甘蔗KNOX基因(Sckn1)的电子克隆及生物信息学分析

KNOX基因对植物顶端分生组织的形成和维持有至关重要的作用。本文选择功能已知的水稻KNOX基因(OSH1,Oskn1)为参考序列,采用电子克隆技术克隆到甘蔗中与OSH1同源的一个KNOX基因Sckn1,并通过生物信息学分析预测该基因的结构、功能。结果表明:该基因包含一个1 071 bp的开放阅读框,编码356个氨基酸,分子量为39.36 kD,理论等电点为6.47。该基因很可能定位于细胞核,起转录调控作用,序列比对发现该基因编码蛋白与高粱、玉米、小米草等KN1蛋白高度相似。以上分析结果为进一步研究Sckn1基因的功能奠定了坚实的基础。     

“甘蔗复合群＂能源植物遗传育种研究进展

“甘蔗复合群”是一类极具生物能源开发潜力的禾本科C4植物。近年来由于世界能源危机的影响和植物遗传育种研究的发展,国内外学者对“甘蔗复合群”植物资源评价和能源育种研究越来越重视。本文介绍了“甘蔗复合群”的基本概念、属种分类及核心类群等研究背景。同时以甘蔗属和芒属核心资源为例,从“甘蔗复合群”能源植物遗传育种的角度综述了国内外相关研究进展。旨在总结前人的理论研究成果和杂交育种实践经验,探讨相关类群在植物系统分类和种质资源利用中存在问题与对策,为我国“甘蔗复合群”能源植物的应用基础研究和产业化开发利用提出建议。     

甘蔗ScMOC1基因启动子的克隆与瞬时表达分析

MOC1属于植物特有的GRAS家族蛋白基因,是调控植物腋芽形成发育的关键基因。启动子对基因转录效率起直接调控作用,其功能分析可以精确定位基因的表达部位、发育阶段和调控机制,克隆甘蔗腋芽形成发育关键基因ScMOC1的启动子序列,研究其功能对该基因表达调控机制具有重要意义。本研究以我国主栽甘蔗品种新台糖22号(ROC22)的基因组DNA为模板,通过基因组步移和巢式PCR技术克隆到ScMOC1起始密码子ATG上游1874 bp的启动子序列。PlantCARE在线分析预测表明,该序列包含多个真核生物启动子必需的核心元件TATA-box、CAAT-box以及与光响应、激素响应和分生组织表达等相关的顺式作用元件,推测ScMOC1启动子可通过激素诱导调控ScMOC1表达,且该启动子可能通过分生组织表达顺式调控元件CAT-box参与ScMOC1对甘蔗分蘖的调控。将获得的启动子序列替换pBI121质粒中的CaMV35S启动子驱动下游GUS基因表达进行活性分析,结果表明:本研究克隆的启动子片段能驱动GUS基因在甘蔗嫩叶中瞬时表达。5′缺失分析表明该启动子的基础启动子序列在起始密码子ATG上游350～500 bp之间。该结果为后续ScMOC1的调控机制研究奠定了良好的基础。     

中国十倍体割手密资源抗逆功能标记的遗传多样性分析

整倍体割手密是现代甘蔗品种重要的野生亲本和抗逆性状基因源,为了明确其抗逆相关基因的遗传背景,该研究选用来自脱水绑定因子DREB、水通道蛋白AQP、热激蛋白HSP70、WRKY1转录因子和随机引物组成的5对抗旱和耐高温相关功能标记,以63份甘蔗常用亲本材料和8份甘蔗原种作为对照,对中国保育的50份十倍体割手密(Saccharum spontaneum L.)进行遗传多样性分析。结果显示:(1)5对引物共获得119个扩增片段,其中110个为多态性条带,平均多态性条带比例为92.44%,平均多态信息量为92.53%,十倍体割手密抗旱功能标记多态性最高,甘蔗常用亲本材料耐高温功能标记多态性最高。(2)十倍体割手密在抗旱功能标记上具有较低的平均相似性系数值(0.541)和最大的分布范围(0.347~0.800),且主要集中在0.400~0.600之间,而在耐高温功能标记上甘蔗常用亲本材料虽拥有最大的分布范围(0.238~1.000),但甘蔗原种具有最低的平均相似性系数值(0.481),且相似性系数范围主要集中在0.400~0.600之间。(3)UPGMA聚类可将参试材料划分为较明显的两个大组,十倍体割手密与甘蔗常用亲本和甘蔗原种在聚类关系上表现出明显的不同。研究表明,十倍体割手密资源无论是在抗旱功能标记DBF、Aqua方面,还是在耐高温功能标记SCB174、SCB190方面都与甘蔗常用亲本和甘蔗原种具有较大的遗传差异,而且在抗旱功能标记方面表现出更为丰富的遗传变异,因此在后续甘蔗品种抗逆性状改良和亲本创新上应进一步加大十倍体割手密资源的利用。     

甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究 Ⅰ. 甘蔗与滇蔗茅远缘杂交F1群体构建与SSR分子标记鉴定

利用光周期调控技术诱导甘蔗热带种路打士开花,并与滇蔗茅云南95-19进行远缘杂交,培育实生苗76株,大田移栽成活62株,成活率81.6%;选用4对引物对获得的62份杂交后代进行SSR分子标记鉴定,结果表明,62份杂交后代全部为真杂种,所选SSR引物对滇蔗茅后代群体具有较高的鉴定效率。该杂交组合后代杂种真实率为100%,是目前数量最大的滇蔗茅F1群体。     

基于表型和核型及分子证据的甘蔗德阳大叶子属种分析

该研究以甘蔗属热带种、中国种、印度种和杂交品种为参照,对‘德阳大叶子’进行表型、核型和SSR分子标记分析,以明确德阳大叶子的属种关系,为种间杂交利用奠定基础。结果表明:(1)表型性状和SSR标记聚类结果都能将‘德阳大叶子’、热带种、中国种和杂交品种明显分成3个类群;其中‘德阳大叶子’与热带种、中国种、印度种和杂交品种的表型平均相似性系数分别为0.51、0.71、0.55和0.31,表型聚类与中国种最近。(2)‘德阳大叶子’的核型分析显示,体细胞染色体数为2n=116,核型公式为:2n=116=4M+104m+8sm,核型属于2B型,符合中国种染色体数范围。(3)利用13对引物进行SSR标记的UPGMA聚类结果表明,‘德阳大叶子’与热带种、中国种、印度种和杂交品种间的平均相似性系数分别为0.70、0.69、0.68和0.69,种间相似性系数相差不明显。研究认为,‘德阳大叶子’属于中国种或是中国种杂交后代的低世代材料。     

甘蔗近缘种滇蔗茅(Erianthus rockii)表型性状遗传多样性研究

为有效评价和利用蔗茅种质资源,挖掘其优良性状,以滇、黔、川考察收集的29份蔗茅为材料,选取5个数量性状为指标,对其多样性指数、变异系数、数量性状之间的相关性、数量性状与经纬度、海拔的相关性进行研究。分析结果表明：(1)共采集到25份高海拔种质资源,其中海拔超过2800米有4份,进一步丰富了甘蔗野生种质资源库;(2)蔗茅种质资源数量性状的Shannon-Wiener多样性指数均较高,株高多样性指数最高(1.441),锤度多样性指数最低(1.291);数量性状遗传变异较丰富,各性状变异系数范围为21%～38%,变异系数最大的为株高(38%),最小的为叶长(21%);(3)蔗茅种质资源性状差异显著,叶长、叶宽、株高、茎径存在较大相关性,而与锤度不相关;叶宽与经度呈正相关,与纬度、海拔呈负相关。(4)聚类分析结果表明,蔗茅种质资源可分为四大类群,其中Ⅱ类群(EF-27)具有良好的数量性状和锤度品质潜力,可推荐作为甘蔗育种杂交利用首选材料。     

