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小麦TabHLH112-2B基因克隆及每穗小穗数相关功能标记开发

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作物学报 2024年第2期50卷 403-413页

作者：范子培李龙史雨刚孙黛珍李超男景蕊莲山西农业大学农学院山西太谷030801 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

bHLH(basic Helix-Loop-Helix)转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究克隆了小麦TabHLH112-2B,该基因由7个外显子和6个内含子构成,编码444个氨基酸,在315~364位氨基酸处具有一个典型的HLH保守结构域。组织表达模式分析表... 详细信息

bHLH(basic Helix-Loop-Helix)转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究克隆了小麦TabHLH112-2B,该基因由7个外显子和6个内含子构成,编码444个氨基酸,在315~364位氨基酸处具有一个典型的HLH保守结构域。组织表达模式分析表明TabHLH112-2B在小麦幼苗期、拔节期、抽穗期和开花期的各个组织中均有表达,其中在叶和根中表达量较高。顺式作用元件分析发现TabHLH112-2B启动子区含有植物激素应答、胁迫响应、与分生组织发育相关的多种顺式作用元件, qRT-PCR结果显示其表达响应ABA、IAA、MeJA等植物激素和干旱、高盐、低温、高温等胁迫处理。基因组序列多态性分析检测到启动子区域的2个SNP,分为2种单倍型。根据SNP-682开发分子标记并进行关联分析,发现该标记与干旱、高温等多种环境下的每穗小穗数显著相关,Hap-2B-2为每穗小穗数多的优异单倍型。研究结果为培育高产广适小麦新品种的分子标记辅助育种提供了优异基因资源和技术支撑。

关键词：小麦 TabHLH112-2B 分子标记关联分析每穗小穗数优异单倍型

基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价

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中国农业科学 2024年第9期57卷 1674-1686页

作者：燕雯金秀良李龙徐子涵苏悦张跃强景蕊莲毛新国孙黛珍山西农业大学农学院中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业农村部荒漠绿洲区作物生理生态与耕作重点实验室/新疆作物生物技术重点实验室

【目的】基于无人机多源影像及产量数据评价人工合成小麦种质的抗旱性，优选高通量抗旱性鉴定指标，发掘抗旱人工合成小麦种质资源，为加快拓展小麦抗旱遗传资源、提升旱地小麦育种水平提供技术支撑和种质材料。【方法】以80份人工合成... 详细信息

【目的】基于无人机多源影像及产量数据评价人工合成小麦种质的抗旱性，优选高通量抗旱性鉴定指标，发掘抗旱人工合成小麦种质资源，为加快拓展小麦抗旱遗传资源、提升旱地小麦育种水平提供技术支撑和种质材料。【方法】以80份人工合成小麦种质及对照小麦品种新春37为试验材料，在田间进行小区播种，设置干旱和灌溉2种水分处理；利用无人机搭载多光谱及热红外相机采集试验材料灌浆期多源影像进行拼接处理，通过阈值分割等方法提取各试验材料的光谱指数；利用相关性分析和主成分分析鉴选抗旱相关光谱指标，结合单指标及综合评价方法鉴定人工合成小麦种质的抗旱性。【结果】基于无人机多源影像数据提取了80份人工合成小麦种质的19种光谱指数。不同光谱指数抗旱系数与小区产量抗旱指数的相关性分析结果表明，OSAVI的抗旱系数与抗旱指数的关联度最高，NDVI、CIre和NDRE的抗旱系数与抗旱指数的关联度较高。部分光谱指数的抗旱系数间相关性较高，存在冗余信息，通过主成分分析，将19个光谱指数的抗旱系数转换为3个相互独立的综合指标，3个综合指标的贡献度分别为59.6%、12.0%和9.6%。利用加权隶属函数法聚合综合指标，通过公式计算获得各人工合成小麦种质的综合抗旱性度量值。基于抗旱指数鉴定出6份强抗旱人工合成小麦种质，基于综合抗旱性度量值鉴定出5份强抗旱种质，其中，SW004和SW009在2种方法的评价结果中均被评为强抗旱种质。基于OSAVI的抗旱系数对80份人工合成小麦种质进行抗旱性分级，分级结果与基于综合抗旱性度量值的分级结果基本一致。根据OSAVI的抗旱系数鉴定出的6份强抗旱种质中，有5份在基于综合抗旱性度量值分级中也被鉴定为强抗旱种质。【结论】基于无人机多源影像提取的光谱指数NDVI、OSAVI、CIre和NDRE，以及基于光谱指数的综合抗旱性度量值均可用于辅助鉴定小麦种质抗旱性。

