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两个甘薯野生近缘种的比较基因组分析

植物遗传资源学报 2025年

作者：肖世卓许攀王珧戴习彬周志林曹清河江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室兰州大学草地农业科技学院/草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室/农业农村部草牧业创新重点实验室

甘薯是重要的农作物，其野生近缘种数量庞大，蕴含着丰富的基因变异。本研究利用公开发表的、基因组组装质量较高的两个甘薯野生种进行了比较基因组分析。发掘了覆盖全基因组的1798184个SNP，同时还发掘了2076个易位和84个倒位，倒位中... 详细信息

甘薯是重要的农作物，其野生近缘种数量庞大，蕴含着丰富的基因变异。本研究利用公开发表的、基因组组装质量较高的两个甘薯野生种进行了比较基因组分析。发掘了覆盖全基因组的1798184个SNP，同时还发掘了2076个易位和84个倒位，倒位中包含2106个基因，富集分析显示这些基因主要富集于次级代谢产物的生物合成等通路。其中34段倒位的断点位于基因内部，可能影响到基因的结构。两个基因组之间存在10226个插入型和11411个缺失型的结构变异（SV），对这些SV进行了注释，并对可能影响基因功能或表达的SV进行了基因富集分析，结果发现这些可能受影响的基因主要富集于次级代谢产物的通路，DNA修复和复制等相关功能的基因也出现了富集。通过对两个野生种和其它近缘种共线性基因对的同义替换率（Ks）和四倍简并位点颠换率（4DTv）的统计，说明番薯属植物的共同祖先在发生了全基因组三倍化事件之后才分化成不同的种。以上研究将为甘薯野生近缘种优异变异的发掘和物种分化提供有力支撑。

关键词：甘薯野生近缘种比较基因组学

紫甘薯SSR标记遗传图谱构建与重要农艺性状QTL定位

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作物学报 2021年第11期47卷 2147-2162页

作者：马猛闫会高闰飞后猛唐维王欣张允刚李强中国农业科学院甘薯研究所/江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室江苏徐州221131

理想农艺性状是甘薯育种的重要目标,而选择甘薯理想农艺性状的育种手段还很缺乏。本研究以分枝数多、蔓长中等、高产紫肉甘薯品种徐紫薯8号为母本,分枝数少、长蔓、中等产量白肉甘薯品种美国红为父本,以F1代分离群体的274个单株为作图群... 详细信息

理想农艺性状是甘薯育种的重要目标,而选择甘薯理想农艺性状的育种手段还很缺乏。本研究以分枝数多、蔓长中等、高产紫肉甘薯品种徐紫薯8号为母本,分枝数少、长蔓、中等产量白肉甘薯品种美国红为父本,以F1代分离群体的274个单株为作图群体,利用SSR分子标记技术,构建了甘薯分子连锁图谱,能够加密已有的遗传图谱。其中母本图谱包含24个连锁群(linkage groups,LGs),图谱总长1325.8 cM,标记间平均距离9.2 cM;父本图谱包含21个LGs,图谱总长1088.6 cM,标记间平均距离8.2 cM。通过复合区间作图法对甘薯地上部分枝数、茎蔓直径、最长蔓长、叶柄长度和节间长度5个重要农艺性状进行QTL分析,检测到1个与分枝数相关的QTL,解释表型变异的53.2%;1个与茎蔓直径相关的QTL,解释表型变异的16.7%;2个与最长蔓长相关的QTL,解释表型变异的9.5%和13.7%;2个与叶柄长度相关定位的重要农艺性状QTL,可以开发与其连锁的分子标记,辅助室内早代苗期筛选具有理想农艺性状的株系,从而提高田间选择效率的QTL,解释表型变异的8.8%和11.3%;5个与节间长度相关的QTL,解释表型变异的9.6%~28.1%。利用定位的重要农艺性状QTL,可以开发与其连锁的分子标记,辅助室内早代苗期筛选具有理想农艺性状的株系,从而提高田间选择效率。

关键词：甘薯分枝数茎蔓直径最长蔓长叶柄长度节间长度 QTL

甘薯丝裂原活化蛋白激酶MPK6对低温胁迫的响应

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中国农业科学 2021年第20期54卷 4265-4273页

作者：靳容刘明赵鹏张强强张爱君唐忠厚江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心/农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室

