玉米叶夹角形成的遗传基础与分子机制解析*

玉米产量取决于植株捕获光能和固定CO₂合成有机化合物的效率。叶夹角是株型重要性状之一,较小叶夹角有利于提高玉米植株光合作用效率和种植密度,因而有利于提高玉米产量。研究表明玉米叶夹角为多基因控制的复杂数量性状,其遗传力较高,主要受基因的加性效应调控。目前,利用数量性状位点(quantitative trait loci, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已鉴定数百个玉米叶夹角相关QTL;结合突变体分析等方法,已克隆数十个调控叶夹角关键基因,这为了解玉米叶夹角遗传机制提供了重要参考。由于前人研究所采用群体、分析方法及参考基因组版本不同,各研究之间所鉴定QTL差异较大,因此无法客观揭示叶夹角性状的遗传规律。为此,通过总结前人所定位叶夹角相关QTL和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点并构建一致性图谱,鉴定出叶夹角性状定位热点区间,并对调控叶夹角的已知基因进行功能分类。这不仅为了解玉米叶夹角的遗传结构、推动叶夹角相关重要基因克隆提供数据支撑,也对进一步开发叶夹角相关分子标记,指导玉米分子育种和提高玉米产量提供有益指导。     

植物矮化相关基因研究进展

矮化植株株型紧凑,冠幅小,抗倒伏,且生产管理方便,丰产性能好,矮化育种是植物育种的发展趋势。国内外学者对植物矮化的机理、矮化基因、矮化育种等进行了比较深入的研究。我们对植物矮化的遗传特点、分子标记在矮化基因研究上的应用、矮化基因的定位、矮化基因的分离与克隆、矮化转基因等方面的研究进展进行了概述。     

玉米卷叶突变体rol1的遗传分析与基因定位

叶型是作物理想株型育种的关键因素之一,发掘叶片发育相关基因对作物理想株型育种以及叶片发育的分子遗传机理研究具有重要意义。在玉米转座子Mutator活性系的杂交后代中,鉴定到一个玉米叶片卷曲的突变体,命名为rol1。突变体rol1在拔节期可明显观察到叶片内卷的表型,遗传分析表明,该卷叶表型受单隐性基因控制。将玉米骨干自交系B73和rol1杂交,构建遗传定位群体,利用BSR-Seq技术,对F2分离群体中的卷叶和展叶表型单株分别取样混池,进行转录组测序,将Rol1基因粗略地定位在玉米第5号染色体165~185 Mb区间内。进一步利用遗传分离群体中的卷叶表型单株缩小定位区间,将Rol1基因定位在SSR标记umc1822和umc1155之间,物理距离为5 Mb。本研究为Rol1基因的克隆和功能研究奠定了基础。     

玉米遗传转化与商业化转基因玉米开发*

玉米是世界上种植面积最大的粮食作物,为了提高玉米产量和满足人类需求,转基因育种已经成为改良玉米性状的有效手段。自1996年美国种植商业化转基因玉米以来,利用玉米遗传转化技术开发商业化转基因玉米已取得巨大成功。综述了玉米遗传转化体系优化的重要步骤,系统总结了已开发的商业化转基因玉米的种类,并对玉米遗传转化未来发展方向进行了展望。     

全基因组关联分析鉴定调控水稻分蘖角度的基因TAC3

水稻是主要的粮食作物,随着人口的不断增加,需要不断提高作物的产量来满足人们日益增长的粮食需求。株型是决定水稻群体产量的重要性状,提高水稻的种植密度是增加水稻产量的有效方法。水稻的分蘖角(Tiller angle, TA)是指侧生分蘖和主茎穗之间的夹角,它作为塑造理想株型的主要性状之一,决定植株的单位面积种植密度及作物产量。理想的分蘖角度既能避免角度过小导致田间湿度过高而诱发植物病害,又能避免因匍匐生长导致的光合作用效率降低和单位面积种植密度降低导致的产量下降,因此在水稻的长期驯化和遗传改良过程中分蘖角度受到了自然和人类的双重选择。PROG1(PROSTRATE GROWTH 1)基因由林鸿宣教授团队和孙传清教授团队分别揭示具有控制野生稻匍匐生长的功能,而其在栽培稻中的变异导致植株的直立生长,是驯化相关的基因(图1)。TAC1(Tiller Angle Control 1)基因由孙传清教授团队证明其在栽培稻籼粳亚群间的自然变异导致两个亚群间分蘖角度的差异(图1)。此外,研究人员利用反向遗传学等方法证明了一些基因具有控制水稻分蘖角度的功能。然而,关于水稻分蘖角度遗传分子机制的研究尤其是基于水稻自然变异的研究仍然相对有限。     

作物基因聚合分子育种

基因聚合分子育种与常规育种技术相结合已成为今后作物育种的主流方向。基因聚合分子育种主要包括遗传转化基因聚合分子育种和分子标记筛选基因聚合分子育种。本文简要综述了近年来作物基因聚合分子育种的研究进展,分析了遗传转化基因聚合分子育种以及分子标记基因聚合分子育种技术的研究方法及基因聚合分子育种存在的问题。     

