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甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

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生物技术通报 2024年第3期40卷 202-214页

作者：田春艳李旭娟李纯佳毛钧刘新龙热带作物生物育种全国重点实验室昆明650205 云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室开远661699 农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室开远661699

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏... 详细信息

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种(玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母)的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确定了13个最优密码子,均以C或G结尾,密码子使用特性在全基因组和染色体组水平上无差异。通过比较发现,甘蔗的核苷酸组成及密码子偏好性与玉米、高粱和水稻较为相似,而与拟南芥、烟草、大肠杆菌和酵母具有显著差异。【结论】甘蔗热带种、割手密和蔗茅的密码子偏好性高度相似,其形成受自然选择和突变因素的影响。此外,对甘蔗优异基因功能异源验证时可优先选择玉米、水稻和高粱作为异源表达系统。

关键词：甘蔗属蔗茅基因组密码子使用偏好性最优密码子

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甘蔗宿根关键性状及其在宿根性快速评价中的应用

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植物遗传资源学报 2024年第3期25卷 399-412页

作者：覃伟张保青黄玉新周珊赵丽萍李纯佳李旭娟张静李傲梅任生林黄东亮刘新龙热带作物生物育种全国重点实验室昆明650205 云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室/云南省蔗糖产业工程研究中心开远661699 广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室南宁530007

甘蔗重要性状宿根性因甘蔗生长周期长,其高效评价一直是研究的难点。本研究以国内外不同地区引进的212份甘蔗种质资源为研究材料,分别在广西隆安和云南开远开展基于2个重要宿根关键性状(宿根发株率和地上部蔗株生物量)两季宿根力的快速... 详细信息

甘蔗重要性状宿根性因甘蔗生长周期长,其高效评价一直是研究的难点。本研究以国内外不同地区引进的212份甘蔗种质资源为研究材料,分别在广西隆安和云南开远开展基于2个重要宿根关键性状(宿根发株率和地上部蔗株生物量)两季宿根力的快速评价。结果表明甘蔗宿根力受环境影响较大,两个试验点所有宿根力指标均存在极显著差异,且指标之间均呈极显著正相关。主成分分析在两个试验点(云南开远和广西隆安)均仅提取到1个主成分,贡献率分别为80.25%和62.68%。聚类分析将212份种质分为5个类群,第Ⅰ类4个宿根力指标均处于高水平,有9份种质,可作为强宿根第一梯队资源;第Ⅱ类群、第Ⅲ类群共有38份种质,各宿根力指标均处于较高水平或个别宿根力指标非常突出,可作为强宿根第二梯队资源;第Ⅳ类群、第Ⅴ类共有165份种质资源,各宿根力指标均一般或较差。综合以上,利用筛选出来的强宿根资源改良甘蔗品种宿根性,降低甘蔗生产成本对于产业的可持续发展具有重要意义。

关键词：甘蔗宿根性权重快速评价

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甘蔗3个育种性状与SSR标记的关联分析及优异等位变异发掘

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作物学报 2024年第2期50卷 310-324页

作者：田春艳边芯郎荣斌俞华先桃联安安汝东董立华张钰经艳芬云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室云南开远661699 农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室(云南) 云南开远661699

株高、茎径和锤度是甘蔗产量和蔗糖分两大育种目标的主要构成因子,鉴定与其相关的分子标记、发掘优异等位变异及典型载体材料,可为甘蔗分子标记辅助育种提供依据。本试验以62份甘蔗种质资源为材料,于成熟期调查4个种植环境条件下甘蔗株... 详细信息

