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玉米籽粒皱缩突变体sh2021的表型分析和基因定位

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华南农业大学学报 2023年第5期44卷 750-759页

作者：任文闯王欣张亚辉汤蕴琦黄君华南农业大学农学院广东广州510642

【目的】分析玉米籽粒皱缩突变体的表型特征并进行籽粒相关基因的精细定位,为揭示该基因调控玉米籽粒发育的分子机制奠定基础。【方法】以玉米自交系‘B73’种植过程中籽粒自发突变个体为材料,命名为shank2021(sh2021),对其形态学和细... 详细信息

【目的】分析玉米籽粒皱缩突变体的表型特征并进行籽粒相关基因的精细定位,为揭示该基因调控玉米籽粒发育的分子机制奠定基础。【方法】以玉米自交系‘B73’种植过程中籽粒自发突变个体为材料,命名为shank2021(sh2021),对其形态学和细胞学特征进行观察;构建分离群体,通过混合群体分离分析法(Bulked segregant analysis,BSA)对基因进行初步定位,筛选交换单株进一步缩小定位区间,最后结合转录组测序及基因功能注释推测控制籽粒缺陷性状的候选基因。【结果】与野生型相比,sh2021籽粒凹陷皱缩、颜色加深、籽粒排列不规则,且百粒质量降低。扫描电镜观察发现,与野生型相比,sh2021胚乳细胞和淀粉粒均显著变小,且淀粉粒大小不均匀。遗传分析结果表明,sh2021是由单个隐性基因突变所致。利用BSA分析方法将目的基因定位在3号染色体末端约13.25 Mb区域。进一步扩大分离群体筛选交换单株,将目的基因定位在标记ID5与ID9之间的529.60 kb范围。通过sh2021和野生型的转录组测序,结合基因功能注释结果,预测Zm00001d044119、Zm00001d044120、Zm00001d044122、Zm00001d044129、Zm00001d044142这5个基因可能是影响玉米籽粒发育的重要候选基因。【结论】sh2021的发现与鉴定为进一步深入解析玉米籽粒发育的遗传机制提供了丰富的试验材料,同时也为后续相关基因的克隆和功能解析奠定了基础。

关键词：玉米籽粒皱缩突变体遗传分析精细定位

包穗突变体sui1-5鉴定及OsPSS1互作蛋白筛选

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作物学报 2023年第3期49卷 597-607页

作者：杨晔孙琦邢欣欣张海涛赵志超程治军安徽农业大学农学院安徽合肥230036 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

包穗是水稻生产上的不利性状,表现为倒一节间伸长异常,穗部不能正常从叶鞘伸出。目前,已经鉴定报道了多个包穗性状突变体,但对该性状产生的分子机制认识仍然有限。OsPSS1/SUI1是一个磷脂酰丝氨酸合酶的编码基因,该基因突变会引起突变体s... 详细信息

包穗是水稻生产上的不利性状,表现为倒一节间伸长异常,穗部不能正常从叶鞘伸出。目前,已经鉴定报道了多个包穗性状突变体,但对该性状产生的分子机制认识仍然有限。OsPSS1/SUI1是一个磷脂酰丝氨酸合酶的编码基因,该基因突变会引起突变体sui1-4的倒一节间严重缩短。我们鉴定到了一个新的OsPSS1/SUI1等位突变体sui1-5,该突变体倒一节间缩短程度明显减轻。测序发现突变体中基因SUI1的第7个外显子存在1个单碱基G→T替换,导致甘氨酸突变为缬氨酸。为了研究OsPSS1的功能,我们通过酵母筛库发现了一个与OsPSS1互作的蛋白GH9A3,并通过酵母双杂交、荧光素酶互补(LCI)和双分子荧光互补(BIFC)实验加以验证。GH9A3是GH9基因家族成员,编码内切-1,4-β葡聚糖酶,推测是细胞壁成分纤维素合成的一个关键酶。在苗期,SUI1和互作蛋白编码基因GH9A3的表达量并不同步,GH9A3在sui1-5的表达量上调。但是在拔节抽穗期,SUI1和GH9A3在sui1-5中的表达量都相应降低,其他纤维素合酶CESAs家族基因的表达量在sui1-5中也明显降低。这些结果为进一步研究OsPSS1的功能奠定了一定的理论基础。

