国外牧草基因组学和转基因技术研究进展

禾本科和豆科牧草在动物生产、水土保持和环境保护中发挥着重要的作用.随着现代生物技术的发展,以优异基因型品种间多次杂交培育的合成品种为主的传统常规育种方法与以基因组学和转基因为核心的分子育种技术相比,挑战和机遇并存.与主要农作物相比,牧草作物基因组学及其转基因研究尚处于发展阶段.目前,牧草基因组学及转基因在以黑麦草属(Lolium)和羊茅属(Festuca)为代表的禾本科牧草及以三叶草(Triflolium)和苜蓿(Medicago)为代表的豆科牧草中已有较多研究,就现代生物技术在国外牧草遗传育种中的方法、应用及最新研究进展进行综述,旨在为我国牧草常规和转基因育种提供方法参考及思路借鉴.     

禾本科牧草分子生物学及生物技术研究进展

牧草的研究和开发在我国西部生态建设和草地畜牧业发展等方面具有十分重要的意义。禾本科牧草的分子生物学及生物技术研究虽然起步较晚,但在近年取得了令人可喜的进展。以黑麦草属、鸭茅属、羊茅属、赖草属和披碱草属的几种“模式牧草”为重点,从分子标记研究、遗传图谱绘制、基因克隆以及遗传工程等方面对这些研究进展进行了综述。对Genbank中已登录的众多基因进行了信息汇总分析。重点评述了禾本科牧草繁殖方面的分子生物学研究进展。对分子标记、基因工程和比较基因组学应用于禾本科牧草的研究给予了前景展望。     

燕麦基因组学与分子育种研究进展

燕麦(Avenasativa)是粮饲兼用的一年生禾本科燕麦属植物。燕麦的营养价值和优良牧草品质使其市场需求量逐年增加,这对燕麦新品种的创新培育提出了新要求。分子育种精准且高效,是燕麦育种技术革新的必由之路。而基因组学研究是燕麦重要农艺性状解析、优异种质资源精准利用和分子设计育种的重要基础。该文重点从国内外燕麦种质资源搜集整理情况、燕麦属基因组构成和染色体倍性,以及燕麦遗传连锁图谱构建、基因组测序和分子育种方面对燕麦基因组学与分子育种研究进行综述,并对后基因组时代相关研究的发展趋势进行了展望。     

禾草-内生真菌共生体在草地农业系统中的作用

综述了国内外近年对禾草 -内生真菌 (N eotyphodium)的研究进展。全世界现已报道 14种禾草内生真菌 ,与 2 3个属的禾草形成共生体 ,我国已在 13属 2 5种天然草地禾草中发现内生真菌 ,其中发草属 (Descampsia)、大麦属 (H ord eum)和赖草属(L eymus)以往在国际文献中未曾报道。内生真菌在禾草体内产生的生物碱 ,致使采食带菌禾草的马、牛、羊、鹿等家畜产生中毒症状 ,每年给美国、新西兰等国造成的经济损失达 6.4亿美元之多 ,对其毒理研究取得了进展。已发现我国醉马草 (Achnatheruminebrians)对家畜的毒性与内生真菌的侵染有关。内生真菌侵染增加可使禾草对 42种害虫的抗性 ,并可增加对某些线虫和病害的抗性。与不带菌禾草相比 ,带菌禾草的另一特点是抗逆性强 ,牧草产量高。国际在该领域的研究主要集中在多年生黑麦草(L olium p erenne)和高羊茅 (Festuca arundinacea)。我国的研究发现 ,带菌布顿大麦草 (H ordeum bodg anii)和圆柱披碱草(Elymus cylind ricus)的牧草产量分别增加 3 3 .3 %和 2 78.8% ,分孽数分别增加 13 6.8%和 84.5%。目前 ,国际研究的重点包括大规模开展内生真菌生物学与生态学特性的研究 ,创造不含对家畜有害毒素的有益禾草 -内生真菌共生体 ,培育带内生真菌的草坪草品种 ,培育抗毒     

