究进行了分析,提出桃种质野生种、近缘野生种厦不同栽培品种群间的分子系统学关系是今后研究的重点。     

湖南省农作物种质资源收集保护和创新利用进展

根据湖南省第一次(1956-1957年)和第二次(1979-1983年)全国农作物种质资源调查、收集及研究利用的工作开展情况,总结了湖南省种质资源保护和利用的现状及取得的成果,特别是水稻、油菜、辣椒、茶叶等在资源创新利用上取得了优异成绩;分析了湖南省农作物种质资源保护仍存在地方品种资源日益减少、资源收集困难、农作物种质资源保存体系不够完善、资源专业团队缺乏、资源利用率低等限制本地区农作物种质资源创新利用的问题。提出了以"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"为契机,建立完善的种质资源保护体系、精准评价体系及共享共用机制等促进农作物种质资源保存与利用工作良性循环的建议。     

基于SOA的农作物种质资源调查信息系统研究

在研究面向服务体系结构(SOA)基础上,采用价值链分析方法识别了农作物种质资源调查服务域,提出基于SOA的农作物种质资源调查信息系统体系结构参考模型,详述了参考模型的层次结构,定义了各个服务模块功能。该参考模型为系统进一步编码和实现奠定了基础。     

Development of genome-wide SSR markers in horsegram and their use for genetic diversity and cross-transferability analysis

Horsegram [Macrotyloma uniflorum (Lam.) Verdc.] commonly known as kulthi or Madras gram is an important drought tolerant legume crop used as food and fodder in India and across the globe. Horsegram is tolerant to many biotic and abiotic stresses and considered a potential future food legume. Despite being a multiutility crop, insufficient genomic information is available in this species, which is otherwise required for genetic improvement. Hence, in the present work we used next-generation sequencing (NGS) technology for genome-wide development and characterization of novel simple sequence repeat (SSR) markers in horsegram. In all, 2458 SSR primer pairs were designed from NGS data and 117 SSRs were characterized in 48 diverse lines of horsegram. Cross-transferability of these markers was also checked in nine related legume species. The polymorphic SSRs revealed high diversity measures such as mean values of expected heterozygosity (He; 0.54), observed heterozygosity (Ho; 0.64), and polymorphism information content (PIC; 0.46). Analysis of molecular variance (AMOVA) revealed high degree of genetic variance within the populations. Dendrogram based on Jaccard’s similarity coefficient and principal component analysis (PCA) revealed two groups in the analyzed accessions. This observation was further confirmed by Bayesian genetic STRUCTURE analysis. The SSR markers developed herein can be used in diverse genetic analysis including association mapping in this crop and also in related legume crops with limited marker resources. Hence, this new SSR dataset can be useful for molecular breeding research in this underutilized pulse crop. In addition, genetic diversity estimates of analyzed germplasm can be important for devising future breeding programmes in horsegram.