甜高粱蔗糖积累关键时期叶片转录组测序分析北大核心CSCD

通过转录组测序技术,在甜高粱糖分累积的关键时期寻找甜高粱和普通高粱组织间差异表达的相关基因,通过相关基因的功能注释及相关联的Pathway代谢通路分析,进一步筛选与糖分积累与代谢相关的基因,以利于为充分挖掘甜高粱的生物学潜能,改良高粱品种提高其茎杆的糖含量打下坚实基础。以甜高粱辽甜1号和粒用高粱新苏2号为材料,对甜高粱与粒用高粱在成熟期进行叶片转录组数据测序分析并比较,测序结果如下,共得到71.98 M条reads,总碱基数14.54 Gb。使用Cufflinks软件对reads进行组装,共发掘出1 562个新基因。通过差异表达筛选出3 115个差异基因,其中1 499个上调,1 616个下调。对差异基因进行GO、COG分类和KEGG代谢途径富集性分析,将这些差异表达基因归类于包括淀粉与蔗糖代谢途径在内的94个代谢途径,从淀粉与蔗糖代谢通路(Pathway ID:Ko00500)中取β-呋喃果糖苷酶、蔗糖合成酶、果糖激酶的5个差异基因分别为Sb06g031910、Sb06g023760、Sb01g035890、Sb01g033060和Sb10g0082805进行实时荧光定量分析,发现这些基因在不同生育时期的表达与其对应酶类的活性有紧密的联系,推测这些基因在甜高粱叶片的蔗糖合成及积累过程中发挥着至关重要的作用。     

甜高粱蔗糖积累关键时期叶片转录组测序分析

通过转录组测序技术,在甜高粱糖分累积的关键时期寻找甜高粱和普通高粱组织间差异表达的相关基因,通过相关基因的功能注释及相关联的Pathway代谢通路分析,进一步筛选与糖分积累与代谢相关的基因,以利于为充分挖掘甜高粱的生物学潜能,改良高粱品种提高其茎杆的糖含量打下坚实基础。以甜高粱辽甜1号和粒用高粱新苏2号为材料,对甜高粱与粒用高粱在成熟期进行叶片转录组数据测序分析并比较,测序结果如下,共得到71.98 M条reads,总碱基数14.54 Gb。使用Cufflinks软件对reads进行组装,共发掘出1 562个新基因。通过差异表达筛选出3 115个差异基因,其中1 499个上调,1 616个下调。对差异基因进行GO、COG分类和KEGG代谢途径富集性分析,将这些差异表达基因归类于包括淀粉与蔗糖代谢途径在内的94个代谢途径,从淀粉与蔗糖代谢通路(Pathway ID:Ko00500)中取β-呋喃果糖苷酶、蔗糖合成酶、果糖激酶的5个差异基因分别为Sb06g031910、Sb06g023760、Sb01g035890、Sb01g033060和Sb10g0082805进行实时荧光定量分析,发现这些基因在不同生育时期的表达与其对应酶类的活性有紧密的联系,推测这些基因在甜高粱叶片的蔗糖合成及积累过程中发挥着至关重要的作用。     

栽培高粱、甜高粱和拟高粱比较基因组原位杂交分析

用一种植物的总基因组DNA与近缘或远缘物种的染色体杂交,可以研究植物近缘或远缘物种基因组进化关系。以拟高粱总基因组DNA为探针,对栽培高粱、甜高粱基因组进行杂交,结果表明栽培高粱、甜高粱和拟高粱基因组中重复序列存在很大的同源性,基因组进化关系表现出保守性。栽培高粱与拟高粱基因组间重复序列的同源性要比甜高粱与拟高粱间重复序列的同源性高。     

甜高粱作为反刍动物饲料的最佳收获期的研究

甜高粱作为一种新兴的青贮饲料在世界范围内正在规模性推广。为了探究品种和收获期对甜高粱生物量和品质的影响,我们测定了甜高粱品种(Keller、ST008和H310)、高丹草(A60)和糖粒两用高粱(E048)在不同生育时期的全株生物量及各种营养成分的含量,并进行比较分析。结果表明:甜高粱在整个生育时期的生物量和营养成分不断发生变化,全株干物质、糖锤度和无氮浸出物含量呈逐渐上升的趋势;粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量和纤维素含量等营养成分含量呈逐渐下降趋势。甜高粱(Keller、ST008和H310)的干物质、糖锤度和无氮浸出物高于糖粒两用高粱(E048)和高丹草(A60);高丹草(A60)的粗蛋白含量、纤维素含量、半纤维素的含量、酸性洗涤纤维含量高于甜高粱(Keller、ST008、H310)和糖粒两用高粱(E048)。甜高粱H310的生物量、粗蛋白、粗灰分和粗脂肪含量显著高于玉米青贮301和玉米青饲2号。综合各因素,甜高粱在拔节期到乳熟期这段时间生物量高、品质好,为最佳收获期。另外可以得出,甜高粱可以作为优质的青贮饲料部分替代青贮玉米,与青贮玉米混合喂饲牛/羊。     

