燕麦基因组学研究进展

燕麦具有较高的营养价值和保健功能,是一种可用于均衡营养、科学饮食的健康食品,正逐渐受到人们的青睐和认可.基因组学研究有助于燕麦重要农艺性状的定位和克隆,对开发利用燕麦优质种质资源具有重要意义.本文从以下几个方面对燕麦基因组学研究进展进行综述:(1)燕麦属基因组类型、大小及染色体倍性研究;(2)基于多种分子标记手段构建燕...     

燕麦分子育种研究进展

燕麦是一种主要生长在温带冷凉地区的粮饲兼用作物,近年来燕麦的营养价值和降低胆固醇特性的发现使人们认识到燕麦及其制品是一种健康食品,促进了燕麦产业发展,对燕麦品种培育提出了更高要求。在此背景下,现代生物技术与常规育种技术结合是满足这一需求的重要途经。本文综述了国内外燕麦分子育种方面的研究进展:(1)我国燕麦种质资源的收集与遗传多样性研究。我国的燕麦种质资源收集工作起始于20世纪50年代,迄今收集并保存了5282份燕麦种质资源。对这些资源的遗传多样性分析研究表明,国内的燕麦种质资源中内蒙古和山西的资源多样性最高;(2)利用各种分子标记构建燕麦遗传连锁图谱研究;(3)一些重要农艺性状的QTL定位研究以及全基因组关联分析研究。包括产量、含油量、β-葡聚糖含量、蛋白质含量、抽穗期、抗病基因、抗冻性等重要农艺性状;(4)标记辅助基因组选择技术在燕麦中的应用;(5)燕麦遗传工程育种研究进展。同时,本文将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了比较,并对当前分子育种中存在的问题及今后的研究方向进行了探讨,希望能为今后通过生物技术手段培育燕麦新品种提供一定的参考。     

燕麦属系统学研究进展

对燕麦属(Avena L.)分类学、系统学、多倍体起源3个方面的研究进展进行了综述。燕麦属系统学研究存在的关键问题有:燕麦属的系统位置存在争议;燕麦属的范畴即大穗燕麦转隶归属问题缺少确证;燕麦属的系统发育关系尚未解决;六倍体栽培燕麦基因组起源备受争议;燕麦属分化时间尚未估测。六倍体栽培燕麦基因组起源争议的根源在于对A、C、D基因组间分化程度缺乏精准认识。总的来说,分子系统学、细胞遗传学、古地质学、古气候学的整合研究将为燕麦属多倍体起源和分化提供令人信服的新证据,对于深度利用谷类作物野生近缘种核心种质资源具有重要科学意义。     

燕麦EST-SSR标记的开发和利用

为拓展分子标记在燕麦种质资源分析与鉴定中的应用,利用公共数据库中的25376条EST(expressed sequence tags)序列,开展了燕麦EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。25376条EST序列经拼接去冗余后获得了11618条序列,从中筛选出含有不同重复基元的SSR且重复次数较多、长度较长的556条EST序列进行引物设计,开发了50对燕麦EST-SSR引物,通过筛选得到40对有效的EST-SSR引物。选取其中4对引物对5个燕麦种质资源进行了PCR扩增及产物测序,结果表明扩增条带多态性是由SSR差异造成的。利用40对ESTSSR引物对15个六倍体燕麦种质资源进行遗传多样性分析,共扩增出89个等位基因,平均每对引物产生2.23个等位基因;UPGMA聚类分析表明,15个六倍体燕麦种质资源在Dice系数为0.93处聚为3支,基本上是按照不同种进行聚类的,在相同种中又根据地理来源分别聚集成支。利用40对EST-SSR引物对31个遗传背景不清的燕麦种质资源进行基因组倍性鉴定,发现这些种质中可能存在有四倍体和二倍体的燕麦新资源。本研究开发的燕麦EST-SSR功能性标记将在燕麦遗传多样性分析、遗传图谱构建及燕麦属内种间基因组鉴定等方面发挥重要作用。     

