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。     

割手密2C型蛋白磷酸酶ScPP2C基因的克隆与表达分析

割手密由于具有抗病、抗虫、抗逆等潜在的有利基因,历来被用于甘蔗的抗性遗传改良。在割手密中克隆编码2C型蛋白磷酸酶(protein phosphatase 2C, PP2C)的基因,并分析其在干旱胁迫下的差异表达。本研究利用RT-PCR方法从割手密叶片中克隆得到PP2C基因的CDS全长序列,利用生物信息学在线软件对PP2C蛋白的理化性质、蛋白结构进行预测分析,并采用实时荧光定量的方法分析该基因在不同干旱处理下的差异表达。结果显示从割手密中克隆到一个全长951 bp编码316个氨基酸的2C型蛋白磷酸酶基因,命名为ScPP2C,GenBank登录号为MG322120。荧光定量分析表明,随着干旱胁迫时间的延长,其表达量呈先上调后下调的表达模式,说明该基因是干旱胁迫诱导型基因。本研究通过挖掘甘蔗野生种割手密中的抗旱新基因ScPP2C,为甘蔗野生种质资源开发利用、转基因抗旱甘蔗新品种的选育提供了参考依据。     

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。     

沙冬青逆境胁迫分子生物学研究进展

逆境胁迫是影响植物生长发育的重要因素,植物的抗逆机理是分子生物学研究的重要领域。随着分子生物学技术的发展,有关植物抗逆方面的研究已取得了很大的进展,初步揭示了植物应对逆境胁迫适应性的分子机理。沙冬青是我国温带荒漠地区惟一的常绿灌木,具有很强的抗逆性,是开展植物逆境胁迫研究和抗逆基因筛选的理想材料。本文综合论述了抗逆植物沙冬青的抗逆机理及逆境胁迫相关基因的分子生物学研究进展,为植物抗逆基因工程发掘更多的基因资源和抗旱植物的抗逆性研究提供思路。     

谷子逆境相关基因家族研究进展

植物抗逆分子机制是当前的热点研究问题之一,研究目的在于从分子水平上解释植物适应逆境的机制、获得各种抗逆基因并通过遗传工程提高植物抗逆性。介绍了植物响应逆境的分子机制,重点概述了近年来抗旱耐瘠典型作物谷子的抗逆相关基因家族的研究进展,同时展望了谷子基因功能研究的发展前景,以期为今后培育高效抗逆作物新品种提供思路。     

水稻逆境相关转录因子研究进展

干旱、盐碱、高温和低温等逆境因子胁迫水稻的生长发育,进而影响水稻的产量和品质。因此,研究水稻的抗逆性,尤其是揭示其抗逆分子机理具有重要的生物学意义。近年来,水稻抗逆分子机理的研究主要集中在转录因子及其分子调控机制方面。在水稻中,目前研究较多的转录因子类型主要有b ZIP、MYB/MYC、WRKY、AP2/EREBP和NAC,它们的结构通常由DNA结合结构域、转录活化结构域、寡聚化位点和核定位信号组成。转录因子在水稻逆境信号转导途径中起着中心调节作用,它们将逆境信号传递和放大,通过与目的基因启动子区中顺式作用元件特异结合,调控下游多个逆境相关基因的表达,从而引起水稻对逆境应答反应,最终实现水稻获得综合抗逆性的提升。该文简要概述了植物转录因子的调控机制、结构特点、分类与功能特性,重点论述了转录因子在水稻抗逆中的作用,指出了转录因子应用过程中转基因水稻产生的负效应问题,并提出了解决负效应问题的研究思路,同时展望了今后转录因子的研究前景,以期为挖掘和应用新的水稻转录因子基因以及阐明其抗逆调控机制提供理论依据。     

甘蔗与斑茅割手密复合体杂交后代的分子标记鉴定

为有效利用甘蔗野生种质拓宽甘蔗遗传基础,本研究利用甘蔗与斑茅割手密复合体进行杂交,同时应用序列相关扩增多态性(SRAP)和微卫星(SSR)分子标记技术鉴定其后代。两种分子标记鉴定结果相互印证表明:3个杂交组合的后代中,经表型鉴定含斑茅血缘的34个后代为真杂种。该真杂种后代为进一步综合利用斑茅、割手密的优异基因改良甘蔗品种提供了优良的创新种质。     