热锻炼对高羊茅(Festuca arundinacea)和多年生黑麦草(Lolium perenne)抗高温能力的影响

夏季高温胁迫已成为限制冷季型草坪草生长和发育的一个主要问题.以两种耐热性不同的冷季型草坪草高羊茅和多年生黑麦草(前者较耐热)为材料,经过3d 30℃的热锻炼预处理后,分别在38、42、46℃的高温下处理14h.在这些高温条件下,研究了经过热锻炼预处理的高羊茅和多年生黑麦草叶片膜脂过氧化、抗氧化剂含量以及叶绿体超微结构的变化.结果表明:(1)热锻炼提高了高羊茅和多年生黑麦草的耐热性,显著缓减了高温条件下两种草坪草叶片膜脂过氧化程度的加剧,降低了叶片过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2)的产生速率.(2)高温条件下,热锻炼使高羊茅和多年生黑麦草叶片中抗氧化剂抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)的含量下降程度有所缓减.(3)热锻炼减轻了高温胁迫对高羊茅和多年生黑麦草叶片叶绿体超微结构的损伤.这些结果说明热锻炼能够减轻高温对草坪草叶绿体的伤害可能与其在高温胁迫下和对照相比具有较高的抗氧化剂含量有关,这也可能是冷季型草坪草对高温的适应机制之一.     

鸡眼草水浸提液对4种草坪草的化感作用

为探讨鸡眼草(Kummerowia striata)不同部位、不同浓度水浸提液对高羊茅(Festuca arundinacea)、黑麦草(Lolium perenne)、狗牙根(Cynodon dactylon)、白三叶(Trifolium repens)等4种草坪草的化感效应和作用规律,采用培养皿纸床法,以蒸馏水为对照,研究鸡眼草剪碎的植株、未剪碎的植株、叶、茎、根、地上部分0.012 5、0.025、0.05 g/mL 3个不同浓度的水浸提液对高羊茅、黑麦草、狗牙根、白三叶的种子发芽率、发芽速率、幼根长、幼苗高的化感作用。结果表明,鸡眼草水浸提液对高羊茅、黑麦草、狗牙根、白三叶4种受体植物种子的萌发及幼苗生长均有较强的化感抑制作用,且对种子发芽率作用强弱顺序为:狗牙根白三叶黑麦草高羊茅,对种子发芽速率作用强弱顺序为:黑麦草高羊茅狗牙根白三叶,对幼苗苗高作用强弱顺序为:黑麦草白三叶狗牙根高羊茅,对幼苗根长作用强弱顺序为:白三叶黑麦草狗牙根高羊茅。对4种受体植物的综合化感效应以高羊茅最弱,黑麦草、狗牙根、白三叶较为相近。4种受体植物所受到的抑制作用均随着水浸提液浓度的增加而增强,在同一浓度不同部位水浸提液处理下,叶、整株(剪碎)水浸提液对4种受体植物抑制作用比根、茎、整株(未剪碎)及地上部分水浸提液强。高羊茅、黑麦草、狗牙根3种草坪草受0.05 g/mL鸡眼草叶水浸提液的化感抑制作用最强,白三叶则受0.05 g/mL鸡眼草整株(剪碎)水浸提液的化感抑制作用最强。     