栽培高梁、甜高梁和拟高梁比较基因组原位杂交分析

用一种植物的总基因组DNA与近缘或远缘物种的染色体杂交,可以研究植物近缘或远缘物种基因组进化关系。以拟高粱总基因组DNA为探针,对栽培高粱、甜高粱基因组进行杂交,结果表明栽培高粱、甜高梁和拟高梁基因组中重复序列存在很大的同源性,基因组进化关系表现出保守性。栽培高粱与拟高粱基因组间重复序列的同源性要比甜高粱与拟高粱间重复序列的同源性高。     

江苏省高粱种质资源的收集及多样性分析

2016-2017年"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"江苏调查队收集到江苏41个县市区地方高粱资源104份,并对15个农艺性状进行调查,利用相关系数、聚类分析研究了高粱资源的遗传多样性。结果表明:高粱资源农艺数量性状变异类型丰富。穗粒重与株高、穗长、节数、百粒重、抽穗期、地上部鲜重呈极显著正相关;地上部鲜重与株高、节数、抽穗期呈极显著正相关,与穗柄长呈极显著负相关。聚类分析将该批高粱资源划分为7个类群,第Ⅰ类群为甜高粱品种,是糖用与饲用材料;第Ⅱ类群穗很长,为工艺专用材料;第Ⅲ类群单穗与百粒重较高,是粒用、糖用兼型材料;第Ⅳ类群植株矮,节数少,早熟,是粒用、饲用及工艺用兼型材料;第Ⅴ类群偏野生型材料,可粒用、饲用及工艺用,但产量性状表现较差;第Ⅵ类群株高、穗长、抽穗期、地上部鲜重适中,是粒用、糖用、工艺用及饲用兼型材料;第Ⅶ类群植株矮、百粒重高、裸粒、生育期较早,是粒用材料。综合表型筛选出9份具有优良与特异性状的种质资源。总之,江苏地方高粱资源具有丰富的多样性,蕴藏着较多的可利用遗传变异,在高产、早熟、穗型和籽粒大小等方面存在可供育种和生产利用的优异资源。     

甜高粱与高粱的多组学比较分析

高粱(Sorghum bicolor)是禾本科(Poaceae)一年生草本植物,也是研究C₄植物的模式生物。甜高粱相对于普通高粱有其独特的糖代谢积累机理,发掘其糖合成、运输和积累相关的调控基因和代谢途径,有助于糖分和碳源分配的遗传改良设计,又可为其他重要的C₄作物提供参考。本研究结合基因组、转录组和代谢组等多组学数据,从蔗糖转运、蔗糖合成相关基因家族以及基因共表达网络等多个角度对甜高粱及高粱的组学数据进行比较分析。结果如下：(1)构建了甜高粱及普通高粱品种的泛基因组,大小为908 Mb,比单个参考基因组增加约24.6%,进行了核心基因、非核心基因以及基因组存在/缺失变异区域相关基因的分类统计及功能富集分析,对多样本多个时期的RNA-seq数据进行差异表达分析,构建基因共表达网络,对基因集进行筛选验证,进一步筛选得到了糖分相关基因;(2)利用12份不同时期的甜高粱(Rio)、高粱(BTx406)以及两者子代(R9188)的RNA-seq数据进行差异表达分析与基因共表达分析,通过与对应时期蔗糖浓度变化数据进行相关性分析,得到与蔗糖代谢相关的基因集...     

谈谈芦粟

芦粟(Sorghum vulgare var.saccharatum)俗称甜秆、甜高粱、糖高粱,它是高粱的一个变种,为一年生栽培草本糖料植物。在我国分布比较广,尤其在辽宁、吉林、黑龙江等省,栽培的更多,常常种在旱田、园地、房前屋后。芦粟虽然分布较广,但广大群众经常问我们,它是什么?芦粟为单子叶植物,属禾本科、高粱属。     

基于分型测序技术的粒用高粱遗传多样性和群体结构分析

了解粒用高粱的遗传多样性和群体结构,能有效提高粒用高粱新品种的选育效率。本研究利用基因分型测序技术(GBS,genotyping by sequencing)对120份粒用高粱材料开展了全基因组基因分型,共获得了3456个多态性的SNP标记,其多态性信息含量指数(PIC,polymorphism information content)介于0.013～0.574之间,平均值为0.381。根据SNP标记在120份高粱材料中的基因分型数据,计算了材料间的遗传距离,其变异范围为0.084～0.613,平均遗传距离为0.365。群体进化树分析和主成分分析都将120份高粱材料划分为3个类群,类群1主要由包括美国材料MN-3609在内的亲缘关系较远的高粱材料组成,类群2主要由中国北方的高粱材料组成,类群3主要由中国南方的高粱材料组成。群体结构分析表明,当K=3时,ΔK取得最大值,说明120份高粱材料可以划分为3个类群,其划分结果与群体进化树分析和主成分分析基本一致。本研究从基因型多样性水平上阐释了粒用高粱的遗传背景和群体结构,为中国粒用高粱新品种的选育提供了理论依据。     

