玉米黄绿叶突变体表型鉴定及基因初步定位

叶色突变体是研究光合作用及叶绿体发育的重要材料。开展玉米叶色突变体的相关研究,对光形态建成、光合作用、基因功能注释、蛋白质功能及抗逆性机制的阐述具有重要的理论意义。本研究以黄绿叶突变体ygl-F17138为材料,与玉米自交系B73进行杂交,构建F2分离群体,进行遗传效应分析和基因初步定位。遗传分析表明,该突变性状由单个隐性核基因控制,且能稳定遗传。利用BSR-seq结合连锁分析的方法将该基因初步定位在第3条染色体上一个约9.2 Mb的区间内(chr.3:173087201~182203992),查询该区间内已知基因功能注释,未发现类似前人报道的调控黄绿叶性状基因,说明YGL-F17138基因可能是一个控制玉米黄绿叶发育未被挖掘的候选基因。     

玉米株高和穗位高的遗传基础与分子机制*

株高和穗位高是玉米重要育种性状,直接影响植株的养分利用效率及抗倒伏性,进而影响玉米产量。玉米株高和穗位高属于典型数量性状,目前通过数量性状位点(quantitative trait loci mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法已挖掘到较多相关遗传位点,通过QTL精细定位及利用突变体克隆了一些调控株高和穗位高关键基因。但是由于各研究组所利用的群体类型和大小、标记类型和密度以及统计方法不同,所鉴定QTL差异较大,单个研究难以揭示玉米株高和穗位高遗传结构。早期QTL定位的结果多以遗传距离来展示,不同时期GWAS研究所使用参考基因组版本不同,这进一步增加了借鉴和利用前人研究结果的难度。首次将目前已鉴定株高和穗位高遗传定位信息统一锚定至玉米自交系B73参考基因组V4版本,构建了株高和穗位高性状定位的一致性图谱,并鉴定出可被多个独立研究定位的热点区间。进一步对已克隆玉米株高和穗位高调控基因进行总结与分类,揭示株高和穗位高性状调控机制,对深度解析株高和穗位高遗传结构、指导基因克隆和利用分子标记辅助选择优化玉米株高和穗位高性状均具有重要意义。     

玉米雄穗性状遗传结构与形成分子机制*

玉米为雌雄同株异花植物,其雄穗着生于植株顶部,雌穗腋生。雄穗一方面需产生足量花粉以保证雌穗授粉结实,另一方面由于对下部叶片的遮蔽作用和自身营养需求,其生长发育会同时影响叶片光合作用效率和能量分配,因此优化雄穗结构是提高玉米产量的重要措施之一。玉米雄穗性状包括雄穗分枝数、雄穗分枝长度、雄穗主轴长度、雄穗分枝总长度、雄穗分枝角度等,均为多基因控制的数量性状。自20世纪90年代,研究者开始利用数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位方法解析玉米雄穗性状遗传结构;随着玉米自交系B73等参考基因组释放,以及DNA微阵列、基因组重测序等高通量基因分型技术的日益成熟,全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)成为数量性状遗传研究的主流方法,目前已鉴定出大量玉米雄穗性状遗传位点。通过总结雄穗性状遗传定位研究结果,构建一致性图谱并挖掘定位热点区间,有助于进一步了解雄穗性状遗传结构特征及指导雄穗性状候选基因克隆。此外,通过对调控雄穗发育的已知基因进行功能分类,可为解析玉米雄穗发育的遗传网络和调控通路提供理论支撑。     