农业发展对作物功能基因组研究需求

作物生命科学研究对我国农业的可持续发展提供了强大的科技支撑,功能基因组研究是作物生命科学研究的核心领域之一。现通过提出我国农业发展中面临的一些主要问题,基于作物功能基因组学特别是水稻功能基因组学的最新研究成果,分析农业发展对作物功能基因组研究的多种需求,包括种质资源创新、重大应用价值基因的克隆和功能解析、基因编辑技术和全基因组分子育种。为了进一步满足农业发展对基因组学研究的需求,我国需要推进功能基因组研究,促进作物育种行业的转型、发掘更多的优异种质资源、培育重大突破的新品种,提升我国种业创新能力,不断增强我国功能基因组学对农业生物技术的贡献力度。     

燕麦属细胞遗传学研究进展

整理燕麦属(Avena L.)细胞遗传学研究文献,总结相关研究进展。燕麦属有7组29种植物,分属5个基因组类型(A、C、AB、AC、ACD)。基于荧光原位杂交技术和种间杂交实验表明,A、C基因组染色体结构差异较大,A基因组二倍体物种具有等臂染色体,C基因组二倍体物种具有不等臂染色体。燕麦属植物D基因组和A基因组间分化程度较小,B基因组有可能是A基因组的变型——A′基因组。普遍观点认为A基因组二倍体物种可能是燕麦属六倍体物种母系亲本,砂燕麦(A.strigosa)为该属多倍体物种A基因组祖先的假说备受争议,有学者认为加那利燕麦(A.canariensis)可能是多倍体物种A或D基因组的供体。燕麦属多倍体物种基因组互换及染色体重排事件,增加燕麦属种间亲缘关系、多倍体物种基因组起源研究的困难。结合基因组学、分子细胞遗传学技术,有望为上述问题提供新证据。     

关联分析在作物种质资源分子评价中的应用

发掘优异基因资源是作物种质资源分子评价的重要部分,对作物育种尤其是分子育种具有非常重要的实践意义。基于连锁不平衡(LD)的关联分析是基因发掘也是等位基因发掘的有效途径。本文系统介绍了关联分析的基本理论、策略、特点及应用现状,并探讨了其在作物种质资源新(等位)基因发掘中的发展趋势及展望。可以预见,与传统QTL作图及功能基因组学相整合的关联分析必将大大加快我国作物种质资源的研究进程,实现我国种质资源优势向基因资源优势的转变。     

作物种质资源研究态势分析

农作物种质资源是作物品种遗传改良的重要物质基础,一个国家种质资源研究水平是其育种核心竞争力的体现。本文首先分析了SCIE数据库种质资源鉴定与利用领域主要发文国家和研究机构,结果表明中国是发文数量最多的国家之一。进一步对种质资源研究发展态势进行了分析,认为种质资源的遗传多样性研究仍是主流,但研究的性状向多方面扩展,研究的方法上向应用SNP等新一代分子标记和多种分子标记综合应用发展,作物野生资源的研究受到广泛重视。本文对我国种质资源研究发展趋势进行了综述,介绍了我国种质资源研究的重要进展,提出了要注重对种质资源进行精准表型鉴定的建议。     

燕麦种质资源主要农艺性状的遗传多样性分析

燕麦种质资源是燕麦育种的重要基础,对燕麦遗传多样性的研究不仅有助于种质资源的搜集、管理和利用,也有利于进行核心种质的研究。为了解不同地区燕麦种质资源在农艺性状上的遗传多样性,对74份皮、裸燕麦种质资源13个性状的遗传多样性进行了聚类分析与主成分分析。结果表明:各性状的遗传多样性指数较大,多样性指数最高的是主穗粒重,其次是千粒重和穗长;性状变异系数最大的是单株分蘖数,其后依次为单株粒重和主穗粒重,最小的为株高;根据品种间各性状的遗传差异,通过聚类分析将74份资源材料划分为5类,其中36份皮燕麦资源被分为2类,26份裸燕麦资源被分为2类,7份皮燕麦和5份裸燕麦被分为一类,其中,类群Ⅰ可作为高产育种目标的亲本,类群Ⅲ可作为粒型育种目标的亲本,类群Ⅳ、Ⅴ可作为株高和小穗等育种目标的亲本;8个数量性状主成分分析的结果表明,前4个主成分对变异的累计贡献率达86.27%,第一主成分反应产量,第二主成分反应粒型,第三、第四主成分分别反应分蘖数和株高。     