拟三属间杂交品系神农高糖蔗种质来源鉴定

新品种选育的关键在于优异种质资源的创制和利用,远缘杂交是创新种质的重要手段。近年来,有机构宣称培育了一种由高粱、玉米、甘蔗属间杂交而成的神农高糖蔗新品系。为了准确地鉴定其种质来源,本研究利用形态学、SCo T标记和GISH技术对神农高糖蔗进行了研究。形态学初步鉴定结果表明:从根、茎、叶等不同器官的形态特征来看,神农高糖蔗与甘蔗、玉米、高粱都具有较多相似之处,无法准确地甄别出神农高糖蔗是否为真杂种。根据SCo T标记的聚类结果,可以将12份供试材料分成I、II、III 3大类,I类包括3份高粱材料和神农高糖蔗,6份甘蔗材料均聚为II类,2份玉米材料聚为III类。在整个聚类图中神农高糖蔗和非洲甜高粱的相似系数最大,说明神农高糖蔗与非洲甜高粱的遗传距离较小,它们之间存在较小的遗传差异。比较基因组原位杂交结果表明,神农高糖蔗只含有甜高粱的血缘,而不含有甘蔗和玉米的血缘。本研究结合3种鉴定方法,可以基本确定神农高糖蔗并非甘蔗、高粱和玉米的属间杂种,而是甜高粱的一个品系(品种)。本研究结果不仅揭露了虚假报道,避免不必要的损失,还探讨了甜高粱作为甘蔗远缘杂交种质资源的利用前景。     

发酵工程

用各种方法制备甜高粱(Sorghum bicoto;)茎杆的单搪量,依据水温、提取时间、以及茎底物的大小,达到不同的提取程度.悬浮在水中的多茎杆(低于15mm的碎片)经声处理后离心,提取出88%的有效糖份.然而,冷冻干燥和磨碎的高粱用热水提取,定量地萃取了单糖,     

在甜高粱上利用杂种优势的探讨

从1978年起,配制了甜×甜、甜×不甜、不甜×甜的三种类型百余个杂交组合,观察高粱杂交种糖分含量的变化,以了解杂种优势在该性状上的表现。试验表明应用三系培育甜高粱杂交种,同粒用高梁一样具有明显的杂种优势,主要表现在生活力及生产力的提高。在与糖产量有关的三因素中,以单(株)秆重的优势最为显著;杂交种的含糖量,一般表现为介于双亲之间;茎秆汁液的多少,关键是选择实心、多汁、高糖的亲本及其组配方式。提高单位面积产糖量,主要是通过增加茎秆总收获量来实现。     

土壤镉含量对高粱属植物生理生化特性的影响

通过盆栽模拟试验研究了土壤镉(Cd)含量对一年生高粱属植物(甜高粱、高丹草和苏丹革)根系活力、叶片脯氨酸含量和细胞膜透性等生理生化指标的影响.结果表明,土壤Cd含量＞25 ng·kg-1时,3种高粱属植物根系活力均显著下降(P＜0.05);3种高粱属植物叶片中脯氨酸的含量在各浓度处理下均显著增加(P＜0.05);Cd胁迫影响了3种高粱属植物叶片和根系的细胞膜通透性,表现为不同程度的增加.     

分枝多粒的水稻

广西省玉林县师范学校植物园工人蒋少芳培育出两种分枝多粒的水稻。这两种水稻的一种是用早造水稻和高粱进行有性杂交,再经过种内杂交而成;另一种是用早造水稻和玉米进行无性杂交,然后进行玉米高粱的有性杂交而成。     

甜高粱育种研究进展及未来展望

甜高粱(Sorghum bicolor)具有耐盐碱、高生物量和高光合性能等特性,茎秆富含汁液和糖分,是一种发展潜力巨大的青贮饲草作物。深入解析甜高粱饲用和耐逆性状形成的分子基础,改良和培育饲用甜高粱新品种对我国草牧业发展具有重要意义。该文总结了我国甜高粱基础研究和育种工作进展,并分析了目前存在的问题,为未来育种提供了对策,旨在推动我国饲用甜高粱产业发展,保障大粮食安全。     

高粱属植物对土壤镉吸收及亚细胞的分配

通过盆栽模拟试验研究了3种高粱属植物(甜高粱、高丹草和苏丹草)对土壤cd的富集效应及其亚细胞的分配.结果表明:cd在3种高粱属植物不同部位的富集量随着cd处理浓度的增加而增加,生育期内3种高粱属植物根系中Cd的富集量大于茎鞘和叶片中的富集量;高丹草对Cd的富集量高,甜高梁次之,苏丹草最低;Cd在高粱属植物叶片、茎鞘和根系中各亚细胞组分中的分布相似表现为细胞壁>可溶性部分>细胞核、叶绿体组分>线粒体.     