外源基因在转基因玉米中的整合位点分析

玉米是我国第一大作物,在保障我国粮食安全中发挥重要作用。通过转基因技术培育具有抗病虫等性状的转基因玉米新品种,可有效减少产量损失。培育的转基因玉米需要鉴定外源基因整合位点,为转基因玉米的安全性评价提供重要依据。以一个抗虫转基因玉米事件IE34为材料,采用热不对称PCR(TAIL-PCR)和遗传定位方法,鉴定外源基因整合位点及旁侧序列。通过TAIL-PCR得到一段长度为776 bp的玉米基因组序列。分别在旁侧序列和外源基因上游序列设计特异性引物,建立了转基因玉米事件特异性的PCR鉴定方法。将旁侧序列在MaizeGDB中进行比对分析,发现此序列是重复序列而且存在于多条染色体上。构建转基因玉米IE34与自交系B73的F2代遗传分离群体,通过BSR-Seq方法确定外源基因整合在玉米第5染色体短臂2.32-2.70Mb区间内。通过精细定位将外源基因整合位点缩小在第5染色体2.35-2.61 Mb约260 kb的区间内。本研究结果表明,对于整合位点旁侧序列复杂的转基因事件,TAIL-PCR结合遗传定位方法能够有效鉴定外源基因的整合位点。     

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。     

彩叶植物叶片呈色分子机制研究进展

彩叶植物叶片呈现不同的颜色主要是受遗传因素和外部环境的共同作用,揭示彩叶植物叶片呈色机制对选育彩叶植物新品种和彩叶植物的应用推广具有重要理论和实践意义。目前对彩叶植物呈色机制的研究主要集中于叶片中色素变化、光合特性、叶片结构和环境条件等方面。该文主要対近年来有关彩叶植物叶片中叶绿素代谢途径、类胡萝卜素代谢途径、次生代谢途径、光合作用和叶绿体发育相关结构基因和转录因子调控机制的研究进展进行综述,并对以后的研究方向进行了展望,为培育彩叶植物新品种提供了理论基础,也为人工调控叶色以及叶色的定向遗传改良提供了参考。     

3个玉米黄叶突变体的光合特性研究

在农业生产中光合作用是作物积累生物量的主要方式,其主要依赖于多种光合色素和完整的叶绿体结构与功能。而玉米叶色突变体对于研究叶绿体发育、提高玉米光合作用能力和产量具有重要意义。以两个玉米自交系郑58(Z58)和B73为对照,对从甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulphonate,EMS)处理后的不同玉米诱变群体中筛选到的2株黄叶突变体yl-1(yellow leaf-1,Z58背景)、yl-2(yellow leaf-2,B73背景)以及从玉米自交系Z58中发现的1株自然黄叶突变体yl-3(yellow leaf-3)等3个表型相似的玉米黄叶突变体的形态特征、光合色素含量、叶绿素合成前体物质含量进行了比较研究。结果表明,与对照相比,3个突变体在整个生长周期内均呈现不同程度的黄叶表型、不复绿、植株矮小、发育迟缓;叶片总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量均显著降低(P<0.05),叶绿素a/叶绿素b比值显著升高(P<0.05);不同突变体的各类叶绿素合成前体物质含量有不同程度的降低。3个突变体的黄叶表型可能是由不同基因的突变导致相关四吡咯化合物合成异常引起的。研究结果为定位...     

光合作用的遗传和分子分析

假使你真的知道光合作用在玉米中是怎样进行,你也许能把玉米的十分有效的光合系统转移到小麦和大麦中去,这些作物的光合系统效率不高。如果能这样,将会提高作物生长率和产量。加利福尼亚大学(柏克利分校)的W. Taylor正试图探索玉米光合系统的关键部分,即叶绿体中光合结构的装配。叶绿体是植物细胞内的小内含体,光合作用反应就在其中发生。叶绿体有复杂的膜结构以及光合作用所需的各种酶。 Carter的大部分工作是用核基因进行     

水稻黄绿叶突变体研究进展

叶绿素是植物光合作用的重要色素,叶绿素的合成决定植物的光合效率,并且直接影响作物的产量和品质。叶绿素的合成及分解代谢是一个非常复杂的过程,在此过程中有较多的基因参与,其中任何一个基因发生突变都有可能影响叶绿素的合成及分解,从而使叶片表现出各种叶色变化或者会影响植物的生长。叶色突变体研究是探明叶绿体发育过程中基因功能的有效途径。因此,发掘和鉴定叶色突变基因,开展与叶绿素相关基因的定位、克隆及功能研究均具有重要的理论意义和应用价值。综述了水稻黄绿叶突变体的研究进展,旨在为研究水稻叶绿素生物合成途径和光合作用机制提供理想的材料,同时还可作为标记性状在杂种优势中进行利用。     