玉米的矮生基因及其遗传效应

降低玉米株高是当前玉米育种工作的重要目标之 一。从遗传学的角度阐明玉米矮化的原因,矮生基因 的表型效应、传递规律和应用方法,是玉米矮化育种工 作的重要前提。     

水稻高光效育种研究进展

水稻是世界重要的粮食作物,其较低的光合效率是限制水稻产量的重要因素之一,提高水稻的光能利用率对于进一步提高水稻产量具有关键的作用,本文简要回顾国内外水稻高光效育种的发展历程和研究进展,并对杂交选育、基因工程技术、株型改良等水稻高光效育种研究途径进行了总结与展望。     

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为“少投入,多产出,保护环境”。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产” 绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。     

水稻株型功能基因及其在育种上的应用

株型是与水稻产量密切相关的重要农艺性状,开展水稻株型功能基因组研究具有重要的现实意义。随着水稻全基因组测序工作的完成,在水稻株型形成的分子机理研究方面取得了一系列重大研究进展。现简要回顾株型的研究历史,分别从株高、叶型、分蘖数目、分蘖角度和穗型方面简要概述在水稻株型形成的分子机理方面取得的研究成果,并简要介绍水稻株型功能基因在育种上的应用情况。     

普通菜豆基因组学及抗炭疽病遗传研究进展

普通菜豆是重要的食用豆类之一,在世界各大洲普遍种植。近年来,普通菜豆在遗传图谱构建、新标记开发与利用、抗性基因定位以及比较基因组学等方面取得了很大进展。遗传连锁图谱的构建是基因定位与克隆的基础,是遗传研究中的重要内容;利用分子连锁图谱鉴定、标记和定位抗病基因将在种质改良和分子标记辅助育种方面发挥重要作用。豆科植物比较基因组学的研究成果为菜豆遗传连锁图谱的发展提供了新的思路。本文从普通菜豆遗传连锁图谱的获得、普通菜豆与大豆同线性比较以及抗炭疽病基因定位等方面进行了综述,以期为普通菜豆遗传改良和抗病育种提供参考。 关键词：普通菜豆;遗传连锁图;同线性比较;抗菜豆炭疽病     

第二届植物分子育种国际学术研讨会

现代农业已经发展到了“分子农业”时代，基因工程、转基因技术等分子生物学手段广泛应用于植物的遗传育种，基因组学的研究成为植物基因资源发掘的基本科学平台，分子育种成为植物育种的最主要手段之一。为加强与国际植物分子育种领域的合作与交流，推动应用基因与组学植物分子育种科学的发展。     

作物分枝的分子调控研究进展

分枝的数量及角度是决定作物株型的重要农艺性状.有效分枝数决定着作物的穗数或荚果数,进而决定着作物的产量;而分枝角度与光合效率、种植密度和抗病性密切相关,不仅影响作物的产量,也会影响作物的品质.由于分枝在作物生产中具有十分重要的作用,吸引了越来越多的研究者的注意,多个与分枝性状相关的关键基因被鉴定,分枝数目调控的分子机制...     

玉米穗腐病抗性鉴定、遗传分析与分子机制*

玉米是我国主要农作物之一,其产量占全国谷物总产量三分之一左右,在国民生活中发挥了重要作用。玉米生长过程中受多种病害侵扰,其中穗腐病是一种由真菌导致的常见病害,目前已鉴定出40余种可诱发玉米穗腐病的病原菌。穗腐病不仅可造成玉米产量损失也导致籽粒品质严重下降,病原微生物所产生次生毒素更是危及人畜安全。目前穗腐病防治以化学方法为主,但是因此所造成的种植成本增加和环境污染问题日益突出,选育抗性品种成为防控玉米穗腐病最经济和安全有效的方法。玉米穗腐病抗性属于典型数量性状,国内外已有多个研究组通过建立玉米穗腐病抗性研究体系,开展玉米群体大规模穗腐病抗性鉴定工作,并筛选出一批抗病材料,这为玉米穗腐病抗性遗传改良奠定了材料基础。利用数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法在玉米 1~10号染色体均检测到显著相关位点。尽管如此,玉米穗腐病抗性研究成果应用于生产的实例较少,生产上仍然缺乏综合性状优良且高抗穗腐病的玉米品种。这一方面是由于玉米穗腐病抗性遗传机制十分复杂、抗性基因克隆工作进展缓慢;另一方面为缺乏对玉米穗腐病抗性遗传研究进展进行系统总结,未有效开发分子标记用于分子育种所致。通过综述玉米穗腐病抗性遗传研究进展,汇总已定位QTL位点和显著关联SNP,构建一致性图谱和鉴定出定位热点区间,并进一步对比分析定位区间候选基因特征和转录组、代谢组研究进展,对促进玉米穗腐病抗性机制研究和玉米抗性育种均具有重要意义。     

