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干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1034-1049页

作者：高晨曦郝陆洋胡悦李永祥张登峰李春辉宋燕春石云素王天宇黎裕刘旭洋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

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系，以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性... 详细信息

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系，以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系，开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定；利用全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平；同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析；通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因，并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7，分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下，自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异，而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析，分别检测到333 754和333 296个转座子插入，其中，有89 954个转座子插入在2个自交系间具有多态性。基因组DNA甲基化分析表明，转座子、内含子和启动子区域较外显子和非编码区呈现较高的CG和CHG甲基化水平，经差异甲基化分析，在2个自交系间共检测到41 352个差异甲基化区域，其中60%的差异甲基化区域位于转座子插入缺失变异的上下游5 kb范围内。基因表达水平与基因的CG和CHG甲基化水平负相关，在2个自交系干旱下的叶片和根系中分别鉴定到4 196和3 500个差异表达基因，其中19.5%和19.7%与差异甲基化区域关联。通过对抗旱相关基因ZCN7的研究，发现该基因34 kb区间内的3个LTR类转座子插入，造成自交系旅28在干旱和正常处理下的CG和CHG甲基化显著高于抗旱自交系H082183，并且H082183中ZCN7表达量也显著高于旅28。【结论】揭示了转座子介导的表观遗传调控在玉米响应干旱胁迫中的重要作用，进一步扩展了转座子变异和DNA甲基化调控抗旱基因ZCN7表达的分子机制。

关键词：玉米(Zea mays L.) 抗旱性转座子 DNA甲基化转录组

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大豆种质资源苗期耐盐性鉴定评价与筛选

作物学报 2024年第09期50卷 2179-2186页

作者：孙现军胡正姜雪敏王世佳陈向前张惠媛张辉姜奇彦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中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部粮食作物基因资源评价利用重点实验室

土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量,筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系,设置淡水和NaCl含量为0.9%～1.8%的10个等差梯度,以蛭石为培养基质,大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%... 详细信息

土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量,筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系,设置淡水和NaCl含量为0.9%～1.8%的10个等差梯度,以蛭石为培养基质,大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%盐处理16 d时,不同大豆种质资源耐盐等级四分位差值最大,是大豆苗期耐盐鉴定评价的最适条件。利用大豆苗期耐盐鉴定评价体系对来自国内外的504份大豆种质资源进行苗期耐盐性鉴定评价,耐盐等级为1级、2级、3级、4级、5级的大豆资源依次为46份、146份、157份、79份、76份。利用GmSALT3基因的分子标记对1级耐盐资源进行检测,其中40份(86.96%)大豆材料扩增结果与GmSALT3基因的分子标记结果相符合。为分析大豆苗期鉴定过程中盐胁迫浓度的变化趋势,确立了土壤含盐量(Y,%)与电导率(X,mScm–1)的回归方程:Y=0.278X–0.0618,预测精准度在95%以上。测定统计了从盐处理开始至调查结束时的培养基质含盐量变化趋势,培养基质含盐量基本维持在13 mS cm–1左右。本研究为大豆苗期规模化耐盐性鉴定和培育耐盐新种质提供了技术体系和基础材料。

关键词：大豆种质资源苗期耐盐体系苗期耐盐资源土壤含盐量测定

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基于大刍草渗入系的玉米抗旱优异等位基因挖掘

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作物学报 2024年第8期50卷 1896-1906页

作者：刘爽李珅王东梅沙小茜何冠华张登峰李永祥刘旭洋王天宇黎裕李春辉作物基因资源与育种全国重点实验室/中国农业科学院作物科学研究所北京100081

干旱是影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。为了挖掘玉米优异抗旱基因,本研究基于墨西哥大刍草和玉米自交系PH4CV构建的BC2F6群体,通过苗期抗旱性初步鉴定,筛选出抗旱性强的渗入系TP180。干旱胁迫后发现渗入系TP180较轮回亲本PH4CV萎蔫... 详细信息