控制水稻叶绿体发育基因OsALB23的定位

叶绿体的正常发育是高等植物进行光合作用的前提条件。通过电镜观察,我们发现水稻白化突变体Osalb23的叶绿体发育缺陷,内部缺少正常类囊体片层结构。遗传学分析表明该突变体属于单位点隐性突变。利用图位克隆的方法,我们将基因定位于水稻第二条染色体分子标记R2M501和R2M502之间约280kb范围内。通过生物信息学软件预测,这段区间包括6个叶绿体蛋白基因。     

玉米雌穗性状遗传分析与形成机制*

雌穗是玉米重要的生殖器官,雌穗发育决定成熟果穗大小及单穗粒重,进而直接影响玉米产量。雌穗性状主要包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗重、单穗粒重等,均为多基因控制的数量遗传性状,且其遗传结构各不相同。解析雌穗性状的遗传基础,优化雌穗结构,是玉米增产的重要途径。前人通过数量性状位点(quantitative trait locus mapping,QTL)定位和全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)等方法,已经鉴定出较多雌穗性状相关的遗传位点,但是目前已鉴定功能的基因较少,所建立的遗传位点一致性图谱并不完整,因此难以全面揭示雌穗性状遗传结构。通过综合前人雌穗性状遗传定位进展,现将已鉴定QTL位点和显著关联SNP整合至玉米B73参考基因组V4版本,并鉴定出雌穗性状定位热点区间,对深入解析雌穗性状遗传结构、指导雌穗性状基因克隆和理解雌穗发育分子机制均具有重要意义。     

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。     

大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisoo及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显.在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisoo和RCA主要分布于叶绿体的间质中.在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布.两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C3植物和C4植物在光合器结构与功能上的差异.     

玉米SSR连锁图谱构建及叶面积的QTL定位

叶片是玉米进行光合作用的主要器官,叶面积的大小(尤其是穗三叶面积)对于玉米干物质的积累及产量形成起着至关重要的作用。研究玉米叶面积的遗传基础对于指导玉米高产育种具有理论意义。文章以两个叶面积差异显著的亲本478×武312为基础材料所构建的218个F8代的重组自交系为作图群体,构建了一张包含184个SSR标记的遗传连锁图谱,图谱总长度为2084.1cM,平均图距为11.3cM。通过两年的田间试验对玉米叶面积(穗三叶)进行了QTL定位分析。两年共定位到7个和叶面积相关的QTL位点,2006年定位到4个QTL位点;2007年定位到3个QTL位点。在第2染色体umc1542-umc1518标记区间发现一个主效QTL位点,该位点可以在两年同时检测到,两年分别解释12.5%和17.3%的表型变异。该位点能稳定地检测到且具有较大的贡献率,可能会在玉米叶面积分子标记辅助选择上有所应用。     

水稻生长发育多效基因DDF1的遗传分析与基因定位

植物中存在许多多效性基因,它们在调控植物的营养生长与生殖发育过程中起着关键性作用。文章在籼稻育种材料中发现了一个植株显著矮化且花器官明显变异的突变体ddf1(dwarf and deformed flower 1)。遗传分析表明,该突变体由单基因隐性突变所致,这说明该基因是一个同时控制营养生长和生殖发育的多效性基因,暂命名为DDF1。为了定位该基因,将ddf1杂合体与热带粳稻品种DZ60杂交,建立了F2定位群体,利用水稻RM系列微卫星标记,通过混合分离分析(BSA)和小群体连锁分析,将DDF1初步定位在水稻第6号染色体RM588和RM587标记之间,与两标记的遗传距离分别为3.8 cM和2.4 cM。进一步利用已经公布的水稻基因组序列,在初步定位的区间内开发新的SSR标记,将DDF1定位在165 kb的区间内。该结果为克隆DDF1奠定了基础。     