关键词：包穗 SUI1 GH9A3 精细定位纤维素合酶

水稻内外稃异常发育突变体blg1(beak like grain 1)的表型分析与精细定位

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中国水稻科学 2023年第3期37卷 225-232页

作者：沈雨民陈明亮熊焕金熊文涛吴小燕肖叶青江西省农业科学院水稻研究所/水稻国家工程实验中心(南昌) 南昌330200

【目的】水稻花器官的正常发育对水稻的成功繁殖和产量至关重要。对水稻花器官发育相关基因进行遗传定位,可以完善和丰富其花器官发育调控网络,对水稻育种具有指导意义。【方法】从育种材料中分离鉴定出一个内外稃发育异常的突变体blg1,... 详细信息

【目的】水稻花器官的正常发育对水稻的成功繁殖和产量至关重要。对水稻花器官发育相关基因进行遗传定位,可以完善和丰富其花器官发育调控网络,对水稻育种具有指导意义。【方法】从育种材料中分离鉴定出一个内外稃发育异常的突变体blg1,对blg1突变体和对照株系花器官形态进行了观察。将该突变体与Dular杂交,构建F2群体,对突变表型进行遗传分析,并对BLG1基因进行了精细定位和候选基因分析。【结果】表型观察显示,blg1突变体表现为内外稃不能正常闭合、稃间弯曲严重、籽粒变小等。遗传分析表明,blg1的突变性状由一对隐性核基因控制。通过精细定位,将目标基因定位于第5染色体长臂末端InD3和InD5两个标记之间,物理距离为50 kb,包含8个开放阅读框。通过分析,LOC_Os05g48760可能是BLG1基因的候选基因。【结论】BLG1是一个控制水稻内外稃发育的新基因。

关键词：水稻内外稃精细定位

一个水稻穗部突变体zhao1的遗传和连锁分析

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植物遗传资源学报 2023年第6期24卷 1716-1724页

作者：欧阳晨林赵志超邢欣欣柳波娟张海涛程治军安徽农业大学农学院合肥230026 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

穗顶部退化型在生产中十分常见,它影响穗粒数、结实率和单株产量,需要在育种实践中尽量避免;而直立密穗型是一种能够适应密植栽培的穗型。分离和克隆这两个性状的相关基因对水稻的分子设计育种具有重要意义。本研究报道了一个水稻穗部... 详细信息

穗顶部退化型在生产中十分常见,它影响穗粒数、结实率和单株产量,需要在育种实践中尽量避免;而直立密穗型是一种能够适应密植栽培的穗型。分离和克隆这两个性状的相关基因对水稻的分子设计育种具有重要意义。本研究报道了一个水稻穗部突变体zhao1的研究结果。zhao1表现为密穗和穗顶部退化的双重表型,利用该材料与IRAT129杂交,F2群体中分离出穗型和顶部退化两个独立遗传的性状。遗传分析表明,直立密穗性状为单基因显性性状,而穗顶部退化性状可能涉及不多于两对的基因。分别对这两个性状开展了连锁分析和图位克隆,发现密穗性状的候选基因为DEP1,其突变方式与dep1的突变方式相同。穗顶部退化性状的连锁和图位克隆结果将穗顶部退化候选基因确定在第3号染色体6.85~6.93 Mb区间内。该区间包含8个推测的基因,其中基因LOC_Os03g12790的表达量下调了27倍,是可能的候选基因,为最终克隆穗顶部退化候选基因奠定了基础。

关键词：水稻直立密穗穗顶部退化精细定位

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大豆突变体ygl2黄绿叶基因的精细定位

作物学报 2022年第4期48卷 791-800页

作者：王好让张勇于春淼董全中李微微胡凯凤张明明薛红杨梦平宋继玲王磊杨兴勇邱丽娟中国农业科学院作物科学研究所北京100081 黑龙江省农业科学院克山分院黑龙江齐齐哈尔161606 东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030