干旱是影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。为了挖掘玉米优异抗旱基因,本研究基于墨西哥大刍草和玉米自交系PH4CV构建的BC2F6群体,通过苗期抗旱性初步鉴定,筛选出抗旱性强的渗入系TP180。干旱胁迫后发现渗入系TP180较轮回亲本PH4CV萎蔫程度更小,并且复水后存活率显著高于PH4CV。全基因组基因型鉴定发现,渗入系TP180含有0.6%的墨西哥大刍草导入。通过开展TP180和PH4CV不同水分条件下的转录组测序,在渗入系TP180和PH4CV之间共鉴定了2307个差异表达基因,不同胁迫重叠差异表达基因共122个,这些基因涉及生长素途径,茉莉酸途径等,包含多个转录因子。整合差异表达基因和含大刍草导入区段分析,鉴定出2个抗旱候选基因Zm00001d033050和Zm00001d002025,并进一步开展了RT-PCR分析。本研究为挖掘大刍草中抗旱基因资源提供了重要材料和信息基础。

关键词：玉米大刍草渗入系抗旱转录组分析

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大豆芽期拟茎点种腐病鉴定体系构建及抗性种质筛选

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2092-2101页

作者：苗龙杨蕾许竞好李娜王飞宇邱丽娟王晓波安徽农业大学农学院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/农业农村部作物基因资源与种质创制重点实验室

【目的】以具有拟茎点种腐病不同抗性水平的大豆为试材，建立准确快速的大豆芽期室内病害鉴定体系，并基于170份自然群体大豆筛选出高抗病性品种，为大豆拟茎点种腐病的快速高通量鉴定和抗性品种培育提供方法及材料基础。【方法】选取... 详细信息

【目的】以具有拟茎点种腐病不同抗性水平的大豆为试材，建立准确快速的大豆芽期室内病害鉴定体系，并基于170份自然群体大豆筛选出高抗病性品种，为大豆拟茎点种腐病的快速高通量鉴定和抗性品种培育提供方法及材料基础。【方法】选取已报道拟茎点种腐病抗性品种齐黄34、感病品种Williams，以及中作09-560、z13-631-2、ZDD26268、辰溪青皮豆1和通县黄豆，挑选各品种大小均一、种皮完好的种子，经过消毒后于黑暗中发芽，在不同萌发时长后分别接种拟茎点种腐病病原菌24、48、72和96 h，统计不同侵染时长下种子表层的菌丝覆盖率与种子腐烂率，确定评价大豆拟茎点种腐病的最适鉴定时期。随后，以该时期的种子表层菌丝覆盖率和种子腐烂率作为评价指标，对自然群体170份不同大豆种质进行抗性鉴定，并划分5个抗病等级，筛选出高抗病性品种。【结果】以种子表层的菌丝覆盖率和种子腐烂率作为评价指标，发现不同抗性水平的大豆在萌发96 h后接种拟茎点种腐病病原菌表现出最为明显的表型差异；进一步比较侵染24、48、72和96 h后的发病情况，发现侵染72 h后的不同品种之间抗病差异最为明显，因此，确定萌发96 h后的芽期大豆侵染72 h为评价不同品种拟茎点种腐病抗性水平的最适时期，随后对170份大豆自然品种进行拟茎点种腐病抗性鉴定，并划为高抗、中抗、中感、感病、高感5个抗病等级，其中Ⅰ级（高抗）品种30个、Ⅱ级（中抗）品种51个、Ⅲ级（中感）品种71个、Ⅳ级（感病）品种4个、Ⅴ级（高感）品种14个，表明大豆种质资源对拟茎点种腐病抗性存在广泛变异。【结论】以萌发96 h后的芽期大豆侵染病原菌72 h作为最佳鉴定时期、种子表层的菌丝覆盖率和种子腐烂率作为拟茎点种腐病的评价指标，该鉴定体系具有较高的准确性与可靠性，可为不同品种室内快速高通量鉴定提供有效方法，进一步筛选出30个高抗种质可为抗病品种选育提供材料基础。