株高、茎径和锤度是甘蔗产量和蔗糖分两大育种目标的主要构成因子,鉴定与其相关的分子标记、发掘优异等位变异及典型载体材料,可为甘蔗分子标记辅助育种提供依据。本试验以62份甘蔗种质资源为材料,于成熟期调查4个种植环境条件下甘蔗株高、茎径和锤度3个育种性状,对表型数据进行方差和遗传变异分析,并基于37对SSR标记的分子数据,利用MLM方法进行关联分析,鉴定出优异关联标记并进行表型效应解析,发掘优异等位变异及载体材料。结果表明,基因型、种植环境及其两者互作对株高、茎径和锤度具有极显著影响。3个性状的广义遗传力范围为0.68~0.76,说明具有较稳定的遗传特性,其表现型主要由基因型决定。表型数据统计分析表明, 3个性状均呈现出数量性状的正态分布特征,变异系数范围为6.73%~19.89%,具有较丰富的表型变异。37对SSR引物共检测到204个等位变异,平均每对扩增到5.5135个,基因多样性平均值为0.6779,PIC平均值为0.6252,高度多态性标记(PIC>0.5)占总量的89.19%。群体结构分析表明该群体可分为3个亚群。基于MLM模型,共检测到与株高、茎径和锤度相关的标记20个,表型变异解释率为5.04%~27.98%。其中7个标记在2个及以上环境中均检测到认为是优异关联标记,经表型效应解析共鉴定出8个具有增效效应的优异等位变异及携带优异等位变异的典型载体材料10份。该研究结果对甘蔗产量和糖分性状候选基因挖掘和杂交组合亲本选配具有重要指导意义。

关键词：甘蔗育种性状 SSR 关联分析优异等位变异等位变异效应

甘蔗杂交品种初级核心种质遗传多样性与群体结构分析

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分子植物育种 2024年

作者：徐超华刘洪博毛钧李旭娟林秀琴李纯佳孔春艳田春艳陆鑫刘新龙云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室

为探究国家甘蔗种质资源圃(开远)构建的甘蔗杂交品种初级核心种质的遗传背景，本研究利用20对SSR和10对AFLP引物，对来自14个国家和国内8个省(区)的159份甘蔗杂交品种初级核心种质进行遗传多样性和群体结构分析。结果显示：(1)共检测到... 详细信息

为探究国家甘蔗种质资源圃(开远)构建的甘蔗杂交品种初级核心种质的遗传背景，本研究利用20对SSR和10对AFLP引物，对来自14个国家和国内8个省(区)的159份甘蔗杂交品种初级核心种质进行遗传多样性和群体结构分析。结果显示：(1)共检测到939个条谱带，其中SSR标记检测到294条谱带，多态性条带比率(PPB)为98.42%；AFLP标记检测到645条谱带，多态性条带比率(PPB)为80.35%。(2)通过绘制K与△K的关系图，将K=3确定为初级核心种质最佳分组数，类群Ⅰ包含47份材料，95.7%来源于国内甘蔗自育品种；类群Ⅱ包含74份材料，54.05%来源于国内种质，45.95%来源于国外种质；类群Ⅲ包含38份材料，78.95%来源于国外甘蔗种质，表明国内甘蔗自育种质有逐渐形成自己独特血缘的趋势。111份材料Q值≥0.6，占比69.81%，48份材料Q值≤0.6，占比30.19%，说明各类群中大部分甘蔗品种资源亲缘关系单一，少部分品种含其他类群的遗传成分。结合地理来源来看，来源地相同的甘蔗种质资源有聚集在一起的趋势，但也有少数来源地相同却被分在不同的类群。(3) PCoA作图分析显示甘蔗杂交品种初级核心种质存在3个明显的分类区域，且与三大类群的群体结构分析结果相对应，类群Ⅰ具有较高的遗传多样性。综上，甘蔗杂交品种初级核心种质遗传多样性丰富，有望成为扩宽甘蔗品种遗传基础。本研究为初级核心种质在育种中的利用提供了一定的理论基础。

关键词：甘蔗 SSR标记 AFLP标记遗传多样性群体结构

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全基因组关联分析在作物中的研究进展

分子植物育种 2024年第11期22卷 3594-3602页

作者：任生林吴才文经艳芬刘家勇云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室开远661699

全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)是2005年左右出现的一种用于开展连锁标记开发和基因挖掘等研究的有效方法,并在多种作物中得到了广泛应用。本研究阐述了GWAS的原理、优点和主要研究方法以及在粮食作物、经济作... 详细信息

全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)是2005年左右出现的一种用于开展连锁标记开发和基因挖掘等研究的有效方法,并在多种作物中得到了广泛应用。本研究阐述了GWAS的原理、优点和主要研究方法以及在粮食作物、经济作物、糖料作物等作物中的研究进展,同时对作物GWAS研究的未来进行了展望,以期为进一步利用GWAS进行作物各种性状遗传基础的研究提供参考。