基于掖478导入系的玉米百粒重QTL鉴定

玉米百粒重是产量性状的主要组成因子,对其控制位点进行QTL鉴定或基因克隆,将有益于其遗传控制的研究和分子育种的实施。本研究以导入系SL19-41为材料,该导入系是以我国玉米育种中广泛应用的骨干自交系掖478(Ye478)为遗传背景导入QB80染色体片段的纯合系。使用该导入系与Ye478杂交构建分离群体(F2、F2:3家系和BC1F1),通过3个环境下的田间试验,利用Ici Mapping的逐步回归区间作图法进行百粒重QTL定位,以及进行QTL位点连锁标记的表型效应分析。结果表明:鉴定了2个百粒重QTL位点,其中位于第4染色体bnlg1784~umc1194区间QTL位点q KW4-1在3个环境下均被检测到,可解释的表型变异为6.74%~17.81%,阐明了导入系SL19-41百粒重性状的遗传机制,同时也获得了改良版的Ye478(Ye478QB80),为玉米百粒重的遗传改良提供有益的分子标记,也为克隆百粒重基因提供材料来源。     

拟南芥黄心突变体yh基因的图位克隆及分析

在研究光合作用相关基因的过程中,获得了一个叶片为黄心(yellow heart,yh)的突变株,与野生型拟南芥(Col 0)相比,其新生叶片发黄,突变表型由隐性单基因控制。采用图位克隆及其精细定位技术,将yh突变基因定位在1号染色体的INS1_55_342与INS1_56_34区间,物理距离约为676 kb。通过测序得知yh在At1g64790第44个内含子剪接处有4个碱基的缺失,导致内含子剪切位点的变化。RT PCR分析显示,该基因表达降低,是At1g64790基因的一个新等位突变。研究表明,yh突变体与叶绿体的发育相关,可为进一步探究植物叶绿体和叶片发育机制提供新的遗传材料。     

水稻叶状颖壳突变体Oslh的遗传分析和OsLH基因的定位

通过γ射线诱变,从粳稻品种9522的M2代中筛选出一株具有叶状颖壳的突变体,定名Oslh(1h=leafy hull).Oslh突变体的开花时间要比野生型晚15 d左右,内外稃和浆片发育成了叶片状器官.Oslh突变体与粳稻品种9522回交结果表明Oslh突变性状可能由单核基因隐性突变造成.以Oslh突变体与籼稻品种广陆矮4号杂交的F2代群体为基因定位群体,利用SSR和InDel分子标记将Oslh突变位点定位在3号染色体上的SSR标记RM5475和InDel标记GY305之间,遗传距离分别为2.5 cM和1.9 cM.这些结果为克隆OsLH基因和研究花器官发育的调控机理奠定了基础.     

甘蓝型油菜角果特异白化种质的遗传和生理特性

本研究对在甘蓝型油菜中发现的一种新型角果特异白化种质的形态特征、遗传及生理特性进行了研究,结果表明:该种质具经济器官特异性白化的特点,即营养器官正常,生殖生长阶段所有的经济器官如花蕾、花、角果、种子均表现为白化突变。白化株结实性差,纯合白化种子未发育成熟就干瘪萎缩。通过对该角果特异白化株与野生型油菜杂交创建的分离群体分离比进行统计,表明该性状为1对核基因控制的不完全显性突变。纯合白化株系中几乎没有叶绿素和类胡萝卜素,但有少量生育酚的合成,光合速率显著低于野生型或接近于零,超微结构观察也未发现有完整叶绿体结构。结合已有研究报道,初步推断该特异白化种质为类胡萝卜素合成调控基因或决定叶绿体发育基因发生突变所引起。因角果是油菜最重要的光合器官,对油菜产量形成起着至关重要的作用,本研究为进一步揭示叶绿体发育以及角果光合作用形成的分子生理奠定了基础。