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Positional cloning of PmCH1357 reveals the origin and allelic variation of the Pm2 gene for powdery mildew resistance in wheat

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The Crop Journal 2019年第6期7卷 771-783页

作者： Fang Chen Haiyan Jia Xiaojun Zhang linyi qiao Xin Li Jun Zheng Huijuan Guo Carol Powers Liuling Yan Zhijian Chang College of Life Science Shanxi UniversityTaiyuan 030006ShanxiChina The Shanxi Province Key Laboratory of Crop Genetics and Gene Improvement Institute of Crop ScienceShanxi Academy of Agricultural SciencesTaiyuan 030031ShanxiChina Department of Plant and Soil Sciences Oklahoma State UniversityStillwaterOK 74078USA The Applied Plant Genomics Laboratory of Crop Genomics and Bioinformatics Centre Nanjing Agricultural UniversityNanjing 210095JiangsuChina Institute of Wheat Research Shanxi Academy of Agricultural SciencesLinfen 041000ShanxiChina

Powdery mildew, caused by the biotrophic fungus Blumeria graminis f. sp. tritici(Bgt), is a prevalent disease in common wheat(Triticum aestivum L.) and causes serious yield losses worldwide. We used a map-based approach to clone the major broad-spectrum powdery mildew resistance gene Pm CH1357 from wheat breeding line CH1357. Pm CH1357 was mapped to a 526 kb region containing only Traes CS5 D01 G044600. The Traes CS5 D01 G044600 sequence of the susceptibility allele in Taichung 29(TC29) was identical to that in Chinese Spring, whereas the sequence of the resistance allele in CH1357 was identical to Pm2a previously cloned from the germplasm Ulka/*8Cc. The susceptibility allele in TC29 contained a 7 bp deletion in exon 1, resulting in loss of 856 of the 1277 amino acids in the predicted nucleotide-binding domain leucine-rich repeat containing Pm2a *** CH1357/Pm2a sequence was also isolated from the Chinese wheat landraces and cultivars that were previously reported to possess the resistance gene Pm2b, Pm2c,PmLX66, or PmND399. The Pm CH1357/Pm2a resistance allele was present in 10 of 495 accessions in core germplasm and contemporary cultivars from China and the USA. A newly developed diagnostic marker for the 7 bp In Del in the resistance gene can be used to eliminate the susceptibility allele in wheat breeding programs.

关键词： Map-based cloning Natural variation Bgt isolate E09 Triticum aestivum Molecular breeding

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小麦苗期盐胁迫下DREB基因的表达

西北植物学报 2022年第9期42卷 1477-1486页

作者：张蕾魏爱丽张晓军畅志坚乔麟轶太原师范学院生物系山西晋中030619 山西农业大学农学院/作物遗传与分子改良山西省重点实验室太原030031

为了从全基因组和转录组水平鉴定响应盐胁迫的小麦DREB(dehydration responsive element binding,DREB)基因,该研究对小麦耐盐材料CH7034苗期施加盐胁迫后的根部样本进行Illumina转录组测序,从中分离TaDREB家族成员的表达数据和可变剪... 详细信息

为了从全基因组和转录组水平鉴定响应盐胁迫的小麦DREB(dehydration responsive element binding,DREB)基因,该研究对小麦耐盐材料CH7034苗期施加盐胁迫后的根部样本进行Illumina转录组测序,从中分离TaDREB家族成员的表达数据和可变剪接信息,并对其下游靶基因进行预测;利用qRT-PCR对盐胁迫响应TaDREB成员和预测靶基因进行验证。结果显示:(1)从小麦中共鉴定出48个DREB成员(204个拷贝序列),命名为TaDREB1~TaDREB48,分布于21条染色体。(2)TaDREB家族分为14组(G1~G14),位于G2、G5、G10和G14的TaDREB成员受NaCl胁迫后转录水平均无显著变化,其余组中共有25个(52%)TaDREB成员表现出对盐胁迫不同程度的响应;其中有9个成员在盐胁迫后持续上调(含5个新报道基因),有2个成员表现为持续下调;蛋白互作预测结果显示,下调成员TaDREB35的编码蛋白可能会受到1个小麦RING型E3泛素连接酶作用而降解。(3)盐胁迫后有9个成员TaDREB3、TaDREB6、TaDREB16、TaDREB19、TaDREB21、TaDREB24、TaDREB25.12、TaDREB43和TaDREB47发生了可变剪切变化。(4)从转录组差异表达基因中进一步鉴定出3个起始密码子上游2000 bp序列,包含DRE/CRT元件且在A/B/D组间表达趋势一致的候选靶基因TaRD29、TaGLOS和TaCKX。(5)qRT-PCR验证结果显示,上调成员中,除TaDREB19外,其余成员以及TaDREB16均表现出持续上升的趋势;下调成员中只有TaDREB25和TaDREB35的表达量呈持续下降的趋势;3个预测靶基因的表达量均持续上升,验证结果与转录组测序结果一致。该研究鉴定出的11个盐胁迫响应TaDREB成员以及预测的3个下游靶基因为小麦耐盐机制解析和分子育种奠定了基础。