叶片是大豆进行光合碳同化的主要器官,其颜色与光能的捕获力和转化效率有关,也与大豆的产量密切相关。因此,大豆叶色相关基因的挖掘对从光合碳同化途径解析大豆产量问题具有重要意义。黄绿叶是区别于大豆普通绿色叶片的突变类型,是研究... 详细信息

叶片是大豆进行光合碳同化的主要器官,其颜色与光能的捕获力和转化效率有关,也与大豆的产量密切相关。因此,大豆叶色相关基因的挖掘对从光合碳同化途径解析大豆产量问题具有重要意义。黄绿叶是区别于大豆普通绿色叶片的突变类型,是研究大豆叶色相关基因的重要遗传材料。本研究发现了一个黄绿叶突变体ygl2(yellow-green leaf 2),该突变体是由大豆品系GL11自然突变而来,其黄绿叶表型可以稳定遗传。与绿叶野生型GL11相比较,突变体ygl2叶片中叶绿素含量极显著降低,株高、百粒重、蛋白含量均存在显著差异。利用GL11和ygl2构建分离群体,遗传分析表明,ygl2的黄绿叶表型受1对隐性核基因控制,利用分离群体将黄绿叶基因ygl2定位于2号染色体末端SSR标记02_104到02_107之间,区间物理距离为56.1 kb,包含9个基因。本研究结果为大豆黄绿叶基因图位克隆及分子标记辅助育种奠定了基础。

关键词：大豆黄绿叶突变体遗传分析精细定位

棉花衣分qLPA13.1精细定位及候选基因分析

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棉花衣分qLPA13.1精细定位及候选基因分析

作者：何海伦西南大学

学位级别：硕士

棉花是全球主要的天然纤维作物,也是纺织工业的重要原材料,具有很高的研究和应用价值。目前我国原棉生产量位居世界第一,但仍难以满足我国的棉花消费需求,每年的棉花缺口约为200万吨。因此,培育高产优质的新品种仍是目前棉花育种的首要... 详细信息

棉花是全球主要的天然纤维作物,也是纺织工业的重要原材料,具有很高的研究和应用价值。目前我国原棉生产量位居世界第一,但仍难以满足我国的棉花消费需求,每年的棉花缺口约为200万吨。因此,培育高产优质的新品种仍是目前棉花育种的首要目标。陆地棉作为全球种植最多的栽培种,种植面积达到了95%左右,具有产量高、适应性广的优点。然而,经过长期驯化和人为选择,优良性状集中在少数几个品种上,造成种内遗传多样性狭窄。毛棉作为五个异源四倍体野生棉种之一,具有遗传多样性丰富的特点,引入毛棉对拓宽陆地棉的遗传基础,培育高产优质棉花新品种具有重要意义。衣分是指皮棉占籽棉的重量,也是构成棉花产量的三因素之一。实验室前期以CCRI35和毛棉回交创建559个BCF株系,并进行产量、纤维品质性状鉴定。本研究在此基础上,选择低衣分品系HT＿333与CCRI 35杂交构建F和F分离群体,对分离群体产量进行表型分析,筛选极端单株,构成衣分极端池。结合实验室前期构建的遗传图谱,筛选多态性引物进行单标记关联分析,定位衣分相关QTL;开发In Del标记,对衣分QTL区间加密进行精细定位筛选候选基因。主要研究结果如下:(1)群体性状分析利用HT＿333与CCRI 35杂交构建包含2030个单株的(CCRI 35×HT＿333)F群体,对产量和纤维品质性状分析表明:这些性状均呈现连续分布,存在超亲分离现象,群体各个性状的峰度和偏度绝对值均小于1,频数分布图都近似正态分布。F群体的产量和纤维品质相关性分析表明衣分与其他产量和纤维品质性状均呈显著相关性。(2)BSA分析法挖掘衣分相关QTL根据(CCRI 35×HT＿333)F群体衣分表型,筛选出92个高衣分和低衣分的极端单株,构建衣分BSA混池。利用实验前期构建的(CCRI 35×毛棉)F高密度遗传连锁图,选择267个覆盖26条染色体的SSR标记,检测CCRI 35和HT＿333之间多态性,随后利用34对多态性引物检测92个单株基因型,进行单标记关联分析,结合衣分表型数据在A13染色体前端粒标记SWU21717和NAU0856位置检测到一个衣分相关QTL。(3)第13染色体衣分QTL精细定位根据陆地棉TM-1和毛棉参考基因组序列,在第A13染色体前端粒SWU21717和NAU0856附近设计In Del标记,对该区间进行加密,将筛选出的7对有多态性的In Del标记和SSR标记SWU21717、NAU0856检测(CCRI 35×HT＿333)F群体2030个单株的基因型,结合群体单株衣分表型性状,将q LPA13.1定位在A13-0.0961和A13-0.296之间,遗传距离为0.2 c M,LOD值为48.56,解释表型变异11%,加性效应为1.56%,有利等位基因来源于CCRI 35。随后对在QTL区域重组的共计486个F株系进一步检测q LPA13.1,其LOD值为5.83,加性效应为1.01%,解释表型变异5.6%,有利等位基因来源于CCRI 35。利用替换作图方法将QTL区域不同重组类型的性状与基因型比较,最终将q LPA13.1定位在A13-0.0961和A13-0.193标记之间。(4)第13染色体衣分候选基因分析In Del标记A13-0.0961和A13-0.193对应陆地棉参考基因组A13染色体的物理距离为97Kb,对应的毛棉参考基因组物理距离为96Kb,区间内包含11个相同的注释基因。基于转录组数据、荧光定量结果和同源基因功能分析,最终筛选出3个可能与衣分相关的候选基因:GH＿A13G0010(b ZIP17)、GH＿A13G0011(Gh CYP98A2)和GH＿A13G0019(Gh ORC4)。本研究通过BSA法结合分子标记辅助选择技术定位衣分主效QTL,筛选到衣分相关候选基因,为进一步改良衣分性状奠定基础。

