作物及其种质资源与人文环境的协同演变学说

作物及其种质资源与人文环境的协同演变学说是关于作物及其种质资源与人文环境相互影响、相互作用和相互发展的理论.一方面,在一个特定环境中种植不同的作物或不同类型的作物会导致形成相应的饮食习惯与人文环境;另一方面,饮食习惯与人文环境又会对作物及其种质资源产生深刻影响,甚至可以引领其演变.其遗传基础是作物在传播和改良过程中发生...     

薏苡属种质资源Waxy基因分型及优异资源筛选

薏苡是重要的药食同源作物,在膳食结构多样性生产中具有重要意义。本研究旨在深入分析薏苡种质资源的粳、糯性特征,并筛选优异资源作为品种选育和生产应用的基础材料。通过大田试验进行表型分析,供试资源的农艺性状和籽粒性状均表现出丰富的遗传多样性。利用碘试剂快速染色法对116份薏苡属资源进行胚乳类型鉴定,并通过Waxy基因分型技术筛选优异薏苡资源。结果显示,在全部资源中,29份野生型资源糯性籽粒百分率在0~25.00%之间,均表现出粳性(非糯性)特征。87份栽培资源中粳、糯性胚乳类型均存在,包括纯粳性资源8份,纯糯性资源17份,62份材料以两种胚乳类型的混杂形式。根据表型鉴定和单籽粒的粳糯性分型,筛选出16份遗传稳定、性状差异明显的优良株系,其中,糯性材料14份,其总淀粉含量为57.82%~71.51%,直链淀粉含量为0~4.98%;粳性材料2份,总淀粉含量分别为67.33%和65.65%,直链淀粉含量分别为23.75%和25.48%。PCR检测结果显示,14份糯性品系扩增出单一的550 bp片段,2份粳性品系扩增出单一的约850 bp片段。糯性和粳性株系材料的直连淀粉和支链淀粉含量差异明显,而且Waxy位点基因型的纯合、遗传稳定,可作为薏苡品质改良和品种选育的基础遗传材料。     

薏苡黑粉菌基因组测序揭示其物种分类及适应性进化

以薏苡黑粉菌病瘿为研究对象,采用固体和液体培养方法对薏苡黑粉菌进行分离纯化培养和形态观察;利用Illumina、Pacbio测序和Hi-C辅助基因组组装技术对黑粉菌进行测序、组装和注释,分析其基因组结构和组成特征。通过与其他6个黑粉菌物种基因组进行比较基因组学研究,分析薏苡黑粉菌的基因家族进化和系统发育关系。在pH 7的固体PDA和液体PDB培养基中实现了薏苡黑粉菌的纯化培养,固体培养菌落表现为白色、表面隆起、具褶皱,较湿润且不透明的形态特征。Illumina、Pacbio和Hi-C组装结果显示,薏苡黑粉菌具有20对染色体(2n=40),基因组大小20.093 417 Mb,GC含量53.81%;共预测和注释到7 476个蛋白编码基因和164个非编码基因,占整个基因组长度的61.02%和0.285 3%;查找到3 674个散在重复序列和8 139个串联重复序列,分别占整个基因组长度的2.754 4%和1.605 4%。同源基因家族聚类显示,7个黑粉菌物种Ustilago coicis、U. bromivora、U. maydis、U. hordei、Sporisorium reilianum、S. scitamineum和S. graminicola的编码基因被聚类为6 999个基因家族,其中共有基因家族5 379个。薏苡黑粉菌包含5 339个单拷贝基因、105个多拷贝基因、89个特异基因、752个其他基因和188个未分类基因。基因家族进化和系统发育聚类表明,薏苡黑粉菌U. coicis在~60.9 MYA分化出来,与雀麦黑粉菌U. bromivova、大麦坚黑粉菌U. hordei聚为一支,表现为更近的亲缘关系;而玉米黑粉菌U. maydis在~66.6 MYA分化出来与3个孢堆黑粉菌物种S. scitamineum、S. graminicola和S. reilianum聚为一支。     

中国荞麦属植物分类学的修订

荞麦是一种蓼科(Polygonaceae family)荞麦属(Fagopyrum Mill)的古老作物,在全世界,尤其是东亚及东欧地区广泛种植。数千年以来,荞麦都是中国凉山等高海拔地区的主要粮食作物,其营养丰富,其中富含的芦丁等生物活性成分还具有抗氧化、抗肿瘤的功效。荞麦的栽培种甜荞和苦荞已经被广泛传播,但野生荞麦却只在特定区域分布。中国西南地区,包括四川、云南、贵州各省以及西藏自治区,是公认的世界荞麦属植物的起源中心、分布中心和多样化中心,荞麦种质资源非常丰富。目前已有文献报导的荞麦属植物超过20种,其绝大多数已在中国西南地区被发现,该地区的地理环境非常复杂,孕育了极具多样性的野生荞麦资源。但截至目前,这些已报导的种还没有经过科学的归类,同种异名的现象比较严重,本研究团队从2004年至今,在中国西南地区进行了多年多次的野外考察和标本采集工作,并在室内进行花和果实的解剖观察,获得了大量的荞麦属植物分类学数据。基于这些数据和荞麦染色体数量分析,经馆藏标本和模式照片的对比,并综合国内外相关文献,对中国荞麦属植物进行了分类学修订,将产自中国的荞麦属28个种归并为21个:即将Fagopyrum megaspartanium Q. F.Chen,F. pilus Q. F. Chen并入F. cymosum (Trrev)Meisn作为异名;F. pleioramosum Ohnishi,F. wenchuanense J.R.Shao并入F.caudatum (Samuelsson) A. J. Li作为异名;F. callianthum Ohnishi并入F.qiangcai D.Q.Ba作为异名;F. zuogongense Q.F.Chen并入F. homotropicum Ohnishi作为异名;F. longzhoushanense J.R.Shao并入F. pugense T.Yu作为异名。重新制定了21个种的分种检索表。本文将有助于重新认识荞麦属植物的进化地位,并为后续进一步探究属中各个种的亲缘关系奠定了基础。     

苦荞突变体库构建与突变体中芦丁合成相关基因表达分析

苦荞是重要的小杂粮作物之一,营养物质丰富,是天然芦丁的重要来源。突破苦荞育种难题,创制苦荞新种质是目前研究的重要方面。本试验利用甲基磺酸乙酯(EMS)构建了黑丰1号苦荞突变体库,明确了当EMS浓度为1.2%时,诱变效果较好。通过对M1突变株表型观察统计,共获得叶色、叶型、株型、粒型变异单株102株,突变率为3.85%;高效液相色谱技术(HPLC)测定1000株M3材料,获得高芦丁含量突变株系2个和低芦丁突变体株系5个;qRT-PCR对芦丁含量突变体株系中芦丁代谢关键酶基因(CHS、F3H、4CL、FLS、UFGT)进行表达量分析,发现不同株系中上述基因的表达量与芦丁含量相关性不明显,但个别基因如FtFLS基因表达量在高芦丁含量突变体中达到对照的4.55倍。通过突变体的筛选丰富了苦荞基因资源,创新了苦荞新种质,也为苦荞芦丁代谢的分子基础研究提供了材料保证与技术支持。