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。     

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。     

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。     

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。