关键词：小麦盐胁迫转录组 DREB基因

高粱SBP-box基因家族全基因组鉴定及表达分析

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遗传 2016年第6期38卷 569-580页

作者：常建忠闫凤霞乔麟轶郑军张福耀柳青山山西省农业科学院旱地农业研究中心农业部黄土高原作物基因资源和种质创制重点实验室太原030031 山西省农业科学院高粱研究所高粱遗传与种质创新山西省重点实验室晋中030600 山西省农业科学院作物科学研究所太原030031

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box(SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)... 详细信息

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box(SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)全基因组中鉴定出18个SBP-box基因,分布于9条染色体上,其中8个基因位于基因组重复区域。系统发育分析表明高粱SBP-box基因家族可分为6个亚家族,其中Sb SBP12、Sb SBP3和Sb SBP15分别与玉米Zm LG1、Zm TGA1和Zm UB2/3直系同源。基于RNA-seq数据的表达分析发现高粱SBP-box基因在花序原基中表达量最高,Sb SBP9和Sb SBP17为花序原基特异表达基因,Sb SBP5、Sb SBP8和Sb SBP18等基因受外源ABA和PEG胁迫上调表达,表明SBP-box基因可能参与高粱对非生物逆境的响应。本研究为高粱SBP-box家族重要基因的克隆提供了参考,相关基因可作为高粱遗传改良的候选基因。

关键词：高粱 SBP—box基因家族系统进化分析表达分析

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粗山羊草CCT家族基因序列分析及激素响应

植物学报 2017年第2期52卷 188-201页

作者：郑军乔玲赵佳佳乔麟轶张世昌常建忠汤才国杨三维山西省农业科学院小麦研究所临汾041000 山西省农业科学院作物科学研究所作物遗传与分子改良山西省重点实验室太原030031 中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所合肥230031

开花是植物生长发育的重要过程。CCT家族基因在植物中广泛存在,参与植物花期的调控过程。该文从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出26个CCT基因,它们分布于7对染色体上,按照排列顺序将其命名为AetCCT1–26。AetCCT蛋白分子量... 详细信息

开花是植物生长发育的重要过程。CCT家族基因在植物中广泛存在,参与植物花期的调控过程。该文从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出26个CCT基因,它们分布于7对染色体上,按照排列顺序将其命名为AetCCT1–26。AetCCT蛋白分子量介于14.9 kDa(AetCCT3)–83.2 kDa(AetCCT12)之间,其中有25个蛋白包含完整的CCT保守结构域。系统发育分析显示,12对粗山羊草/乌拉尔图小麦(Triticum urartu)CCT蛋白和9对粗山羊草/水稻(Oryza sativa)CCT蛋白为直系同源蛋白。通过公共数据的数字表达分析表明,AetCCT具有组织特异性和组成型2种表达形式,其中AetCCT3、AetCCT4、AetCCT7及AetCCT9等9个基因在大部分组织中都有表达,而AetCCT15、AetCCT21和AetCCT25等基因分别在种子、叶和根等少数组织中特异表达。AetCCT家族可以响应不同外源激素,施用激素24小时和72小时后各成员对激素响应整体表现一致,但不同成员对于不同激素的响应存在差异,表明该家族成员在功能和行使方式等方面具有一定的多样性,可能参与不同生长发育过程。光照条件影响AetCCT的表达,说明光照和春化作用是影响与调控该家族基因表达的重要因素。研究结果有助于探索小麦(***)进化、驯化和演变的规律,以及认识重要农艺性状的形成与互作网络。

关键词：粗山羊草 CCT基因家族序列分析激素响应

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小麦三雌蕊性状的遗传分析与连锁标记开发

西北植物学报 2021年第11期41卷 1818-1824页

作者：侯光生闫贵云李欣乔麟轶常利芳张晓军畅志坚山西农业大学农学院/作物遗传与分子改良山西省重点实验室山西农业大学农学院山西太谷030801

CH257是‘三粒小麦’与普通小麦‘石优20’回交3次后选育的一个三雌蕊材料,可大幅度增加小麦的穗粒数。为了解析小麦三雌蕊性状的遗传方式,挖掘其控制基因并开发相关分子标记,该研究利用CH257和‘中国春’配制组合,获得其F_(1)、F_(2)和... 详细信息