关键词：大豆拟茎点种腐病鉴定体系抗病种质评价指标

小麦E3泛素连接酶基因TaSINA-3A与多种环境下的株高和千粒重相关

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作物学报 2024年

作者：赵阳李龙杨进文景蕊莲孙黛珍王景一山西农业大学农学院作物基因资源与育种全国重点实验室/中国农业科学院作物科学研究所

E3泛素连接酶SINA (seven in absentia)家族参与植物的生长发育、免疫共生并响应逆境胁迫。本研究克隆了位于小麦染色体3A上的TaSINA-3A基因，其基因组序列长度为3897 bp，其中启动子区为2001 bp，基因序列为1896 bp，编码244个氨基酸，... 详细信息

E3泛素连接酶SINA (seven in absentia)家族参与植物的生长发育、免疫共生并响应逆境胁迫。本研究克隆了位于小麦染色体3A上的TaSINA-3A基因，其基因组序列长度为3897 bp，其中启动子区为2001 bp，基因序列为1896 bp，编码244个氨基酸，在50～91位氨基酸处有一个RING (really interesting new gene)保守结构域。RT-qPCR结果显示，TaSINA-3A基因在小麦的各个发育阶段的不同组织中均有表达。序列多态性分析表明，在TaSINA-3A的启动子区存在33个SNP (single nucleotide polymorphism)位点，编码区有4个SNP位点。基于启动子区的变异位点SNP-159、SNP-418和SNP-1286开发分子标记，扫描小麦自然群体，并与表型性状进行关联分析。结果表明，标记CAPS-159关联到多种环境下的株高和倒二节长，SNP-159-C是倒二节较短的矮秆等位变异，标记dCAPS-418分别与多种环境下的穗长和千粒重显著关联，SNP-418-A是长穗、高千粒重的优异等位变异；TaSINA-3A负调控穗和籽粒的发育，TaSINA-3A的表达可能受到MYC转录因子的抑制；在我国小麦育种进程中SNP-418-A受到正向选择，在育成品种中的频率逐步增加，但尚未充分利用。研究结果为深入探讨小麦株高、倒二节长及产量的形成机制提供参考，并为培育高产稳产广适新品种提供了基因资源。

关键词：分子标记株高穗长千粒重关联分析

国内外谷子资源农艺、品质性状差异分析以及遗传多样性研究

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作物学报 2024年

作者：薛亚鹏辛旭霞王若楠于筱菡刘少雄王瑞云刘敏轩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

对新引进国外谷子资源的综合农艺性状、品质性状以及与国内地方品种的亲缘关系进行研究，为优异资源挖掘、利用提供数据参考。本研究以88份新引进谷子品种和152份国内地方品种为研究对象，对其开展田间农艺性状的调查，对收获后的种子... 详细信息

对新引进国外谷子资源的综合农艺性状、品质性状以及与国内地方品种的亲缘关系进行研究，为优异资源挖掘、利用提供数据参考。本研究以88份新引进谷子品种和152份国内地方品种为研究对象，对其开展田间农艺性状的调查，对收获后的种子进行品质测定，同时利用重测序获得的SNP标记开展亲缘关系分析。结果表明，数量性状在参试材料之间有显著的差异，遗传多样性丰富，遗传多样性指数H'≥2.00的性状有7个，数量性状综合评价排名前3的材料为来自山东省的半月硬（F=2.47）、来自英国的新引进种质Y-190 （F=2.45）和来自山西省的大白谷I （F=2.38）；质量性状差异不显著，遗传多样性指数H'介于0.38～1.37之间；相关性分析显示除穗粗与千粒重呈现不显著负相关外，其余数量性状之间均呈现不同程度的正相关。品质测定结果显示各性状基本符合正态分布且在不同品种间存在差异，品质性状的遗传多样性指数H'介于1.65～2.05，粗蛋白和粗脂肪的遗传多样性最丰富（H'≥2.00）；相关性分析显示，粗蛋白含量与粗脂肪含量、粗脂肪含量与粗纤维含量均呈现不显著负相关；淀粉含量与粗纤维含量、L*与b*均呈现显著的正相关。基于表型性状将参试材料划分为4类，且每个类群均存在表型特异性；基于SNP的进化树和群体结构分析表明不同品种间存在多样的亲缘关系，部分新引进种质与国内地方品种间存在较近的亲缘关系，不同材料间的具体的亲缘关系还需进一步研究。通过本研究对近几年新引进的国外资源的农艺性状、品质性状以及与国内资源的异同进行了全面的评价，为后续优异资源的利用、推广奠定了基础。