【目的】研究甘薯丝裂原活化蛋白激酶MPK6在抵御低温胁迫过程中的功能,为解析甘薯耐低温机制和遗传改良提供参考。【方法】采用农杆菌介导法,将35S::IbMPK6-GFP重组表达载体和对照载体质粒pDMC83转化甘薯愈伤组织,根据载体上特有的GFP... 详细信息

【目的】研究甘薯丝裂原活化蛋白激酶MPK6在抵御低温胁迫过程中的功能,为解析甘薯耐低温机制和遗传改良提供参考。【方法】采用农杆菌介导法,将35S::IbMPK6-GFP重组表达载体和对照载体质粒pDMC83转化甘薯愈伤组织,根据载体上特有的GFP序列设计引物对甘薯拟转基因材料进行分子鉴定,并通过qRT-PCR筛选表达量高的转基因株系。对非转基因植株(WT)和转基因株系进行低温胁迫和恢复处理,观察处理后及恢复后的表型变化;检测叶绿素荧光参数Fv/Fm、丙二醛(MDA)含量和过氧化氢(HO)含量等生理指标;利用二氨基联苯胺(DAB)和氮蓝四唑(NBT)染色法观察活性氧的积累情况;分析低温信号转导途径中关键转录因子基因IbCBF3和下游基因IbCOR27的表达水平。【结果】共获得12株IbMPK6过表达甘薯株系,筛选IbMPK6表达量最高的3个过表达株系(L3、L8和L11)用作低温胁迫分析材料。低温胁迫下WT的Fv/Fm为0.50,而转基因株系L3、L8和L11的Fv/Fm分别为0.79、0.79和0.80,与WT呈现极显著差异水平。温度恢复后,转基因植株中Fv/Fm恢复至低温处理前水平,而WT中Fv/Fm仅为0.70,极显著低于转基因植株。低温胁迫下,WT的丙二醛含量为0.05μmol·g,而转基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量分别为0.02、0.04和0.02μmol·g,显著低于WT。温度恢复正常后,WT中的丙二醛含量为0.03μmol·g,而转基因株系L3、L8和L11中的丙二醛含量均为0.01μmol·g。DAB和NBT染色结果显示,低温胁迫下,WT叶片与转基因株系叶片相比,染色较深,说明WT比转基因植株积累了更多的过氧化氢和超氧阴离子。过氧化氢含量测定结果显示,低温胁迫下和温度恢复后,转基因植株中过氧化氢的含量均显著低于WT。qRT-PCR结果表明IbCBF3和IbCOR27受低温诱导表达,且在WT和转基因株系之间差异显著。【结论】过表达IbMPK6甘薯植株通过缓解光合系统和膜系统的损伤、减少活性氧的积累,提高了对低温胁迫的耐受性。IbMPK6通过调控低温通路中相关基因IbCBF3和IbCOR27的表达,参与甘薯低温信号转导途径。

关键词：甘薯 IbMPK6 转基因株系低温胁迫

我国甘薯E病毒全基因组序列特征及荧光定量检测技术的建立

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中国农业科学 2023年第20期56卷 4010-4020页

作者：唐伟张成玲杨冬静马居奎陈晶伟高方园谢逸萍孙厚俊江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/中国农业科学院甘薯研究所/甘薯育种农业农村部重点实验室

【目的】甘薯E病毒(sweet potato virus E,SPVE)是甘薯上新发现的一种病毒。本研究对我国甘薯E病毒江苏徐州分离物(SPVE-XZ)的全基因组序列进行测定，分析该病毒基因组序列特征，并建立针对SPVE的荧光定量(quantitative PCR,qPCR)检测... 详细信息