长穗偃麦草分子育种基础研究进展

长穗偃麦草(Elytrigiaelongata)为禾本科小麦族偃麦草属植物,是一种丛生的多年生冷季型牧草。长穗偃麦草原产于欧洲南部、小亚细亚和俄罗斯南部,在美国、加拿大和澳大利亚等国大面积种植。其引入我国后,1956年开始用作小麦(Triticumaestivum)远缘杂交的野生亲本,鲜有作为牧草大面积种植的报道。长穗偃麦草具有耐盐碱、耐涝和抗病等特点,可作为耐盐碱牧草用于建设“滨海草带”,利于避免草粮争地/争水,实现碳中和,保障我国粮食安全。全世界已育成推广了10余个长穗偃麦草品种,但我国尚无引种或自主选育品种,不利于“滨海草带”的建立。长穗偃麦草遗传背景复杂,基础研究薄弱,育种技术远远落后于稻麦等粮食作物。该文对长穗偃麦草分子育种基础,如育种历程、加速育种、资源创新、组织培养、基因组序列及分子标记进行综述,以期为长穗偃麦草品种选育和“滨海草带”建设提供参考。     

高羊茅MAPK基因的克隆与表达分析

丝裂原活化蛋白激酶(M APK)是生物体内信号转导的重要组分,与生长、发育和逆境胁迫反应密切相关.为了研究草坪草对非生物逆境胁迫反应的分子机理,利用同源基因克隆法从4℃低温诱导的草坪草高羊茅(F estu-ca arund inacea Schreb.)幼苗cDNA文库中分离得到一个M APK的cDNA即F aMAPK 1,F aMAPK 1编码369个氨基酸残基的蛋白激酶,该蛋白激酶具有TEY的磷酸化基序.据推测的氨基酸序列的BLA ST同源性分析表明,F aM APK 1蛋白与水稻O sM APK 4蛋白的一致性为91.1%.N orthern杂交检测F aMAPK 1基因对逆境胁迫反应的结果表明冷(4℃)处理对根中F aMAPK 1基因的表达没有明显影响,但诱导叶中F aMAPK 1上调表达.而且低温(4℃)、高盐(250 mm o l/L N aC l)、干旱和100μm o l/L ABA都诱导叶中F aMAPK 1上调表达,表明F aM APK 1蛋白可能在高羊茅对非生物逆境胁迫的反应中起重要作用.     

冰草属研究进展

冰草属(Agropyron Gaertn.)作为重要的小麦野生近缘属之一,一直受到包括牧草育种家在内的许多学者的重视。冰草属在过去指包括现今形态分类上的冰草属,披碱草属(Elymus L.)和偃麦草属(Elytrigia Desv.),是一个相当复杂的庞大属。现在无论根据形态分类系统或染色体组分类系统,冰草属都已有了明确的概念,是指仅含P染色体组的冠状冰草复合群(crested wheatgrass complex),即包括冰草(A.cristatum Gaertn.),沙生冰草     

8个禾本科草坪草品种遗传多样性的RAPD分析

利用RAPD技术,对禾本科4属4种8个品种的草坪草进行遗传多样性分析。15个有效引物用于PCR扩增,共获得RAPD谱带144条带,多态性带占63.2%。8个草坪草品种间的遗传距离在0.0857~0.2928之间,脱壳狗牙根与普通狗牙根间的遗传距离最小,交战2号与爱神特之间的遗传距离最大。用UPGMA和邻接法进行聚类分析,得到2个拓扑结构基本一致的树系图。同一种不同品种间的亲缘关系最近;不同属种间的遗传距离加大,同族不同属的草坪草基本构成一支;4个暖季型草坪草品种构成一个单系类群,但属于冷季型草种的黑麦草(爱神特)单独构成一支,并未与同族的其它3个冷季型草坪草品种(高羊茅)聚在一起。本研究不支持将黑麦草属与羊茅属放在同一族内的分类处理,并建议将高羊茅划分为过渡类型的草坪草。     

青藏高原特有属——固沙草属(禾本科)2个类群的修订

固沙草属(Orinus)是禾本科(Poaceae)中一个具有重要经济价值的高山特有属,共记载6个物种,它们均具有较强的抗逆特性,是农业良种繁育、畜牧业牧草改良利用的重要资源,但固沙草属物种形态差异不显著,种间界限较模糊。该研究通过标本研究、野外考察、形态性状分析以及实验的观察研究,对固沙草属2个类群进行了分类修订,将长颖固沙草(O.longiglumis)和西藏固沙草(O.tibeticus)以及高秆固沙草(O.alticulmus)和鸡爪草(O.anomala)分别处理为固沙草(O.thoroldii)和青海固沙草(O.kokonorica)的新异名。     