考古证实小麦高粱原产我国

最近,有关考古专家研究表明,五千年前我国西北地区就已种植小麦和高粱等粮食作物。过去我国是否为麦类与高粱的原产地,历来说法不一。现今考古发现和植物学研究成果,揭开了这个千古疑案,证实了我国是普通小麦、栽培大麦和高粱的原产地及重要发源中心之一。1985—1986年,中科院遗传研究所研究员李璠等先后两次到甘肃河西走廊民乐县城以北27公里外的荒漠沙滩上,对座落在那里的东灰山遗址进行详细考察。他们在遗址坑道剖面的灰层带中,发现并采集了几百粒已碳化粮食。经~(14)C 测年,年代为5000±159     

盐碱胁迫对两种高粱种子萌发及幼苗生长的影响

以纤维高粱和普通高粱种子为材料,将NaCl、Na2SO4和NaHCO3按不同比例混合,模拟15种盐度和碱度各不相同的复杂盐碱条件,采用培养皿纸上发芽法研究了混合盐碱胁迫对两种高粱种子萌发及幼苗生长的影响,以探讨两种高粱种子和幼苗的耐盐碱能力及在盐碱胁迫下的变化规律。结果表明,低盐低碱环境促进了两种高粱种子的萌发;随着盐碱胁迫的增强,高粱种子的萌发率、萌发指数与对照相比均显著下降,而纤维高粱的累积萌发率下降幅度较普通高粱小,表明纤维高粱对盐渍环境的适应性略高于普通高粱。在高粱幼苗生长过程中,随着盐碱胁迫的增强,两种高粱的幼根和幼芽长均显著下降,且与对照均具有显著性差异。盐度对两种高粱的萌发率、萌发指数、幼苗长均有极显著影响,盐度与pH相互作用对两种高粱的幼根长有极显著影响。     

FISH分析栽培高粱×拟高粱、甜高粱×拟高粱的染色体行为

采用荧光原位杂交技术对45S rDNA在栽培高粱×拟高粱、甜高粱×拟高粱F1的有丝分裂和减数分裂染色体进行定位研究。在有丝分裂中期染色体上2个杂种分别检测到2个杂交信号, 在减数分裂粗线期、终变期、中期Ⅰ染色体上45S rDNA位于一个二价体上, 说明这两个杂种携带45S rDNA的染色体为同源染色体。根据45S rDNA位点随细胞减数分裂过程的位置变化, 表明这两个杂种染色体配对行为正常, 平均构型为2n=2x=20(10Ⅱ), 证明45S rDNA可作为染色体的一个识别指标间接地观察细胞减数分裂过程染色体的变化行为。     

高粱子粒单宁含量和颜色QTL分析

高粱在我国酿酒行业和农业结构调整中均有重要作用。子粒单宁含量和粒色是高粱两个重要的品质性状,但有关高粱子粒单宁和粒色分子遗传的报道还较少。本研究用白粒低单宁的BTx623与浅粉高单宁Rio两个品种为亲本,构建了含325个株系的重组自交系基因定位群体,开展高粱子粒单宁和粒色基因定位研究。筛选出118个SSR标记和8个INDEL亲本多态性标记用于定位群体株系的基因型检测,结合亲本和定位群体子粒单宁和粒色2年测定数据,采用QTL Ici Mapping 4.1软件中的完备区间作图法,对高粱子粒单宁和粒色2个性状进行QTL定位,共检测到3个与单宁含量相关和6个粒色相关的QTL位点。与单宁含量相关的QTL qTan4-1即为已克隆的Sb04g031730,另外检测到新的qTan1-1(txp11~txp279,贡献率1.29%)和qTan2-1(txp298~SB1292,贡献率1.28%),但2014年未检测到。控制粒色的6个QTL中,qGC1-1(贡献率1.00%和12.03%)在txp11~txp279之间;qGC1-2(贡献率2.64%和16.96%)在txp43~txp11之间;qGC1-3(2014年贡献率22.81%)在1d1A3~sam44127标记之间;qGC2-1(2014年贡献率1.00%)在txp72~txp298之间;qGC2-2(贡献率1.19%和3.66%)在txp298~SB1292之间;qGC6-1(2015年贡献率15.08%)在txp57~sam43683之间。本研究为高粱子粒单宁和粒色2个性状的精细定位、基因克隆和分子标记辅助选择研究奠定了基础。