高粱粒重遗传研究进展

高粱是世界第五大粮食作物,种植并培育高产的高粱品种对缓解世界粮食安全问题具有重要意义。粒重是构成产量的一个重要因素,增加粒重是提高高粱产量的重要途径。粒重是由数量性状基因控制的复杂性状,目前已有部分控制高粱粒重的QTLs(Quantitative trait loci,QTL)被定位,这些QTLs在高粱10条染色体上均有分布。对高粱粒重的遗传特点,粒重的影响因素及粒重QTL定位的研究进展进行了总结和概述,对已定位的高粱粒重QTLs进行了比较分析,查找了水稻和玉米中已克隆的粒重相关基因在高粱中的同源基因,并与高粱粒重QTLs定位区间进行了比较,以期为高粱粒重的分子标记辅助育种及高粱粒重主效QTLs的精细定位及克隆提供依据。     

小麦遗传转化研究进展

小麦 (ＴｒｉｔｉｃｕｍａｓｅｔｉｕｍＬ)是世界上分布最广 ,种植面积最大的粮食作物之一 ,传统的小麦育种方法主要是利用远缘杂交技术来提高小麦品质和产量 ,然而有限的可利用的种质资源常常限制了育种工作的突破。基因工程技术的发展和应用 ,打破了物种间的界限 ,增加了小麦外源基因导入的途径和范围 ,对小麦育种有着深远意义。自 80年代以来 ,虽然许多植物包括重要农作物水稻和玉米的遗传转化工作发展得很快 ,但小麦近几年才取得成功。这主要是由于农杆菌宿主的限制以及小麦原生质体培养的艰难性制约了小麦遗传转化的发展。经过多年的不…     

玉米籽粒淀粉含量遗传基础与调控机制*

玉米是世界上种植面积最大、总产量最高的粮食作物,其籽粒重量的70%来自于淀粉。淀粉不仅是人类及其他动物的主要能量来源,同时也是化工等行业的重要原料。利用拟南芥、水稻等模式植物,淀粉合成相关基因克隆与功能研究已取得较多进展。近年来,随着玉米淀粉含量相关遗传学研究的深入开展,通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位、全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)及各种组学分析方法,发现了较多新的与淀粉含量相关的遗传位点及候选基因,但是尚缺乏归纳总结。综述了玉米籽粒淀粉合成与调控研究进展,对玉米籽粒淀粉含量相关的QTL和基因进行汇总和分析,通过构建一致性物理图谱,提炼玉米籽粒淀粉含量遗传定位热点区间,这为进一步解析玉米籽粒淀粉合成与代谢相关基因的功能提供参考,并为分子标记辅助育种提供遗传资源。     

水稻产量相关性状驯化研究进展

水稻具有悠久的栽培历史,是重要的粮食作物,养育了1/3的世界人口。现代栽培稻(Oryza sativa)由野生稻(O.rufipogon)驯化而来,产量是驯化筛选的关键性状之一。株型、穗型和种子大小是决定水稻产量的重要性状,这些性状在水稻栽培过程中均受到了定向筛选。该文以水稻产量性状为核心,综述了株型、穗型和种子大小等性状的驯化分子机理研究进展,讨论了水稻产量驯化研究中存在的问题,展望了驯化性状和相关基因的研究前景,以期为水稻产量相关性状的驯化机理研究和水稻育种工作提供有价值的线索。     

东北雨养区地膜覆盖条件下种植密度对玉米田间土壤水分和产量的影响

在东北雨养农业区,地膜覆盖和玉米密植高产栽培技术得到广泛应用。本文探讨了不同种植密度条件下,地膜覆盖对玉米田间土壤水分及其产量的影响。研究设置60000、67500和75000株·hm-23个种植密度,分析玉米田间土壤水分动态及其产量变化。结果表明:3个种植密度下玉米全生育期土壤含水率变化趋势基本一致,在拔节期至灌浆期,种植密度对土壤水分的影响明显;同一密度下,覆膜玉米产量明显高于不覆盖玉米产量,密度在60000株·hm-2时增产率最大(14.3%);不覆盖模式下不同种植密度间水分利用效率差异不显著,覆膜模式下不同密度间水分利用效率差异显著;分析表明,提高玉米种植密度或者采用覆膜种植模式,均可以增加玉米产量,但同时也会导致土壤库存水量降低。     

水稻卷叶细胞学与分子机制研究进展

卷叶性状是水稻(Oryza sativa)重要的育种指标之一。研究表明,水稻叶片适度卷曲对植株的光合作用、株型及增产等均具有重要作用。该文综述了水稻叶片卷曲的相关研究进展,对水稻叶片卷曲的细胞学形成机制和相关调控基因的分子机制进行了阐述,以期深入阐明水稻叶片卷曲的细胞学和分子机制,促进卷叶性状在水稻育种中的应用。