【目的】甘薯E病毒(sweet potato virus E,SPVE)是甘薯上新发现的一种病毒。本研究对我国甘薯E病毒江苏徐州分离物(SPVE-XZ)的全基因组序列进行测定，分析该病毒基因组序列特征，并建立针对SPVE的荧光定量(quantitative PCR,qPCR)检测技术，为监测SPVE发生分布、检测种薯种苗中SPVE带毒情况并及时防控该病毒提供理论依据和技术支持。【方法】采用small RNA深度测序，结合RT-PCR和RACE技术，获得SPVE-XZ的全基因组序列，利用MegAlign、MEGA11等软件对获得的全基因组序列进行序列比对、系统发育关系分析。设计SPVE荧光定量检测引物，并通过对退火温度及引物浓度的优化，建立针对SPVE的qPCR检测方法，测定其特异性和灵敏度，应用于江苏省和山东省田间甘薯样品的检测。【结果】除ploy(A)外，所获得的SPVE-XZ全基因组序列全长为10 919 nt，包含1个长为10 560 nt的开放阅读框(open reading frame,ORF)，编码3 519 aa的多聚蛋白。5′非翻译区(5′untranslated region,5′UTR)和3′非翻译区(3′UTR)分别为129和230 nt。在P1和P3蛋白内分别包含由移码产生的PISPO和PIPO蛋白。全基因组序列分析表明，SPVE-XZ与韩国SPVE GS分离物(SPVE-GS)全基因组核苷酸一致率最高，为98.6%，多聚蛋白氨基酸一致率为98.5%。利用邻接法基于cp基因核苷酸序列和多聚蛋白氨基酸序列构建的系统进化树发现，SPVE-XZ与SPVE-GS均聚类在一起。建立的SPVE荧光定量检测体系可检测到SPVE，而甘薯病毒2(sweet potato virus 2,SPV2)、甘薯C病毒(sweet potato virus C,SPVC)、甘薯G病毒(sweet potato virus G,SPVG)、甘薯羽状斑驳病毒(sweet potato feathery mottle virus,SPFMV)、甘薯褪绿矮化病毒(sweet potato chlorotic stunt virus,SPCSV)、甘薯潜隐病毒(sweet potato latent virus,SPLV)、甘薯褪绿斑病毒(sweet potato chlorotic fleck virus,SPCFV)、黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus,CMV)均未能检测到；灵敏度可达3.12×102copies/μL，是常规PCR 100倍。应用建立的qPCR检测方法，在山东省采集的6个样品和江苏省采集的52个样品中，分别在1个样品和13个样品中检测到SPVE。【结论】SPVE-XZ的全基因组大小为10 919 nt，与韩国SPVE-GS基因组结构一致；建立的qPCR检测体系对SPVE灵敏度高、特异性强，可用于对SPVE的快速检测。

关键词：甘薯甘薯E病毒全基因组系统进化分析 qPCR检测

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菜用和观赏甘薯种质资源遗传多样性分析

植物遗传资源学报 2018年第1期19卷 57-64页

作者：苏一钧董玲霞王娇戴习彬张安赵冬兰周志林唐君曹清河中国农业科学院甘薯研究所/江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室徐州221131

为了发掘菜用和观赏甘薯优异种质资源,通过对国家种质徐州甘薯试管苗库中1000余份资源材料进行鉴定,筛选了96份优异种质。利用30对SSR引物对入选材料进行了遗传多样性和群体结构分析,明确了这些材料遗传差异;并对入选材料12个表型质量... 详细信息

为了发掘菜用和观赏甘薯优异种质资源,通过对国家种质徐州甘薯试管苗库中1000余份资源材料进行鉴定,筛选了96份优异种质。利用30对SSR引物对入选材料进行了遗传多样性和群体结构分析,明确了这些材料遗传差异;并对入选材料12个表型质量性状进行主成分和聚类分析。结果表明:扩增的总条带数为275条,其中多态性条带为269条,多态率97.8%;利用DPS软件计算入选材料间的Nei72遗传距离为0.15~0.76,平均遗传距离0.66;群体结构分为3个组群,与分子标记聚类结果相似,表明入选材料有较大的遗传差异性;表型质量性状主成分分析得到5个主要成分,其累计贡献率达到80.50%;利用表型质量性状,可聚为8个组群。本研究通过分子标记与表型质量性状分析为下一步杂交选育菜用和观赏甘薯新品种提供了亲本选择信息。

关键词：菜用和观赏用甘薯 SSR标记表型质量性状遗传多样性

甘薯苗期氮高效利用性状的GWAS分析及候选基因的筛选与验证

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中国农业科学 2023年第18期56卷 3500-3514页

作者：于永超范文静刘明张强强赵鹏靳容王静朱晓亚唐忠厚江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/江苏徐州甘薯研究中心/农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室