CH257是‘三粒小麦’与普通小麦‘石优20’回交3次后选育的一个三雌蕊材料,可大幅度增加小麦的穗粒数。为了解析小麦三雌蕊性状的遗传方式,挖掘其控制基因并开发相关分子标记,该研究利用CH257和‘中国春’配制组合,获得其F_(1)、F_(2)和BC_(1)F_(1)群体进行遗传分析;使用纯合正常和纯合三雌蕊F_(2)株系,采用分离群体分组分析法(bulked segrgant analysis,BSA)构建单雌蕊、三雌蕊混池进行90K基因芯片扫描,根据芯片结果在相应区段开发分子标记。结果表明:CH257中三雌蕊的发育受1对显性单基因Pis-CH257控制;使用90K基因芯片扫描将Pis-CH257定位于2DL染色体上,在2DL相应区段开发标记,共获得5个与Pis-CH257连锁的共显性SSR标记,其顺序为2DL07、2DL17、2DL22、Pis-CH257、2DL25、2DL38,Pis-CH257两侧的连锁标记2DL22、2DL25与其遗传距离分别为1.1cM和2.5cM。本研究结果为克隆控制小麦三雌蕊性状的基因奠定了基础。

关键词：小麦三雌蕊遗传分析定位基因芯片

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小偃麦衍生系萌发期和成株期抗旱性综合评价

植物遗传资源学报 2023年第5期24卷 1321-1333页

作者：常利芳乔彦玮陈芳乔麟轶郭慧娟李欣张树伟畅志坚张晓军山西农业大学农学院太原030031

干旱是影响小麦高产稳产的最突出因素之一。筛选优异抗旱种质资源、培育抗旱品种,对小麦育种及产业发展具有重要意义。本研究分别在种子萌发期和成株期对180份小偃麦高代稳定衍生系进行了抗旱性鉴定,通过测定根长、生物量以及产量相关性... 详细信息

干旱是影响小麦高产稳产的最突出因素之一。筛选优异抗旱种质资源、培育抗旱品种,对小麦育种及产业发展具有重要意义。本研究分别在种子萌发期和成株期对180份小偃麦高代稳定衍生系进行了抗旱性鉴定,通过测定根长、生物量以及产量相关性状,结合主成分分析、隶属函数分析和相关分析对其不同生育时期的抗旱性进行综合评价。结果表明,不同生育时期的干旱胁迫均导致抗旱相关指标的显著降低,种子萌发期以叶鲜重、根鲜重、苗高和最大根长降低最多,成株期以株高、单株产量降低最多。不同生育时期各测定指标的抗旱系数分布均有明显差异。种子萌发期和成株期的综合抗旱评价D值之间相关性不显著,成株期抗旱综合评价D值与单株产量、萌发期最大根长和叶干重抗旱系数呈显著相关。基于主成分分析和隶属函数分析的抗旱性综合评价D值划分小偃麦衍生系的抗旱等级,其中萌发期有24份、成株期有28份衍生系均为极强抗旱型。综合评价筛选出11份在萌发期和成株期均表现较强抗旱性的小偃麦衍生系,可以作为小麦抗旱育种及遗传研究的优异种质资源。

关键词：小偃麦衍生系抗旱性隶属函数法主成分分析综合评价

山西小麦育成品种农艺性状演变趋势及关联分析

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中国农业科技导报 2020年第3期22卷 14-23页

作者：刘筱颖李晓华郑兴卫乔玲赵佳佳葛川乔麟轶张树伟郑军山西省新绛县原种场山西运城043100 山西省农业科学院小麦研究所山西临汾041000 山西省科技情报所太原030000

为了解山西省小麦种质资源的产量和农艺性状特征,以山西省建国以来审定品种为材料,在系统获得抽穗期、小穗数、千粒重、穗粒数、株高、穗长、穗颈长、穗下节间、沟数、分蘖、旗叶面积、旗叶长、旗叶宽等17个农艺性状表型数据基础上,进... 详细信息