关键词：多源影像光谱指数人工合成小麦抗旱性灌浆期

小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B在多种环境下对株高与穗粒数的调控

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中国农业科学 2024年第14期57卷 2717-2731页

作者：张紫慧张艳菲李龙李超男王景一杨德龙毛新国景蕊莲甘肃农业大学生命科学技术学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室河南农业大学/国家小麦技术创新中心(筹)

【目的】烯醇化酶是糖酵解过程中的关键限速酶，在植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。揭示小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B的功能，开发分子标记，为通过分子育种改良小麦提供基因资源。【方法】以小麦品种旱选10号为材料克隆TaENO1... 详细信息

【目的】烯醇化酶是糖酵解过程中的关键限速酶，在植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。揭示小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B的功能，开发分子标记，为通过分子育种改良小麦提供基因资源。【方法】以小麦品种旱选10号为材料克隆TaENO1-5B，在SMART网站分析其编码蛋白的结构域，采用Phyre2软件预测蛋白的二级和三级结构；采用实时荧光定量PCR技术分析基因在小麦不同发育时期的组织表达水平，以及在植物激素处理和逆境胁迫下的表达模式；以30份遗传多样性丰富的小麦种质为材料分析基因序列多态性，开发分子标记；以323份小麦构成的自然群体为材料进行TaENO1-5B单倍型与表型性状的关联分析，利用小麦地方品种和现代育成品种群体分析优异单倍型在我国不同麦区受育种选择的趋势。【结果】TaENO1-5B由17个外显子和16个内含子组成，编码446个氨基酸，含有保守的N端结构域和C端TIM(triose-phosphate isomerase)桶状结构域；TaENO1-5B在小麦幼苗期、拔节期、抽穗期和开花期的各个组织中均有表达，在根、根基和穗中表达量较高；TaENO1-5B启动子区含有多种顺式作用元件，包括脱落酸（ABA）、生长素（IAA）和茉莉酸甲酯（MeJA）等激素应答元件和干旱、低温胁迫相关的多种应答元件，TaENO1-5B的表达受植物激素和干旱、低温等胁迫的显著诱导；在TaENO1-5B的启动子区检测到4个SNP，基因区检测到3个SNP，组成3种单倍型Hap-5B-1、Hap-5B-2和Hap-5B-3。在干旱、高温等多种环境下，单倍型Hap-5B-2为优异单倍型，与矮秆、多小穗数和穗粒数显著相关，在我国小麦主产区的育种历史中受到了正向选择。基于TaENO1-5B启动子区SNP(2 399 bp,G/A)开发的KASP标记，与多种环境下的每穗小穗数显著相关。【结论】TaENO1-5B响应植物激素信号及非生物胁迫，在干旱、高温等多种环境下，与株高、每穗小穗数和穗粒数显著相关，Hap-5B-2是矮秆及每穗小穗数和穗粒数较多的优异单倍型。根据TaENO1-5B变异位点开发的分子标记可用于小麦株高及相关产量性状的遗传改良。

关键词：小麦 TaENO1-5B 农艺性状 KASP标记单倍型

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作物根系表型鉴定评价方法的现状与展望

中国农业科学 2022年第3期55卷 425-437页

作者：李龙李超男毛新国王景一景蕊莲中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程

根系是作物固定植株并吸收土壤水分和养分的主要器官，其表型特征直接影响作物的生产力和适应性。优化根系表型被认为是实现第二次“绿色革命”的重要途径之一。然而，根系的隐匿性、复杂性和可塑性极大地制约着根系表型鉴定效率，导致... 详细信息

根系是作物固定植株并吸收土壤水分和养分的主要器官，其表型特征直接影响作物的生产力和适应性。优化根系表型被认为是实现第二次“绿色革命”的重要途径之一。然而，根系的隐匿性、复杂性和可塑性极大地制约着根系表型鉴定效率，导致根系优化进程远远滞后于地上部器官。随着光谱成像、机器学习和三维重建等新技术的快速发展，根系表型鉴定方法逐渐由传统取样观测向原位、无损、自动化检测转变，评价依据由二维形态指标向立体构型参数拓展，促进了根系表型鉴定效率大幅提升，根系表型数据快速增长。与此同时，海量数据也带来了信息冗余及利用率低等问题，对根系表型研究提出了规范化和共享化的时代新要求。本文概述了现行主要根系表型鉴定方法的原理和技术要点，从精准度、通量和成本等方面对不同方法进行系统比较，并从使用许可、运行平台和分析方式等方面对常用根系表型量化软件进行归纳总结；进一步提出今后重点研究方向，即开发高效的田间根系表型鉴定方法，建立根系可塑性鉴定评价技术体系，加强根系解剖结构的鉴定和利用，强化分子检测技术在根系表型鉴定中的应用，推进根系表型鉴定技术规范化和数据信息共享化，以期为合理选用和改进作物根系表型鉴定评价方法提供参考，促进作物根系改良。