关键词：陆地棉 BSA 衣分精细定位候选基因

水稻明恢826光身基因GL826的精细定位与候选基因分析

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核农学报 2024年第3期38卷 413-423页

作者：韦新宇张文静曾跃辉肖长春张锐黄建鸿许旭明三明市农业科学研究院生物技术研究所福建三明365500 福建省(山区)作物遗传改良与创新利用重点实验室福建三明365500 三明市农业科学研究院水稻研究所福建三明365500

光身稻是一种重要的种质资源,在杂交水稻育种中具有重要的利用价值,其中明恢826(MH826)是自主选育的优良光身稻恢复系。为探究MH826光身基因功能和分子机制,本研究对MH826光身表型进行鉴定、对光身基因进行精细定位和候选基因分析。扫... 详细信息

光身稻是一种重要的种质资源,在杂交水稻育种中具有重要的利用价值,其中明恢826(MH826)是自主选育的优良光身稻恢复系。为探究MH826光身基因功能和分子机制,本研究对MH826光身表型进行鉴定、对光身基因进行精细定位和候选基因分析。扫描电镜分析结果发现,其叶片和籽粒颖壳表现为表面光滑,未观察到明显的尖刺状表皮毛特征。利用MH826分别与具有明显表皮毛特性的水稻品种华占、明恢2155和9311杂交构建的F1和F2代分离群体对MH826光身基因进行遗传学分析,结果表明,MH826的光身性状由单个细胞核隐性基因控制,并将其命名为GL826(Glabrous Leaf 826)。进一步应用MH826与华占杂交获得的F2分离群体,结合分离群体分析法(BSA)和隐性群体分析法(RCA),并通过Mapmaker/Exp3.0和MapDraw v2.1软件分析,将光身基因GL826精细定位在水稻第5号染色体短臂端,且位于分子标记InDel-70和InDel-11之间,相对遗传距离均为0.2 cM。区间物理距离为141.03 kb,共预测有23个开放阅读框,其中LOC_Os05g02730功能注释为已报道的和水稻表皮毛发育相关基因。测序分析结果发现,MH826中候选基因LOC_Os05g02730在编码区和启动子区均未存在DNA水平上的碱基变异。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果表明,LOC_Os05g02730在MH826不同生长发育阶段的叶片、茎和幼穗中的表达受到了严重抑制,表现为不同程度的下调。推测候选基因LOC_Os05g02730即为GL826。本研究结果为光身稻恢复系MH826及其光身基因GL826在杂交水稻育种上的进一步应用提供了理论基础。