关键词：全基因组关联分析连锁不平衡 SNP 作物

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卷叶木薯及其突变体叶片的比较转录组分析

作物学报 2024年第8期50卷 2143-2156页

作者：肖明昆严炜宋记明张林辉刘倩段春芳李月仙姜太玲沈绍斌周迎春沈正松熊贤坤罗鑫白丽娜刘光华云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所云南保山678000 热带作物生物育种全国重点实验室云南昆明650205 云南省农业科学院国际农业研究所云南昆明650205

为解析卷叶木薯叶片异常发育的分子调控机制及代谢通路,以正常卷叶木薯叶片(JY)、突变株展叶叶片(ZY)和突变株卷叶叶片(BJ)为试验材料,基于转录组测序(RNA-seq)数据进行生物信息学分析。DESeq差异分析结果显示,ZY vs BJ、JY vs ZY、JY v... 详细信息

为解析卷叶木薯叶片异常发育的分子调控机制及代谢通路,以正常卷叶木薯叶片(JY)、突变株展叶叶片(ZY)和突变株卷叶叶片(BJ)为试验材料,基于转录组测序(RNA-seq)数据进行生物信息学分析。DESeq差异分析结果显示,ZY vs BJ、JY vs ZY、JY vs BJ分别有327(255个上调,72个下调)、1085(337个上调,748个下调)、689(381个上调,308个下调)个DEGs,有19个DEGs是3个比较组共同表达的。GO功能分析显示,DEGs在刺激反应、膜的组成部分、跨膜转运蛋白活性等途径差异显著。KEGG富集分析显示,DEGs在苯丙素的生物合成、植物激素信号转导、内质网中的蛋白加工等通路较为活跃。进一步对变异展叶与同株的卷叶和其他植株正常卷叶的DEGs分析发现集中富集到苯丙素的生物合成途径、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导,这可能是展叶突变体形成的关键因子。展叶与卷叶差异基因的主要KEGG代谢通路有9条,重要差异基因有9个。对不同类型叶片显微分析发现突变后的展叶木薯上表皮细胞层数增加、海绵组织结构变得疏松、维管束细胞减少。研究结果为进一步理解木薯叶片异常发育的分子机制提供了理论指导,为木薯遗传改良、种质创新挖掘提供基因资源和改良策略。

关键词：木薯转录组分析突变差异基因表达

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基因组原位杂交技术在甘蔗研究中的应用

分子植物育种 2024年第8期22卷 2639-2647页

作者：张静刘家勇经艳芬林秀琴云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室开远661699 云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站瑞丽678600

甘蔗野生种和近缘属植物中含有许多抗病和高糖优良性状基因,通过杂交育种将这些基因引入到甘蔗中,以期获得性状优良的突破性甘蔗品种,对甘蔗产业发展具有重要意义。基因组原位杂交技术(GISH)自问世以来,在植物多倍体物种起源、杂交后代... 详细信息

甘蔗野生种和近缘属植物中含有许多抗病和高糖优良性状基因,通过杂交育种将这些基因引入到甘蔗中,以期获得性状优良的突破性甘蔗品种,对甘蔗产业发展具有重要意义。基因组原位杂交技术(GISH)自问世以来,在植物多倍体物种起源、杂交后代亲本染色体来源及组成的鉴定、染色体行为及核型分析等方面应用广泛。应用GISH技术分析甘蔗杂交后代的染色体遗传方式具有重要意义,其结果可为育种家制定甘蔗杂交育种计划和选择好的杂交方式提供细胞学参考依据,进而可以增加甘蔗育种的精确性,提高甘蔗育种效率。本研究概括了基因组原位杂交技术及其与其他技术相结合在植物研究中的应用,简述了GISH技术在甘蔗育种研究中的应用情况,并对该技术可能为甘蔗研究带来的发展应用进行了展望。

关键词：基因组原位杂交甘蔗遗传育种

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桂糖系列甘蔗种质表型性状的遗传多样性

云南农业大学学报（自然科学版） 2024年第3期39卷 25-32页

作者：杨翠芳段维兴黄玉新周珊高轶静周忠凤张革民张保青广西农业科学院甘蔗研究所广西甘蔗遗传改良重点实验室农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室广西南宁530007 云南省甘蔗遗传改良重点实验室云南开远661699