关键词：作物根系表型室内鉴定田间鉴定评价方法

不同水分条件下小麦生理性状与产量的灰色关联度分析

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麦类作物学报 2012年第4期32卷 653-659页

作者：施伟昌小平景蕊莲国家基因资源与遗传改良重大科学工程/农业部作物种质资源与生物技术重点实验室/中国农业科学院作物科学研究所北京100081

为了解干旱胁迫条件下小麦冠层温度、旗叶光合性状的变化特点及其对产量的影响,以小麦回交导入系(IL)群体[(鲁麦14×晋麦47)×鲁麦14]BC3F5代的160个株系及其亲本为材料,分析了雨养和灌溉条件下,开花期和灌浆期冠层温度、冠气温差、旗... 详细信息

为了解干旱胁迫条件下小麦冠层温度、旗叶光合性状的变化特点及其对产量的影响,以小麦回交导入系(IL)群体[(鲁麦14×晋麦47)×鲁麦14]BC3F5代的160个株系及其亲本为材料,分析了雨养和灌溉条件下,开花期和灌浆期冠层温度、冠气温差、旗叶叶绿素含量和叶绿素荧光动力学参数等性状的相关性以及不同性状与产量的灰色关联度。结果表明,在两种水分条件下IL群体多数性状表现超双亲,性状变异系数为1.19%～48.30%,性状均值偏向轮回亲本鲁麦14;雨养条件下抗旱亲本晋麦47的冠层温度及叶绿素荧光动力学参数比水地品种鲁麦14表现稳定,IL群体的性状稳定性(D值)超过轮回亲本。两种水分条件下,荧光动力学参数之间相关性表现复杂,Fv与Fm、Fo/Fm与Fv/Fm之间相关性最高,相关系数大于0.991。灰色关联度分析结果表明,两个发育时期的Fv/Fm和灌浆期的冠层温度对产量的影响较大,可以作为选择抗旱高光效小麦的重要评价指标。

关键词：小麦土壤水分冠层温度叶绿素含量叶绿素荧光产量灰色关联度

小麦幼苗期水分胁迫所诱导基因表达谱的初步分析

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Acta Genetica Sinica 2004年第8期31卷 842-849页

作者：王转臧庆伟郭志爱景蕊莲中国农业科学院作物品种资源研究所

利用抑制差减杂交 (SuppressionSubtractiveHybridization ,SSH)和高密度点阵膜技术研究小麦 2叶幼苗期水分胁迫诱导表达基因。通过筛选具有 15 30个克隆的SSH文库 ,获得 181个阳性克隆。序列同源性比较和功能查询结果发现 ,83 2 %的水... 详细信息

利用抑制差减杂交 (SuppressionSubtractiveHybridization ,SSH)和高密度点阵膜技术研究小麦 2叶幼苗期水分胁迫诱导表达基因。通过筛选具有 15 30个克隆的SSH文库 ,获得 181个阳性克隆。序列同源性比较和功能查询结果发现 ,83 2 %的水分胁迫诱导表达基因分别与不同逆境胁迫条件下表达的基因具有较高的同源性 ,这些基因在生物体内的功能都是直接或间接对细胞遭受逆境胁迫起保护作用。其中 17个EST未找到同源性较高的匹配序列 ,已经在GenBank注册。用反向Northern、RT PCR和Northern进一步检验所获得的功能已知EST 。

关键词：小麦幼苗水分胁迫抑制差减文库基因表达谱

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小麦抗旱性研究进展与展望

干旱地区农业研究 2023年第3期41卷 11-20页

作者：李龙毛新国王景一李超男柳玉平景蕊莲中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081

利用优异基因资源改良小麦抗旱性是应对干旱和保障粮食安全的重要途径。结合国内外小麦抗旱性研究的最新进展和本研究组的研究实践,概述了现行主要抗旱性鉴定方法的适用对象和评价指标,以及小麦抗旱种质创新、抗旱基因资源发掘与利用等... 详细信息