关键词：水稻明恢826 光身基因精细定位候选基因分析

一个水稻穂部突变体zhao1的遗传和连锁分析

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植物遗传资源学报 2023年

作者：欧阳晨林邢欣欣柳波娟张海涛程治军中国农业科学院作物科学研究所安徽农业大学农学院

穂顶部退化型在生产中十分常见，它影响穗粒数、结实率和单株产量，需要在育种实践中尽量避免；而直立密穂型是一种能够适应密植栽培的穗型。分离和克隆这两个性状的相关基因对水稻的分子设计育种具有重要意义。本研究报道了一个水稻穗... 详细信息

穂顶部退化型在生产中十分常见，它影响穗粒数、结实率和单株产量，需要在育种实践中尽量避免；而直立密穂型是一种能够适应密植栽培的穗型。分离和克隆这两个性状的相关基因对水稻的分子设计育种具有重要意义。本研究报道了一个水稻穗部突变体zhao1的研究结果。zhao1表现为密穗和穗顶部退化的双重表型，利用该材料与IRAT129杂交，F2群体中分离出穗型和顶部退化两个独立遗传的性状。遗传分析表明，直立密穂性状为单基因显性性状，而穂顶部退化性状可能涉及不多于两对的基因。分别对这两个性状开展了连锁分析和图位克隆发现，密穗性状的候选基因为DEP1，其突变方式与dep1的突变方式相同。对穂顶部退化性状的连锁和图位克隆结果将穗顶部退化候选基因确定在第3号染色体6.85-6.93 Mb区间内。该区间包含8个推测的基因，其中基因LOC＿Os03g12790的表达量下调了27倍，是可能的候选基因，为最终克隆穗顶部退化候选基因奠定了基础。

关键词：水稻直立密穂穂顶部退化精细定位

水稻包穗突变体sui2的遗传分析和基因精细定位

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作物学报 2020年第11期46卷 1734-1742页

作者：孙琦赵志超张瑾晖张锋程治军邹德堂东北农业大学寒地粮食作物种质创新与生理生态教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150030 中国农业科学院作物科学研究所北京100081

水稻穗下倒一节间的伸长和发育对株型的形成起着重要作用,在水稻不育系中常见的包穗现象是由于穗下倒一节间的伸长和发育受阻造成的,深入研究水稻包穗分子机制能为水稻不育系株型的改良提供一定的理论意义。我们在粳稻Kitaake的组织培... 详细信息

水稻穗下倒一节间的伸长和发育对株型的形成起着重要作用,在水稻不育系中常见的包穗现象是由于穗下倒一节间的伸长和发育受阻造成的,深入研究水稻包穗分子机制能为水稻不育系株型的改良提供一定的理论意义。我们在粳稻Kitaake的组织培养后代中获得了1个包穗突变体sui2,其穗部被剑叶叶鞘包裹程度处于半包裹和全包裹之间,倒一节间严重缩短细胞学形态分析表明,倒一节间的缩短是由于节间薄壁细胞的伸长生长不足造成的。通过对sui2与IRAT129杂交后代分析表明,sui2为单基因显性突变。对该组合F2的608个正常单株遗传定位分析结果表明,候选基因SUI2被精细定位在4号染色体长臂端,由InDel标记S4-14.1和S4-14.2界定的110 kb的区域内。该区间内的编码基因在基因组序列水平上无差异,而基因LOC_Os04g39430表达量在突变体中升高了264倍,该基因编码1个参与油菜素内酯(brassinolide,BR)合成的细胞色素P450蛋白,是D11的等位基因。qRT-PCR分析结果表明,突变体中BR信号途径的基因表达量增高,预示着BR信号途径的基因可能参与了穗下倒一节间的伸长和发育的调控。

关键词：水稻包穗精细定位 SUI2 BR信号途径的基因