短柄草与麦类作物的比较基因组学研究进展

麦类作物是人类主要的食物来源,其遗传改良对于保障世界粮食生产具有重要作用。获得麦类作物的基因组和功能基因组信息是作物遗传育种学家解析种质资源高产及抗逆机理,并准确选择目标性状、实现分子设计育种目标的有效途径。目前,二穗短柄草（Brachypodium distachyum）是早熟禾亚科中唯一完成全基因组测序的植物。以二穗短柄草为模式植物,利用比较基因组学方法获得早熟禾亚科中基因组庞大而复杂的麦类作物的相关信息,必将加速麦类作物的遗传改良进程。本文重点介绍近十年来短柄草在麦类作物比较基因组学方面的研究进展。     

基因组学方法在玉米种质资源研究中的应用

近年来,分子生物学和植物基因组学得到了飞速发展,包括分子标记技术在内的基因组学方法在玉米种质资源研究中得到了广泛应用。本将对玉米种质资源研究的主要领域如玉米的起源和进化、遗传多样性的形成机制及评估、基于多样性的新基因发掘等方面的最新进展进行评述,并提出我国在应用基因组学方法进行玉米种质资源研究的策略。     

燕麦种质资源形态学性状的遗传多样性

【目的】燕麦种质资源遗传多样性研究不仅有助于种质资源的收集和评价,而且对燕麦生产和育种具有重要指导意义。【方法】研究对260份燕麦种质资源的20个形态学性状多样性、变异及聚类进行分析,评价其形态学性状的遗传变异水平,明确燕麦种质资源的性状特点与遗传多样性,以期为燕麦种质创新和品种改良提供依据。【结果】260份燕麦种质资源形态学性状间存在广泛的遗传多样性,质量性状的遗传多样性指数以粒色最大(1.53),芒色最小(0.76);12个数量性状呈正态分布,数量性状的遗传多样性指数以千粒重最大(2.03),有效分蘖数最小(1.22),变异系数最大的是有效分蘖数(89.02%),最小的是株高(11.19%)。根据燕麦品种(系)间各性状的遗传差异,聚类分析将供试的260份燕麦种质资源分为6类,其中种质群Ⅰ包括42份材料,可作为种用型育种目标的亲本材料;种质群Ⅱ包括31份材料,可作为选育高产饲草品种的亲本材料;种质群Ⅳ包括41份材料,可作为选育大粒专用型品种的育种材料;种质群Ⅴ包括46份材料,可作为燕麦矮化的亲本材料;而种质群Ⅲ包括46份材料,种质群Ⅵ包括54份材料,这两类种质群材料的综合性状表现不突...     

小豆种质资源研究与利用概述

小豆（Vigna angularis Ohwi & Ohashi）属于医食两用作物,既是我国传统出口商品,也是农业种植结构调整的重要作物。然而与大宗作物相比,小豆现代分子遗传学、基因组学等研究落后,种质资源利用效率较低,品种改良仍局限于系统选育、杂交选育等常规手段,育种效率低。笔者从事小豆种质资源保存评价、新基因发掘及创新利用等研究多年,现从国内外小豆种质资源的收集与利用、品种选育概况及经典遗传学、现代分子遗传学等各方面研究进行回顾和概述,并对我国小豆产业进行了展望和讨论,以供国内小豆科研工作者参考,并期望对提高我国小豆遗传研究水平有所裨益。     

SSR和SNP标记在荔枝遗传育种中的应用

荔枝育种长期以来主要依赖实生选种和表型选择,遗传改良进展缓慢,主要源于其种质资源遗传背景不清与品种名称混乱、杂种早期鉴定与功能基因发掘等现代高效育种技术欠缺等原因,因此亟待完善荔枝分子标记辅助选择育种技术,克服传统育种技术障碍,为荔枝遗传改良提供新的技术支撑。对近年来荔枝SSR和SNP两类特异性强的分子标记应用于种质亲缘关系研究、核心种质构建、种质精准鉴定与分子条码构建、真假杂种鉴别以及遗传图谱构建方面的进展进行了综述,以期为荔枝特异性分子标记在育种中的应用提供理论及实践参考。     