基于SRAP分子标记的冰草遗传连锁图谱构建

构建高密度遗传连锁图谱是冰草抗性、品质、产量等重要性状QTL精细定位及标记辅助育种研究的基础。该试验以四倍体杂交冰草F2群体的202个分离单株及其亲本为材料,利用SRAP分子标记技术和Join Map 4.0作图软件对冰草的遗传连锁图谱进行了构建。结果表明:(1)共筛选出22对多态性好、标记位点清晰稳定的SRAP适宜引物,对冰草杂种F2分离单株的基因组DNA进行PCR扩增,共获得510个SRAP多态性标记位点,其比率占88.2%。(2)偏分离分析表明,偏分离标记比率仅为14.12%,符合遗传作图的要求。(3)成功构建了冰草的SRAP分子标记遗传连锁图谱,该图谱有14个连锁群、510个标记,连锁群间长度范围86.4～179.0cM,覆盖基因组总长度1 912.9cM,标记间平均间距3.75cM,为高密度遗传图谱。     

内生真菌对草坪植物病原真菌抑制作用的比较

分别从野生牧草羽茅(Achnatherum sibiricum (L.) Keng)、栽培种高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)(品种Millennium)、栽培种黑麦草(Lolium perenne L.) (品种Justus)中分离出内生真菌Neotyphodium sp.、N. coenophialum和N. lolli,通过体外培养法比较了这3种内生真菌对草坪植物病原真菌的抑制作用.结果表明,从羽茅中分离的内生真菌Neotyphodium sp.在两菌相交前对所有供试的病原真菌都有一定的抑制作用,其中对枝孢霉属(Cladosporium sp.)、弯孢霉属(Curvularia sp.)和拟茎点属(Phomopsis sp.)病原真菌的抑制效果尤为显著,对峙培养3d后的抑菌率分别达70.1%、52.3%和30.9%,营养竞争作用、重寄生作用是其主要的拮抗机制;从高羊茅中分离的内生真菌N. coenophialum对枝孢霉属病原真菌存在一定的抑制作用;而从黑麦草中分离的内生真菌N. lolli与病原真菌对峙培养时,病原真菌菌落慢慢侵占整个营养空间,内生真菌停止生长并逐渐褐变死亡.体外培养结果说明Neotyphodium sp.对供试病原真菌的拮抗效果优于N. coenophialum和N. lolli,由此推测Neotyphodium sp.与宿主植物羽茅的共生可能有利于宿主植物抵抗病原真菌的侵扰.     

辐射处理对冷季型草幼穗分化的影响

以C60Or射线对一年生黑麦草(品种:冠军)、多年生黑麦草(品种:爱神特)、早熟禾(品种:歌来德)及高羊茅(品种:知音)4个禾本科草坪草干种子进行辐照,剂量分别是15000rad(处理Ⅰ)、25000rad(处理Ⅱ)、35000rad(处理Ⅲ).播种生长后,田间取样观察;实验结果表明,所用剂量对冷季型草的幼穗分化进程影响不大,相对而言高剂量对多年生黑麦草的生殖生长有一定延长作用.     