斑茅割手密复合体杂交利用过程野生特异基因遗传分析

揭示斑茅割手密复合体在杂交利用过程中的斑茅、割手密野生特异基因在各世代的遗传规律,为利用斑割复合体创制甘蔗育种新亲本提供理论依据。利用AFLP-PCR分子标记结合毛细管电泳技术对斑割复合体在杂交利用过程中的斑茅、割手密野生特异基因在各世代的传递动态进行分析,并研究它们之间的遗传关系。29对AFLP引物组合共扩增出3695个位点,多态性比例为97.89%。斑茅和割手密对斑割复合体的遗传贡献率分别为43.96%和56.04%。斑茅特异位点在F1、BC1和BC2 3个世代的平均遗传率分别为8.25%、1.90%和0.63%,割手密特异位点在F1、BC1和BC2 3个世代的平均遗传率分别为16.98%、2.40%和0.21%,特异遗传物质均呈逐代减少趋势。比较不同世代甘蔗栽培种亲本遗传到后代的特异位点比率,F1的GT02-761特异位点比率最高,BC1的GT05-2743特异位点比例平均高达92.75%,BC2的ROC23遗传率最低,为49.09%,FN39遗传率最高,达94.32%。聚类分析结果表明斑割复合体偏向父本遗传,斑割复合体杂交后代偏向甘蔗栽培种遗传,与分子遗传关系分析结果一致。研究表明,经过3代的遗传重组,斑割复合体后代的遗传物质与斑割复合体相比已发生了很大的改变;研究明确了斑茅、割手密2个亲本在3个世代的遗传贡献规律,为进一步的杂交选育提供理论支持。     

割手密SnRK2基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫表达分析

【目的】探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因。【方法】以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析。【结果】在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上。SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227～580,分子质量为25 683.53～64 695.8 kD,等电点为4.62～8.94,且均为亲水性蛋白。系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7～9个为主。SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件。割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性。所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫。【结论】割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据。     

植物脯氨酸合成酶基因工程研究进展

逆境条件下植物细胞积累脯氨酸是植物适应逆境的一种反应,有利于减轻逆境对植物的伤害。简要回顾了生物体脯氨酸代谢过程和逆境下植物积累脯氨酸的作用,重点总结了植物体内脯氨酸合成酶基因吡咯啉-5羧-酸合成酶(P5CS)的克隆、表达和转基因研究进展。研究认为,P5CS是一个逆境胁迫应答基因,通过基因工程方法调节P5CS基因的表达有利于提高植物体脯氨酸的积累量,改善植物的抗逆性。因此,目前可以在大田植物中开展利用提高脯氨酸来改善植物抗逆性的研究。     

The development and application of molecular markers for abiotic stress tolerance in barley

This article represents some current thinking and objectives in the use of molecular markers to abiotic stress tolerance. Barley has been chosen for study as it is an important crop species, as well as a model for genetic and physiological studies. It is an important crop and, because of its well-studied genetics and physiology, is an excellent candidate in which to devise more efficient breeding methods. Abiotic stress work on cultivated gene pools of small grain cereals frequently shows that adaptive and developmental genes are strongly associated with responses. Developmental genes have strong pleiotropic effects on a number of performance traits, not just abiotic stresses. One concern is that much of the genetic variation for improving abiotic stress tolerance has been lost during domestication, selection and modern breeding, leaving pleiotropic effects of the selected genes for development and adaptation. Such genes are critical in matching cultivars to their target agronomic environment, and since there is little leverage in changing these, other sources of variation may be required. In barley, and many other crops, greater variation to abiotic stresses exists in primitive landraces and related wild species gene pools. Wild barley, Hordeum spontaneum C. Koch is the progenitor of cultivated barley, Hordeum vulgare L. and is easily hybridized to H. vulgare. Genetic fingerprinting of H. spontaneum has revealed genetic marker associations with site-of-origin ecogeographic factors and also experimentally imposed stresses. Genotypes and collection sites have been identified which show the desired variation for particular stresses. Doubled haploid and other segregating populations, including landrace derivatives have been used to map genetically the loci involved. These data can be used in molecular breeding approaches to improve the drought tolerance of barley. One strategy involves screening for genetic markers and physiological traits for drought tolerance, and the associated problem of drought relief-induced mildew susceptibility in naturally droughted fields of North Africa.     

猕猴桃溃疡病抗性育种研究进展

猕猴桃细菌性溃疡病是一种危害世界猕猴桃生产的毁灭性病害,目前尚未有有效的防治办法。培育抗性品种是保证猕猴桃产业健康发展的重要途径之一,猕猴桃溃疡病抗性育种成为近年来猕猴桃研究的热点。但是,目前大部分猕猴桃种质资源对溃疡病的抗性不明,限制了猕猴桃优异抗性种质资源的发掘和利用。虽然人们发展出了一些猕猴桃溃疡病抗性鉴定和评价方法,但是使用效果并不理想,存在较大的局限性,鉴定的准确性和稳定性还有待提高。该文针对猕猴桃溃疡病抗性育种中的几个方面,如抗性材料的选育(现有品种的抗性、抗性砧木研究和野生抗溃资源等),抗性鉴定和评价技术(大田鉴定、活体或离体鉴定等)及抗性机理研究等进行综述,并针对存在的问题,提出建设性意见。在猕猴桃溃疡病抗性育种过程中,最关键的是要建立一个科学、系统的溃疡病抗性评价体系,以对猕猴桃种质资源进行大规模的抗性普查和评估,在此基础上充分利用种间杂交和工程育种技术加快抗性育种进程,并以此带动猕猴桃溃疡病抗性机理的深入研究和抗病基因的挖掘和利用等,旨在从根本上解决猕猴桃生产中受溃疡病困扰这一关键难题,促进猕猴桃产业绿色、健康和可持续性发展。     

