小麦根部耐盐性状全基因组关联分析

为了解小麦耐盐相关性状的遗传机理,挖掘与小麦耐盐性显著相关的SNP位点及候选基因,本研究利用浓度200 mmol/L的NaCl溶液和正常营养液对全国300份小麦品种(系)进行耐盐性试验,并利用小麦90 K芯片对分布于小麦全基因组的16650个SNP,采用Q+K关联混合模型对小麦最长根长、根干重、根鲜重、根平均直径、根尖数、根表面积、根体积和总根长等8个根部耐盐性相关性状进行全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association study)。研究结果表明,小麦根部性状表现出广泛的表型变异,变异系数为24.3%~50.0%,多态性信息含量(PIC,polymorphic information content)为0.170~0.562,全基因组LD衰减距离为6 Mb;群体结构分析表明,试验所用300份小麦品种(系)可分为3个亚群,亚群1包含143个(47.67%)试验材料,主要来自河南、陕西和四川;亚群2包含74个(24.67%)试验材料,主要来自北京;亚群3包含83个(27.67%)试验材料,主要来自河南。GWAS共检测到77个与小麦耐盐相关性状显著关联的SNP位点(P≤0.001),这些位点分布在小麦除6D外的20条染色体上,单个SNP位点可解释3.70%~19.45%的表型变异,其中位于1A、3A、4A、7A、3D和5D染色体上的RAC875_c13169_459等6个位点同时关联到2个或2个以上性状,贡献率为3.78%~19.45%;对77个SNP位点进行发掘,筛选到17个可能与小麦耐盐性有关的候选基因。TraesCS5B01G031800(阳离子反转运蛋白)在Na+等阳离子转运中起重要作用,TraesCS5A01G329000(防御素)可以在阻断Na+等阳离子进入过程中起作用,TraesCS2A01G079000(重复富脯氨酸细胞壁蛋白)在细胞壁的形成中起重要作用,这些候选基因可作为耐盐性重要基因。     

小麦盐胁迫相关基因的克隆与表达分析

采用RT-PCR方法,从小麦中克隆获得1个盐诱导小麦MYB类转录因子基因TaSIM（Triticum aestivum salt-induced MYB）,该基因cDNA全长1 213bp,具有1个831bp的开放阅读框,编码276个氨基酸,预测分子量约为29.903kD,等电点为10.12,推测的氨基酸序列中含有2个高度保守的SANT结构域。系统发生树分析表明,TaSIM与二穗短柄草XP₀03576185亲缘关系最近。半定量RT-PCR检测结果显示,TaSIM基因受盐胁迫诱导表达。亚细胞定位结果显示,TaSIM-hGFP融合蛋白定位于细胞核中。研究结果表明,小麦TaSIM基因编码的蛋白可能在细胞核内参与小麦对盐胁迫的应答反应。     

海岛棉Sus活性变化特征及时空表达模式与纤维比强度的关系

以海岛棉(Gossypium barbadense L.)品种‘C6015’和‘新海29’(高比强度组)以及‘巴1248’和‘比马1’(低比强度组)为实验材料,利用果糖和UDPG比色法以及qRT-PCR方法,对2个实验组不同纤维发育时期蔗糖合成酶(EC 2.4.1.13,Sus)活性变化特征及其基因家族时空表达模式进行测定,并分析与纤维比强度的关系,探讨海岛棉纤维比强度差异形成的主要生理与分子机理。结果显示:(1)品种‘C6015’和‘新海29’的平均纤维比强度分别为47.5和44.7cN·tex-1,‘巴1248’和‘比马1’分别为31.2和32.6cN·tex-1,两实验组平均纤维比强度差异极显著。(2)纤维发育过程中4个海岛棉品种的Sus活性变化特征均呈单峰曲线,且低比强度组的峰值出现较早,但高比强度组的峰值以及后期活性极显著高于低比强度组。(3)海岛棉纤维发育过程中高表达的Sus基因有Sus1A、Sus1 D、Sus3A、Sus3 D、Sus6A、Sus6 D、Sus8 D,但各基因成员在纤维发育过程中具有表达特异性;其中两实验组的Sus3A基因都是在纤维次生壁加厚初期(花后20d)开始大量表达且达最大值后下降,说明Sus3A基因在纤维次生壁加厚初期起作用;Sus1A、Sus1 D基因在高比强度实验组的纤维次生壁加厚后期和末期(花后30d)相对表达量较高并有明显上升现象,而同期在低比强度实验组中相对表达量很低且无上升现象,说明Sus1A、Sus1 D基因作用于纤维次生壁加厚后期和末期。(4)两实验组的Sus活性水平及其基因家族各成员相对表达量高低与纤维次生壁加厚后期维持高活性时间的长短存在明显差异,表现为高比强度组低比强度组;且两组Sus活性高低差异与Sus3A、Sus1A、Sus1 D基因的表达差异同步。研究表明,海岛棉Sus3A、Sus1A、Sus1 D基因的表达差异与纤维比强度的形成有关,可能是影响纤维比强度的关键基因。     

谷子主要育成品种在新疆的遗传多样性研究

以274份谷子种质资源为材料,利用聚类分析和主成分分析方法,对参试资源16个农艺性状的遗传多样性进行综合评价。结果表明,参试材料的11个数量性状的遗传多样性指数均大于2.000,在新疆表现出广泛的遗传多样性。基于种质资源间形态标记的遗传差异,将274份谷子种质资源聚类并划分为6大类群。第Ⅰ类群(105份材料)生育期较短,属早熟类型,但其他性状表现一般;第Ⅱ类群(19份材料)出苗-抽穗日数最小,全生育期最短,早熟性明显,穗下节间长度相对其他类群较长;第Ⅲ类群(10份材料)生育期较短,主穗长相对较长,其余性状表现均处于较低水平;第Ⅳ类群(58份材料)主穗长、单穗重在各类群中处于较高水平,生育期相对较短;第Ⅴ类群(26份材料)生育期最长,属晚熟类型,除主穗长度最小外其余性状均表现突出;第Ⅵ类群(56份材料)生育期相对较长,属中晚熟类型,株高较低,生物产量处于中等水平。9个数量性状的主成分分析结果表明,前3个主成分因子(单株秆重、株高、主穗直径)累计贡献率达70.41%,各主成分因子性状载荷值反映了育种中各性状的选择方向及潜力。综合评价谷子种质资源农艺性状,为新疆谷子资源收集、评价和利用提供一定的科学依据。