利用优异基因资源改良小麦抗旱性是应对干旱和保障粮食安全的重要途径。结合国内外小麦抗旱性研究的最新进展和本研究组的研究实践,概述了现行主要抗旱性鉴定方法的适用对象和评价指标,以及小麦抗旱种质创新、抗旱基因资源发掘与利用等方面的研究成果,同时提出未来小麦抗旱性研究的重点任务和发展方向,即建立基于高通量表型鉴定的抗旱性综合评价技术体系,建立基于高通量基因型鉴定的抗旱基因资源发掘平台,创建基于综合运用多学科技能的智慧育种策略,以期为加快小麦抗旱性遗传改良提供信息资源和理论参考。

关键词：小麦抗旱性基因资源种质创新育种

小麦TabHLH123-6A基因克隆与功能标记开发

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植物遗传资源学报 2022年第6期23卷 1782-1792页

作者：王晋萍李龙贾小云贺立恒李超男景蕊莲山西农业大学农学院太谷030801 中国农业科学院作物科学研究所北京100081 山西农业大学生命科学学院太谷030801

根系是植物吸收水分与养分的重要器官,挖掘利用小麦根系相关调控基因对于粮食生产具有重要意义。b HLH(basic Helix-Loop-Helix)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与调节植物的生长发育。本研究克隆了小麦基因Tab HLH123-6A,其开放阅读... 详细信息

根系是植物吸收水分与养分的重要器官,挖掘利用小麦根系相关调控基因对于粮食生产具有重要意义。b HLH(basic Helix-Loop-Helix)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与调节植物的生长发育。本研究克隆了小麦基因Tab HLH123-6A,其开放阅读框1386 bp,编码461个氨基酸,含有保守的HLH结构域,具有典型的b HLH家族成员特性。对其互作蛋白预测分析发现,Tab HLH123-6A与HLH家族的其他蛋白以及锌指蛋白存在相互作用。组织表达模式分析表明,Tab HLH123-6A在小麦不同生育时期的各个组织中均有表达,在根和根基中表达量较高。启动子序列分析显示Tab HLH123-6A启动子区含有多种顺式作用元件,包括生长素、脱落酸和茉莉酸甲酯等激素应答元件。q RT-PCR检测结果表明在生长素、脱落酸和茉莉酸甲酯的处理下Tab HLH123-6A表达均上调,但是在PEG模拟的干旱处理下其表达受到抑制。利用小麦多态性群体材料检测到Tab HLH123-6A基因25 bp处有1个核苷酸变异位点(C/T),表示为Tab HLH123,根据该位点开发了功能标记d CAPS-Kpn I。关联分析发现Tab HLH123与小麦深根比显著相关,且等位变异类型为Tab HLH123的小麦深根比高于Tab HLH12325-T,Tab HLH123在小麦育种历史中受到了正向选择。本研究结果为小麦根系构型改良提供了理论依据和基因资源。

关键词：小麦 TabHLH123-6A 表达模式功能标记根系构型

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小麦抗旱种质资源的遗传多样性

西北植物学报 2003年第3期23卷 410-416页

作者：景蕊莲昌小平中国农业科学院作物品种资源研究所农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室北京100081

在雨养和灌水条件下,田间栽培小麦抗旱材料。根据结实器官建成与物候期、生育期的对应关系,通过供试材料产量构成因素的旱、水表现,分析在各因素形成时期的抗旱性。分别以抗旱系数和抗旱指数作为评价抗旱性的指标,通过聚类分析供试材料... 详细信息

在雨养和灌水条件下,田间栽培小麦抗旱材料。根据结实器官建成与物候期、生育期的对应关系,通过供试材料产量构成因素的旱、水表现,分析在各因素形成时期的抗旱性。分别以抗旱系数和抗旱指数作为评价抗旱性的指标,通过聚类分析供试材料的遗传多样性。结果发现有些材料表现为全生育期抗旱,而有些材料只在苗期、拔节期、开花期和灌浆期等一个或几个生育时期表现抗旱;有的材料表现为抗旱高产,但有的材料产量水平较低;同时还发现部分抗旱种质资源在灌水条件下有较大的增产潜力。

关键词：小麦抗旱性种质资源遗传多样性抗旱系数抗旱指数聚类分析