【目的】解析甘薯氮高效利用的遗传机制，挖掘氮利用性状的关联位点及氮高效候选基因，为甘薯氮高效型分子育种、品种遗传改良提供支持。【方法】以来自世界各地的129个甘薯栽培种为材料，设置缺氮(0 mmol·L-1纯氮)和正常氮(14 mmol·... 详细信息

【目的】解析甘薯氮高效利用的遗传机制，挖掘氮利用性状的关联位点及氮高效候选基因，为甘薯氮高效型分子育种、品种遗传改良提供支持。【方法】以来自世界各地的129个甘薯栽培种为材料，设置缺氮(0 mmol·L-1纯氮)和正常氮(14 mmol·L-1纯氮)处理，采用水培试验对甘薯苗期地上部生物增加量、地下部生物增加量、地上部氮累积量、地下部氮累积量、地上部氮生理利用效率和地下部氮生理利用效率共6个表型性状进行基于混合线性模型(mixed linear model,MLM)的全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。根据分析结果确定氮高效候选基因，并对候选基因进行RT-q PCR验证。【结果】6个甘薯苗期氮高效利用性状在正常氮和缺氮处理条件下存在着广泛变异。其中，缺氮处理条件下，地上部生物增加量变异系数最大，为69.5%；地下部氮生理利用效率变异系数最小，为12.1%。除地下部氮生理利用效率外，其他5个性状彼此均显著相关。GWAS定位到与地上部生物增加量、地下部生物增加量、地下部氮累积量和地上部氮生理利用效率4个性状显著关联的134个区段内888个SNP位点。筛选、过滤得到与地上部氮生理利用效率显著关联且可靠性较高的10个区段内的93个SNP标记，基因注释得到6个甘薯氮高效候选基因。RT-q PCR验证认为3个候选基因(itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2)分别编码谷氨酸脱氢酶、NPH3蛋白和TIP41-like蛋白，具有进一步研究价值。【结论】在129份甘薯种质资源中共检测到888个与甘薯苗期氮高效利用性状关联的SNP位点，其中，与地上部氮生理利用效率显著相关的SNP位点93个，筛选、鉴定到6个甘薯氮高效利用的候选基因。itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2存在进一步研究价值。

关键词：甘薯氮肥利用效率氮高效基因全基因组关联分析 RT-qPCR

甘薯IbFBA5基因的时空表达及与碳水化合物积累的关系

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植物生理学报 2017年第5期53卷 857-864页

作者：苏在兴高闰飞唐维闫会后猛王欣刘亚菊张允刚马代夫李强江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室/江苏徐州甘薯研究中心江苏徐州221131 中国农业科学院甘薯研究所江苏徐州221131

果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是糖酵解、糖异生、磷酸戊糖途径及光合作用过程的关键酶。本研究利用荧光定量分析研究 IbFBA5基因在甘薯不同组织及不同生长时期的表达及与叶片和贮藏根中碳水化合物积累的关系。结果表明, IbFBA5具有组织... 详细信息

果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是糖酵解、糖异生、磷酸戊糖途径及光合作用过程的关键酶。本研究利用荧光定量分析研究 IbFBA5基因在甘薯不同组织及不同生长时期的表达及与叶片和贮藏根中碳水化合物积累的关系。结果表明, IbFBA5具有组织表达特异性,在甘薯‘徐781’叶片中表达量最高,其次是地下部(牛蒡根、储藏根和纤维根),叶柄、茎和花中表达量较低;甘薯储藏根初始膨大期至膨大盛期, IbFBA5在‘徐薯18’叶片中表达量均极显著高于在‘徐781’中的表达量;而在储藏根初始膨大期和膨大盛期,该基因在‘徐781’储藏根中的表达量均显著或极显著高于‘徐薯18’中的表达量。可溶性糖和淀粉含量分析表明,甘薯初始膨大期至膨大中期,叶片和储藏根中果糖和葡萄糖的含量均极显著提高,储藏根中淀粉含量也极显著提高,然而储藏根中的蔗糖含量及叶片中淀粉含量极显著降低。甘薯叶片和储藏根中 IbFBA5的表达模式分别与不同时期叶片中淀粉的含量变化和储藏根中果糖及葡萄糖的含量变化趋势具有一致性。