家鸡全基因组测序研究进展

鸡具有独特的生物学特性。全基因组测序是即对一种生物的基因组中的全部基因进行测序,主要包括de novo测序和全基因组重测序。近年来,由于测序技术的飞速发展,鸡全基因组研究取得了很多重要的进展,为解释鸡的生物学特性和缩短分子育种周期发挥了重要作用。重点阐述了不同品种鸡全基因组de novo测序的完成、全基因组重测序技术在解析品种遗传多样性、揭示进化机制、质量性状遗传机制广泛应用,讨论了鸡全基因组测序工作存在的问题及其展望,旨在为家鸡种质资源的改良和分子育种提供重要的参考资料。     

中国燕麦种质资源国外引种与利用

综述了中国从国外引进燕麦种质资源及其利用情况。经过长期努力,中国从28个国家引进29个物种的燕麦种质资源共计2099份,大大增加了中国燕麦种质资源的数量,丰富了中国保存燕麦种质资源的物种和遗传多样性。与此同时,利用国外燕麦种质资源改良和培育出了一批优良品种,极大地提高了中国燕麦生产水平。利用引进的燕麦野生资源,开展了燕麦种质创新、起源进化和遗传学研究,取得了显著进展。建议继续加强国外燕麦种质资源的引进,对野生燕麦进行深入鉴定评价和利用,同时加强燕麦种质资源国际合作研究。     

360度群体遗传变异扫描——大豆泛基因组研究

大豆(Glycine max)是重要的油料和蛋白作物, 其丰富的遗传变异为生物学性状挖掘和育种改良提供了重要的资源基础。然而, 单个基因组信息无法全面揭示种质资源的遗传变异, 泛基因组研究为解决这一不足提供了新方案。近日, 中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜和梁承志研究团队从2 898份大豆种质中选取26份代表性材料, 并整合已有的3个基因组, 构建了包含野生和栽培大豆的泛基因组和图基因组(graph-based genome), 鉴定了整个群体的绝大多数结构变异数据集, 确定了大豆种质的核心、非必需和个体特异的基因集。利用这些数据系统地揭示了生育期位点E3的等位基因变异和基因融合事件、种皮颜色基因I的单体型和演化关系以及结构变异对铁离子转运基因表达和地区适应性选择的影响。该研究为作物基因组学研究提供了一个新的模式, 同时将加速推动大豆遗传变异的鉴定、性状解析和种质创新。     

SRAP与TRAP标记及其在园艺植物研究中的应用

SRAP与TRAP是最近发展的新型分子标记系统,具有简便、高效、重复性好等优点,已在园艺植物遗传育种和种质资源研究的各个方面得到广泛应用.本文介绍了SRAP和TRAP标记的原理、特点,综述了这两种新型分子标记在园艺植物遗传图谱构建、遗传多样性分析以及比较基因组学研究等方面的应用,并对其应用前景进行了展望.     

高通量基因型分型技术及其在水稻中的应用

作物种质资源遗传基础的深入认识与高效利用,对于品种改良和粮食安全具有重要意义。传统系谱考察的方法对指导育种实践发挥了重要作用,随着分子生物学的发展,基因组学和高通量SNP分子标记等基因型分型方法可以更便捷地对种质资源进行鉴定。就基因型分型的主要方法进行了总结,重点论述了以SNP为核心的下一代高通量测序(NGS)分型方法、竞争性等位基因特异性PCR(KASP)和SNP芯片系统,以及当前主流的SNP分析工具和数据库。同时,介绍了高通量SNP分型技术在水稻研究中的进展,并就分型技术在作物育种等领域的应用和发展趋势进行了展望。     

农作物育种向分子设计育种迈步——访中国农业科学院作物科学研究所所长万建民

——分子设计育种的核心内容是什么？ 万：设计育种（breeding by design）的概念最早由Peleman J D于2003年提出．其策略是在基因定位的基础上,构建近等基因系,利用分子标记聚合有利等位基因．实现育种目标。其后,Varshney R K（2005年）提出基因组学辅助育种（genomics—assisted breeding）．旨在利用作物基因组学、蛋白质组学和代谢组学的生物数据,发掘和整合遗传资源的有利基因．借助生物信息学的力量让人们从全基因组分子水平上加快控制作物重要农艺性状的聚合,