为了解山西省小麦种质资源的产量和农艺性状特征,以山西省建国以来审定品种为材料,在系统获得抽穗期、小穗数、千粒重、穗粒数、株高、穗长、穗颈长、穗下节间、沟数、分蘖、旗叶面积、旗叶长、旗叶宽等17个农艺性状表型数据基础上,进行农艺性状演变趋势及关联分析。结果表明,在育种过程中不同性状的变异程度不同,其中穗颈长的变异系数最高,小穗数的变异系数最低;随着品种选育时间变化,农艺性状也随之发生变化。株型方面,平均株高由110~120 cm降低到75~90 cm,整体株型得到明显改进,由高秆披叶变为矮杆直叶,受光状态显著改善;产量性状方面,分蘖数趋于稳定,千粒重、穗粒数和小穗数不断提高;小穗数和穗粒数与千粒重相关性未达到显著水平,穗粒数与小穗数呈显著正相关,说明在山西省小麦发展历程中小穗数和穗粒数有协同提高趋势。关联分析发现33个SSR标记与农艺性状显著关联,单个标记对表型变异的解释率为5.6%~25.3%,这些标记可为分子标记辅助育种提供理论参考。

关键词：山西小麦品种农艺性状关联分析

197份小偃麦渗入系抗条锈病评价与分子鉴定

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分子植物育种 2019年第8期17卷 2573-2578页

作者：陈芳李锐乔麟轶梅超郭慧娟张晓军李欣畅志坚山西大学生命科学学院太原030006 山西省农业科学院作物科学研究所作物遗传与分子改良山西省重点实验室太原030031 山西省主要农作物种质创新与分子育种重点科技创新平台太原030031

由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. Tritici, Pst)引起的小麦条锈病是世界范围内小麦主要病害之一,培育和种植抗病品种是控制该病害的最有效措施。本研究利用流行条锈菌小种CYR32、CYR33和CYR34对育成的197份小偃麦高代渗入系... 详细信息

由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. Tritici, Pst)引起的小麦条锈病是世界范围内小麦主要病害之一,培育和种植抗病品种是控制该病害的最有效措施。本研究利用流行条锈菌小种CYR32、CYR33和CYR34对育成的197份小偃麦高代渗入系在成都进行成株期抗条锈病鉴定,并利用Yr50和Yr69的连锁标记进行分子检测,挖掘可能含有新抗病位点的材料,从而为小麦抗病育种拓宽抗源。结果表明:197份小偃麦高代渗入系中,筛选出156个能抗条锈菌小种的株系;结合标记检测结果,筛选到34份含Yr50特征带型的材料,75份含Yr69特征带型的材料,22份材料同时含有Yr50和Yr69的特征带型,其余材料未检测到上述抗条锈病基因。推测这些抗性株系可能具有新的抗条锈病基因。该研究结果将为小麦抗条锈病品种的选育提供新抗源并为发掘新的抗条锈病基因提供依据。

关键词：小麦条锈病偃麦草渗入系抗条锈病基因 Yr50分子检测 Yr69分子检测

小麦盐胁迫响应相关ERF基因的分离和初步验证

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核农学报 2021年第5期35卷 1039-1047页

作者：李世姣张晓军乔麟轶贾举庆常利芳张树伟畅志坚李欣山西大学生物工程学院山西太原030006 山西农业大学农学院山西太谷030800

隶属于AP2/ERF超家族的乙烯响应因子(ERF)是植物抵御盐胁迫过程中的一类重要基因,为了减轻盐渍土地对小麦产量的负面影响,本研究从小麦全基因组中分离了AP2/ERF超家族,根据聚类结果和结构特征从中鉴定出96个ERF家族成员,在A、B、D基因... 详细信息

隶属于AP2/ERF超家族的乙烯响应因子(ERF)是植物抵御盐胁迫过程中的一类重要基因,为了减轻盐渍土地对小麦产量的负面影响,本研究从小麦全基因组中分离了AP2/ERF超家族,根据聚类结果和结构特征从中鉴定出96个ERF家族成员,在A、B、D基因组中共有229个拷贝序列;通过聚类分析和转录组数据分析筛选出13个与已克隆耐盐ERF基因相似性高或受NaCl诱导的TaERF成员,随后利用小麦抗感材料验证13个TaERF成员在受250 mmol·L^(-1)NaCl处理后的表达水平变化情况,结果显示,TaERF27、TaERF35、TaERF55和TaERF64在耐盐材料CH7034中受NaCl胁迫后显著上调,而在盐敏感品种SY95-71中无明显变化,推测其可能为盐胁迫响应基因;组织特异表达和启动子调控元件分析结果显示这4个基因在CH7034苗期根和叶中均具有较高的表达水平,并且每个基因起始密码子前2000 bp区域内包含脱落酸、水杨酸和茉莉酸等多种植物激素响应元件,推测它们可能参与植物多种非生物胁迫信号转导通路。本研究结果有助于理解植株应对非生物胁迫的分子机制,并为小麦品种耐盐性改良提供了参考基因。

关键词：小麦盐胁迫乙烯响应因子(ERF)