关键词：甘薯果糖-1,6-二磷酸醛缩酶时空表达可溶性糖淀粉

基于RNA-seq的甘薯芽变株系类胡萝卜素基因代谢差异分析

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作物学报 2023年第12期49卷 3239-3249页

作者：赵冬兰赵凌霄刘洋张安戴习彬周志林曹清河江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室江苏徐州221131

为研究甘薯类胡萝卜素代谢的分子机制,本研究以浙薯81及其芽变系为材料,利用RNA-seq技术研究了浙薯81及其芽变系的薯皮(红色变黄色)和脉基(紫色变绿色)类胡萝卜素代谢相关基因。经过生物信息学分析,在薯皮和脉基分别筛选出24个和10个差... 详细信息

为研究甘薯类胡萝卜素代谢的分子机制,本研究以浙薯81及其芽变系为材料,利用RNA-seq技术研究了浙薯81及其芽变系的薯皮(红色变黄色)和脉基(紫色变绿色)类胡萝卜素代谢相关基因。经过生物信息学分析,在薯皮和脉基分别筛选出24个和10个差异表达基因(DEGs),其中有4个DEGs同时存在于薯皮和脉基中。类胡萝卜合成代谢上游途径中,与浙薯81相比,芽变系薯皮中的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶基因GGDPS (g29773、g38646)、番茄红素合成酶基因PSY (g11630)和ζ-胡萝卜素异构酶基因Z-ISO (g42608)均显著上调, GGDPS (g29773)仅在突变系中有表达;脉基部在类胡萝卜素上游代谢途径中没有筛选到DEGs。番茄红素环化分支点后,在薯皮中检测到2个β-胡萝卜素羟化酶基因CHYB (g33351、g953),与浙薯81相比,芽变系中g33351下调表达, g953则上调表达。在薯皮和脉基分别检测到一个玉米黄质环氧化酶基因ZEP,薯皮中的ZEP (g41700)显著下调,脉基部的ZEP (g1103)显著上调。类胡萝卜素分解代谢中突变体薯皮中类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CCD8 (g21348)下调表达;2个9-顺式环氧类胡萝卜素加氧酶基因NCED (g30636、g43412)在突变系的薯皮和脉基中均下调表达;此外在薯皮和脉基分别检测出5个黄氧素脱氢酶基因ABA2,薯皮中有4个上调表达,而脉基中的则全部下调表达。利用实时定量PCR (qRT-PCR)验证了部分基因的表达模式,与RNA-seq分析结果一致。该研究对甘薯类胡萝卜素代谢的分子机制及解析甘薯薯皮和脉基不同颜色突变具有重要参考价值。

关键词：甘薯转录组测序类胡萝卜素差异基因颜色变异

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药剂能减轻甘薯病毒病(SPVD)的危害

分子植物育种 2017年第11期15卷 4765-4772页

作者：谢昊苏在兴闫会李强刘亚菊后猛唐维王欣张允刚中国农业科学院甘薯研究所徐州221131 江苏徐州甘薯研究中心农业部甘薯生物学与遗传育种重点实验室江苏徐淮地区徐州农业科学研究所徐州221131

近年来,甘薯病毒病复合体(sweet potato virus disease,SPVD)严重影响了我国甘薯的正常生产。为了筛选出能够防治SPVD侵染的化学药剂,本研究选择了14种药剂对感染SPVD的甘薯植株进行喷施,检测处理后叶片的病毒含量和植株的生理指标。结... 详细信息

近年来,甘薯病毒病复合体(sweet potato virus disease,SPVD)严重影响了我国甘薯的正常生产。为了筛选出能够防治SPVD侵染的化学药剂,本研究选择了14种药剂对感染SPVD的甘薯植株进行喷施,检测处理后叶片的病毒含量和植株的生理指标。结果显示,施用所选的大部分药剂后,甘薯叶片中造成SPVD的两种病毒含量有了不同程度的降低,感病甘薯植株的叶绿素含量和生物产量有了显著或极显著提高。其中巴斯夫病毒原液、0.1%大黄素甲醚和奥力克黄瓜病毒专用粉剂3种药剂的效果最为明显,叶绿素含量、蔓长等指标较对照组极显著提高。本实验说明药剂能够减轻SPVD对甘薯的危害。

关键词：甘薯病毒病复合体药剂处理