关键词：谷子农艺性状品质性状 SNP 亲缘关系

水稻抗白叶枯病新基因Xa49(t)的定位分析

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中国水稻科学 2024年

作者：邓欢刘亚培王春连郭威陈析丰纪志远浙江师范大学生命科学学院作物基因资源与育种全国重点实验室/作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/中国农业科学院作物科学研究所

【目的】白叶枯病是水稻的重要病害之一，培育和推广种植抗病品种是防治病害最理想的措施，而挖掘广谱抗病基因是培育抗病新品种的关键。【方法】野生稻为水稻育种提供了丰富的遗传资源。本研究前期通过普通野生稻（Oryza rufipogon）... 详细信息

【目的】白叶枯病是水稻的重要病害之一，培育和推广种植抗病品种是防治病害最理想的措施，而挖掘广谱抗病基因是培育抗病新品种的关键。【方法】野生稻为水稻育种提供了丰富的遗传资源。本研究前期通过普通野生稻（Oryza rufipogon）和籼稻IR24的杂交创制了新的野生稻导入系W6023。，经抗谱鉴定和遗传群体分析，发现W6023携带一个新的白叶枯病抗性基因，将其暂命名为Xa49（t）。通过构建IR24×W6023的F2群体，运用BSA关联分析，结合新设计的InDel、SNP标记对目标基因Xa49（t）进行了初定位。【结果】在第11号染色体上找到13个与Xa49（t）基因抗性连锁的分子标记，最终将其定位到D11-111和D11-241间的区域内。【结论】广谱抗白叶枯病新基因Xa49（t）被初步定位于第11染色体968 kb的区间内。

关键词：抗白叶枯病水稻 Xa49(t) 基因定位

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水稻核心种质耐盐鉴定与分子标记开发应用

植物遗传资源学报 2024年

作者：王世壮聂亚敏黄婧芬张巧玲郑崇珂谢先芝王艳艳邢梦陈文熹陈子易郑晓明王文生杨庆文乔卫华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济宁市农业科学院山东省水稻研究所三亚中国农业科学院国家南繁研究院

水稻是盐敏感植物，土壤盐渍化对于水稻产量影响巨大。发掘并聚合耐盐基因的优异单倍型，创制耐盐种质，对于水稻耐盐品种选育及我国盐碱地的高效利用都具有重要意义。本实验首先对水稻3K数据库的236份核心种质进行苗期及大田耐盐鉴定... 详细信息

水稻是盐敏感植物，土壤盐渍化对于水稻产量影响巨大。发掘并聚合耐盐基因的优异单倍型，创制耐盐种质，对于水稻耐盐品种选育及我国盐碱地的高效利用都具有重要意义。本实验首先对水稻3K数据库的236份核心种质进行苗期及大田耐盐鉴定，筛选出一份来自澳大利亚的强耐盐种质‘71011’，其在150mmol/L NaCl处理条件下存活天数25.5，耐盐等级5.2；大田盐胁迫浓度为0.3%～0.5%条件下耐盐存活率100%；利用236份核心种质对已报道的、功能清晰的20个耐盐基因进行单倍型分析，筛选出AKT1、CPK12、MYB48、P5CS1、SIK1、SKC1、SNAC1、HKT1共8个与耐盐性状相关联的基因单倍型。然后利用耐盐品种‘盐丰47’与普通品种‘农垦57’作为亲本，分析序列差异，表达量验证以及构建重组自交系，最终开发出AKT1、MYB48以及HKT1这三个耐盐相关基因的分子标记，利用分子标记聚合耐盐基因优异单倍型，创制出强耐盐的新品系。研究结果为水稻耐盐育种创制了可利用的分子标记、耐盐品种资源与创新种质。

关键词：水稻种质资源耐盐鉴定单倍型分析分子标记

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