野生大豆资源对大豆疫病抗病性和耐病性鉴定

大豆疫病是大豆重要病害之一,在世界范围内导致严重经济损失。防治大豆疫病最有效方法是利用抗病或耐病品种。筛选抗性资源是发掘抗性基因和抗病育种的基础。本研究鉴定了野生大豆资源对大豆疫病的抗病性和耐病性,以期发掘优异抗源。苗期用子叶贴菌块方法鉴定104份野生大豆资源对两个不同毒力的大豆疫霉分离物PSJS2(毒力型:1a,1b,1c,1d,1k,2,3a,3b,3c,4,5,6,7,8)和PS41-1(毒力型:1a,1d,2,3b,3c,4,5,6,7,8)抗性,结果表明33份资源抗PS41-1,35份资源抗PSJS2,其中18份抗两个分离物。在抗病性鉴定基础性上,用菌层接种方法对选择的82份资源进行耐病性鉴定,发现7份高耐病性资源。这些结果表明,野生大豆中可能含有新的大豆疫病抗病和(或)耐病资源,这些抗病或耐病资源可以用于未来大豆抗病育种,以丰富大豆对大豆疫病的抗性遗传基础。     

抗旱相关基因在烟草中的应用研究进展

干旱是影响烟草正常生长、发育、产量和烟叶品质的一个重要逆境因子。在干旱胁迫下,植物体内会通过激发一些抗旱基因的表达来增强植物的抗旱能力。目前,很多抗旱相关的功能蛋白基因和调控蛋白基因已被克隆并在烟草中实现了遗传转化,外源抗旱基因的表达提高了转基因烟草的抗旱能力。抗旱基因的克隆为烟草抗旱新品种的培育奠定了良好的分子基础,系统深入地研究抗旱相关基因在干旱胁迫条件下的表达与调控,可为通过基因工程手段提高烟草的抗旱能力开辟新途径,同时也能为其他农作物的抗旱分子育种和品种改良提供基因资源。     

抗褐飞虱水稻品种的培育及其抗性表现

褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)是危害水稻的主要虫害之一,发掘和利用新的抗褐飞虱基因培育抗性品种是目前防治褐飞虱最经济有效的方法之一。抗褐飞虱基因来自药用野生稻的抗虫品种B5,对褐飞虱生物型1和2具有高度抗性,B5携带的抗性基因Bph14被定位在第3染色体上。本研究以B5-10为抗源,以优良杂交稻亲本扬稻6号为受体亲本,通过复交和回交,利用与Bph14紧密连锁的分子标记MRG2329在后代中进行分子标记辅助选择,通过苗期分子标记检测和成株期农艺性状选择,最后育成恢复系R476和杂交组合广两优476。采用苗期群体鉴定技术对R476和广两优476的褐飞虱抗性进行了鉴定,R476和广两优476的抗性水平分别为中抗和中感。广两优476在稻飞虱发生较重的稻田进行试种示范,与对照品种扬两优6号和两优培九相比,广两优476对稻飞虱表现出明显的抗性。研究结果表明在育种过程中利用分子标记辅助选择Bph14基因是培育抗褐飞虱水稻品种的有效途径之一。     

Inference of subgenomic origin of BACs in an interspecific hybrid sugarcane cultivar by overlapping oligonucleotide hybridizations

Sugarcane (Saccharum spp.) breeders in the early 20th century made remarkable progress in increasing yield and disease resistance by crossing Saccharum spontaneum L., a wild relative, to Saccharum officinarum L., a traditional cultivar. Modern sugarcane cultivars have approximately 71%-83% of their chromosomes originating from S. officinarum, approximately 10%-21% from S. spontaneum, and approximately 2%-13% recombinant or translocated chromosomes. In the present work, C(0)t-based cloning and sequencing (CBCS) was implemented to further explore highly repetitive DNA and to seek species-specific repeated DNA in both S. officinarum and S. spontaneum. For putatively species-specific sequences, overlappping oligonucleotide probes (overgos) were designed and hybridized to BAC filters from the interspecific hybrid sugarcane cultivar 'R570' to try to deduce parental origins of BAC clones. We inferred that 12?967 BACs putatively originated from S. officinarum and 5117 BACs from S. spontaneum. Another 1103 BACs were hybridized by both species-specific overgos, too many to account for by conventional recombination, thus suggesting ectopic recombination and (or) translocation of DNA elements. Constructing a low C(0)t library is useful to collect highly repeated DNA sequences and to search for potentially species-specific molecular markers, especially among recently diverged species. Even in the absence of repeat families that are species-specific in their entirety, the identification of localized variations within consensus sequences, coupled with the site specificity of short synthetic overgos, permits researchers to monitor species-specific or species-enriched variants.