甘蔗近缘种蔗茅Erianthus fulvus考察收集与表型性状初步研究

为有效评价和利用蔗茅种质资源,挖掘其优良性状,以滇、黔、川考察收集的29份蔗茅为材料,选取5个数量性状为指标,对其多样性指数、变异系数、数量性状之间的相关性,数量性状与经纬度、海拔的相关性进行研究。分析结果表明:(1)共采集到25份高海拔种质资源,其中海拔超过2800m的有4份,进一步丰富了甘蔗野生种质资源库;(2)蔗茅种质资源数量性状的Shannon-Wiener多样性指数均较高,其中株高的最高为1.441,锤度的最低为1.291;数量性状遗传变异较丰富,各性状变异系数范围为21%~38%,变异系数最大的为株高(38%),最小的为叶长(21%);(3)蔗茅种质资源性状差异显著,叶长、叶宽、株高、茎径存在较大相关性,而与锤度不相关;叶宽与经度呈正相关,与纬度、海拔呈负相关。(4)聚类分析结果表明,蔗茅种质资源可分为4大类群,其中第Ⅱ类群(EF-27)具有良好的数量性状和锤度品质潜力,可推荐作为甘蔗育种杂交利用首选材料。     

甘蔗MOC1基因(ScMOC1)的克隆与表达分析

MONOCULM 1(MOC1)基因在植物腋分生组织和腋芽的形成中发挥重要作用,是植物分蘖关键调控基因。本研究利用同源基因克隆法结合RT-PCR、RACE技术从甘蔗品种ROC22中克隆获得MOC1的同源基因,命名为Sc MOC1。生物信息学分析发现该基因的c DNA序列包含一个长度为1299 bp的开放阅读框,编码432个氨基酸残基组成的含有GRAS保守结构域的非分泌蛋白,其分子量为45.43 k D,理化等电点p I为6.98。序列比对分析显示Sc MOC1与高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)、水稻(Oryza sativa L.)等禾本科植物同源蛋白氨基酸序列一致性较高;系统进化树分析显示其与高粱、小米草(Setaria italica(L.)P.Beauv.)、玉米(Zea mays L.)等禾本科植物MOC1同源蛋白亲缘关系最近;Sc MOC1在甘蔗品种ROC22中的序列变异分析发现,30个克隆得到的序列中共有46个SNP位点和29处In Del位点,其中1个位点发生的单个碱基缺失和另一个位点的4个碱基插入是造成基因编码蛋白序列变化的主要原因。中性检测表明,Sc MOC1在ROC22中遵循中性进化模型。采用实时荧光定量PCR分析Sc MOC1在甘蔗品种ROC22分蘖期不同组织部位(根、茎、叶、分蘖芽、叶鞘、生长点)、茎尖生长点和不同发育阶段腋芽(幼嫩腋芽、半大腋芽、较大腋芽、成熟休眠腋芽)的表达特征,结果显示Sc MOC1在分蘖期的ROC22中的表达具有组织特异性,在生命活跃的茎尖生长点处表达量最高;在腋芽形成发育过程中该基因表达总体呈现出"升-降-升-降"的趋势,说明Sc MOC1基因可能在甘蔗腋芽形成发育阶段中发挥作用。以上研究可推测Sc MOC1在甘蔗的分蘖性状调控上扮演重要的角色。本研究为Sc MOC1的功能研究及其在甘蔗产量分子辅助育种中的利用奠定基础。     

甘蔗非生物胁迫抗性研究进展

甘蔗是世界上重要的糖料和能源作物,对于我国食糖产业发展具有举足轻重的作用。但是,我国甘蔗种植面积正不断减少,呈现出向高海拔、土壤贫瘠等生产条件差的地方转移的趋势,因此遭受的逆境胁迫程度日益加深,严重影响了甘蔗的生长发育及产量形成。如何解决逆境胁迫下甘蔗的产量问题是目前生产上面临的重要课题。目前最好的解决办法还是培育高抗逆品种,为了给甘蔗抗性品种选育提供参考,本文对甘蔗的各种逆境,如低温、干旱、高盐、重金属等伤害与抗逆性的生理生化机制及甘蔗抗逆相关功能基因的挖掘研究进行了综述,以期系统地了解甘蔗逆境研究现状,并提出了甘蔗抗逆育种需要开展的关键工作,以期为甘蔗抗逆相关研究方向的设定、抗性机理和抗性品种的选育提供借鉴。