入侵植物黄顶菊与3种牧草竞争效应研究

以入侵植物黄顶菊和多年生黑麦草、紫花苜蓿、高丹草3种牧草为试验材料,采用盆栽取代试验方法观察了不同密度及比例条件下4种植物的竞争表现,为黄顶菊生物替代提供理论依据.结果表明:(1)在3种牧草中,高丹草对黄顶菊株高控制效果最为明显,并以苗期效果最好,在低密度比例下对黄顶菊抑制率即可达60.00%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿的控制效果较差,在低密度比例下对黄顶菊起不到抑制作用.(2)在高丹草低密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数比对照均明显减少,抑制率分别可达91.40%和44.87%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿各密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数与对照相同或大于对照.(3)在各个生育时期,除高密度高丹草替代组合外,其他组合中黄顶菊的相对产量值均极显著小于1.0,生长受明显抑制;而在各替代密度下,多年生黑麦草、紫花苜蓿与黄顶菊竞争替代效果均不明显.研究发现,高丹草的替代效果明显优于多年生黑麦草和紫花苜蓿,可以作为生物替代的材料对黄顶菊进行替代控制,且在植株比为1∶3比例下即可实现理想控制效果.     

塔克拉玛干沙漠南缘9种禾本科牧草光系统Ⅱ特性

以新疆塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘广泛种植的中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦、老芒麦、天山赖草、披碱草、矮生高羊茅、冰草和碱茅等9种牧草为试验对象,测定暗适应20 min后牧草叶片的快速叶绿素荧光诱导曲线,比较光系统Ⅱ(PSⅡ)的特性,分析各牧草对本地区环境的适应能力.结果表明： 天山赖草和披碱草的最大荧光(F_m)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和单位面积反应中心的数量(RC/CS_o)的值均显著高于矮生高羊茅、冰草和碱茅,而初始荧光(F_o)、单位反应中心吸收的光能(ABC/RC)、单位反应中心捕获的能量(TR_o/RC)、单位反应中心耗散的能量(DI_o/RC)、荧光诱导曲线初始斜率(M_o)值则低于矮生高羊茅、冰草和碱茅;中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦和老芒麦的各值处于中间水平.9种牧草均受到恶劣气候条件的不同程度胁迫,PSⅡ反应中心的活性及电子传递受到抑制,其中,天山赖草和披碱草受到的影响较小,而矮生高羊茅、冰草和碱茅的PSⅡ结构和功能受到比较严重的影响,光合作用受抑制的程度较大.     

禾本科牧草的同工酶分析

本文分析了23种禾本科牧草的酯酶同工酶和过氧化物酶同工酶。结果表明,如果统一取材标准及实验条件严格,酶谱资料是稳定可比较的,有一定的系统分类价值。酶谱并结合其它资料证明了成立鼠茅属(Vulpia)的合理性。酶谱资料还表明,黑麦草属(Lolium)可能是小麦族和羊茅族相互联系的桥梁。根据酶谱距离的资料,讨论了小麦族的某些属间关系。例如,作者发现,酶谱资料显示出鹅观草属与披碱草属赖草与披碱草属之间有更近的亲缘关系。     

草坪草-高羊茅遗传育种研究进展

随着我国草坪业的快速发展 ,草坪草遗传育种工作越来越受到人们的关注。简要介绍了高羊茅的育种历史和现状 ,并对高羊茅植株再生体系的建立及遗传转化方面的研究进展进行了综述。此外 ,还提出了我国高羊茅育种的几点建议。     

豆科饲草碳氮高效固定、转运和同化利用研究进展

近年来,我国对优质饲草的需求不断增长。提高各种饲草尤其是紫花苜蓿(Medicago sativa)的产量和品质是饲草生物学研究领域一项重要的科研和经济目标。光合作用固定二氧化碳是牧草生物量形成的基础;氮素的吸收、固定、转运和同化则是影响牧草粗蛋白含量并决定其品质的重要生物学过程。这2个生物学过程互相依赖,紧密关联。该文论述了紫花苜蓿碳氮高效固定、转运和同化利用的育种新思路,并总结了国内外在二氧化碳的高效固定和转运以及氮素的固定、吸收、转运和同化等方面取得的最新研究进展,以期为饲草高生物量和高蛋白含量分子设计育种提供参考。     

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。