甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种（热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441）及其近缘属种蔗茅（Yunnan2009-3）基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种（玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母）的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确...     

“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。     

不同生态区云南黄连居群的染色体核型比较

采用根尖压片和卡宝品红染色法,对分布于高黎贡山的东、西坡不同生态带的8个云南黄连居群进行染色体核型比较分析。结果表明,8个居群染色体数目均为2n=2x=18,核型基本一致,除东坡一个居群为3A型外,其余均为2A型;总体上同一生态区域内各居群的核型表现出较大的相似性,但不同生态区域的居群间却存在较大的差异,主要为近端部和端部着丝点染色体的有无及数目在东西坡居群间存在较大变化;东坡居群的不对称程度均较西坡高。     

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。     

云南甘蔗品种表型性状的遗传多样性分析

为了提高云南甘蔗品种资源的利用效率,为甘蔗遗传育种亲本的选择、杂交组合配制提供理论指导,本研究从18个质量性状和5个数量性状对73份云南甘蔗品种和27份中国历年主栽甘蔗品种(不包括云南选育的主栽品种)的遗传变异、遗传多样性、聚类关系等开展了研究。结果表明:云南甘蔗品种芽形、曝光后节间颜色、曝光前节间颜色、芽沟和57号毛群的多样性十分丰富;而数量性状的遗传变异主要来自叶片宽度和株高;相似性系数和聚类分析表明品种的相似性处于中等水平,可分成2个大类群4个亚类群及20个小类群,主成份分析表明云南甘蔗品种和中国历年主栽品种可划分为3个明显的基因库,与聚类分析结果基本一致。     

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。     

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。