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。     

基于表型与分子数据的斑茅核心种质构建

斑茅(Saccharum arundinaceum L.)是重要的"甘蔗复合群"野生资源,在我国分布广泛,但目前尚未在遗传育种研究中得到很好的利用。本研究以国家甘蔗种质资源圃保存的来自全国9省区的147份斑茅无性系为原始种质,首先基于表型数据筛选58份材料构建了斑茅初级核心种质,然后基于SSR和AFLP分子标记数据筛选16份材料构建斑茅微核心种质,分别占原始种质的39.46%和10.88%。通过表型与分子遗传多样性参数的比较分析,验证了斑茅核心种质具有较好代表性。最后对甘蔗种质资源和遗传育种研究中斑茅核心种质的构建方法和利用策略等问题进行了探讨,以期为"甘蔗复合群"野生类群核心种质的构建及创新利用提供参考,促进资源研究工作重心由数量保存型向创新利用型转变。     

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。     

毛竹林的连续型直径分布变化方程

推导出描述毛竹林的连续型的直径分布结构变化规律和特点的数学物理方程,为毛竹林资源的预测及监测和结构调整等研究建立数学模型及计算方法。     

台湾相思种群生命过程及谱分析

以种群生命表及生存分析理论为基础,编制台湾相思种群静态生命表,绘制存活曲线、死亡率曲线、亏损度曲线、死亡密度函数曲线、积累死亡函数曲线和危险率函数曲线,分析种群生命过程。结果表明,台湾相思有1个死亡高峰,存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型;并应用谱分析方法研究台湾相思种群动态,结果表明,在台湾相思种群自然更新过程中存在着明显的周期性。     

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。     

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。