【目的】分析桂糖系列甘蔗种质的主要表型性状及其遗传多样性,为提高其杂交育种效率提供参考。【方法】调查和测定广西甘蔗种质资源田间保育的164份桂糖系列甘蔗种质资源的21个质量性状和7个数量性状,采用多样性指数、遗传变异、相关性... 详细信息

【目的】分析桂糖系列甘蔗种质的主要表型性状及其遗传多样性,为提高其杂交育种效率提供参考。【方法】调查和测定广西甘蔗种质资源田间保育的164份桂糖系列甘蔗种质资源的21个质量性状和7个数量性状,采用多样性指数、遗传变异、相关性分析和聚类分析法进行遗传多样性分析。【结果】21个质量性状的遗传多样性指数在0.3866~1.9776之间,平均值为0.9217,以芽形最大,生长裂缝最小;7个数量性状的变异系数在7.11%~42.86%之间,平均值为27.11%。相关性分析表明:株高、茎径分别与单茎质量、蔗茎产量、糖产量呈极显著正相关;单茎质量、有效茎数分别与蔗茎产量、糖产量呈极显著正相关;蔗茎产量与糖产量呈极显著正相关。聚类分析表明:164份桂糖系列甘蔗种质可聚为6个类群,其中,第Ⅰ类群数量最多,综合性状表现优异;第Ⅱ类群平均茎径最大;第Ⅲ类群各性状均衡且有效茎数稍有优势;第Ⅳ类群平均株高最高;第Ⅴ类群平均锤度最高;第Ⅵ类群平均有效茎数最多。【结论】164份甘蔗种质的质量和数量性状变异较大,遗传多样性较丰富,不同类群甘蔗种质各具优点,在甘蔗育种过程中应根据育种目标选择杂交亲本。

关键词：甘蔗亲本表型性状遗传多样性聚类分析

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日本细毛环腹瘿蜂对斑翅果蝇的寄生效能

植物保护 2024年第3期50卷 146-154页

作者：田烨李银煳陈强张金龙陈国华张晓明云南农业大学植物保护学院云南生物资源保护与利用国家重点实验室昆明650201 云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室开远661699

日本细毛环腹瘿蜂Leptopilina japonica是斑翅果蝇Drosophila suzukii的优势寄生性天敌之一,对斑翅果蝇具有良好的生防潜力。为更好地利用日本细毛环腹瘿蜂防控斑翅果蝇,本研究在室内观察了日本细毛环腹瘿蜂的行为活动和生长发育特征。... 详细信息

日本细毛环腹瘿蜂Leptopilina japonica是斑翅果蝇Drosophila suzukii的优势寄生性天敌之一,对斑翅果蝇具有良好的生防潜力。为更好地利用日本细毛环腹瘿蜂防控斑翅果蝇,本研究在室内观察了日本细毛环腹瘿蜂的行为活动和生长发育特征。采用室内接虫法研究了该蜂对斑翅果蝇2龄幼虫的寄生能力。分别运用HollingⅡ型圆盘方程、搜寻效应方程和Hassell-Varley模型拟合分析了日本细毛环腹瘿蜂的寄生功能反应、搜寻效应和自身密度干扰效应。结果表明:日本细毛环腹瘿蜂的寄生功能反应符合HollingⅡ模型,其拟合方程为:N_(a)=0.70 N/(1+0.03 N);寄生效能(a/T h)为15.78;在一定空间内,寄生蜂的寄生量随寄主密度增加而增大,至寄主密度达25头/罐后寄生量趋于平稳;寄生蜂的搜寻效应随着寄主密度的增加而减弱;当斑翅果蝇的密度分别为10、20、30头/罐时寄生蜂自身密度干扰模型分别为E_(10)=0.4878 P^(-0.8713),E_(20)=0.4420 P^(-0.6768)和E_(30)=0.3462 P^(-0.4337);在同一寄主密度下,日本细毛环腹瘿蜂的寻找效应均随自身密度的增加而减弱。日本细毛环腹瘿蜂对斑翅果蝇2龄幼虫具有较好的寄生效能,但寄主密度较大会导致日本细毛环腹瘿蜂的寄生效能减弱,随着寄生蜂自身密度的增加,其种内个体间会出现干扰作用。

关键词：日本细毛环腹瘿蜂斑翅果蝇生物防治寄生功能反应寄生效能

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