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杨属派间5个种特异性InDel引物及在派间杂交子代鉴别中的应用

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林业科学 2024年第2期60卷 78-86页

作者：戴晓港韩峭子尹佟明林木遗传育种全国重点实验室、南方现代林业协同创新中心、林木遗传与生物技术教育部重点实验室、江苏省林木遗传和高效培育重点实验室、南京林业大学林学院南京210037

【目的】远缘杂交可以实现有利基因的聚合,是种质创新的重要手段。杨属有些派间杂交困难,且杂交子代从形态学难以区分,本研究开发杨属不同派间的特异性引物,为派间杂交创制新种质的真实性鉴定提供技术支撑。【方法】利用在美洲黑杨和小... 详细信息

【目的】远缘杂交可以实现有利基因的聚合,是种质创新的重要手段。杨属有些派间杂交困难,且杂交子代从形态学难以区分,本研究开发杨属不同派间的特异性引物,为派间杂交创制新种质的真实性鉴定提供技术支撑。【方法】利用在美洲黑杨和小叶杨中种特异性InDel位点设计引物,并利用SeqHunter2依次比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,再用杨属5个派的自然群体材料进行种内保守及种间多态引物的试验验证,筛选出杨属不同派的特异性引物序列,对杨属不同派间杂交子代进行真实性鉴别。【结果】将从美洲黑杨基因组设计的5000对InDel引物依次分别比对胡杨、山杨、小叶杨和大叶杨基因组,最后筛选出341对引物在上述5个种中是通用的。从不同染色体上共选取48对引物并合成,利用5个树种各1个DNA检测得到43对引物是通用的,其中19对引物在不同种中扩增条带单一且存在差异。利用自然群体混合DNA对试验验证的19对通用引物进行种间多态性和种内保守性检测,初步获得4对多态性引物。最后再用自然群体DNA对这4对引物进行扩增检测,发现引物Chr12_4341229和Chr13_10582756在美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨中均只能扩增出一个位点,引物Chr12_4341229扩增条带分别为148、152、113、152和159 bp,引物Chr13_10582756扩增条带分别为140、144、116、140和159 bp。利用上述2对引物对小胡杨2号、黑胡杨和黑小杨进行鉴定,发现所有杂交子代个体均能检测它们2个亲本的特征带。引物Chr12_4341229和Chr13_10582756一起使用,可以用于美洲黑杨、小叶杨、山杨、大叶杨和胡杨任意组合杂交子代的真实性鉴别。【结论】本研究获得了杨属5个派间的5个种的特异性InDel引物2对,可以有效地进行杨属不同派5个种之间任意组合种间杂交子代的真实性鉴别,为进一步开展杨树派间杂交创制新种质提供了技术支持。

关键词：杨属远缘杂交物种特异性引物种间杂交分子鉴别

马尾松HDR基因克隆及其对旱与盐胁迫的响应

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广西植物 2024年第2期44卷 216-234页

作者：王嘉雯姚圣苏欢刘可欣朱沛煌季孔庶南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室/林木遗传与基因工程国家林业和草原局重点实验室/南方现代林业协同创新中心南京210037

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究... 详细信息

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质。1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用。为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能。结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821多功能结构域,属于HDR家族。(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体。(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低。(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性。以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持。

关键词：马尾松 PmHDR 萜类化合物基因克隆胁迫响应

毛白杨半胱氨酸蛋白酶PtoCP1基因参与植物激素调控的叶片衰老

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科学通报 2024年第3期69卷 431-438页

作者：国洪丽陈梦圆范雅为刘涵孙蕾倩刘迪李慧王馨陆海北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

半胱氨酸蛋白酶在植物不同组织中的特异性表达发挥了多种功能.本文探究了毛白杨半胱氨酸蛋白酶PtoCP1基因在激素诱导下参与叶片衰老的机制.使用脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ACC)对杨树叶片进行处理,不同时间段后观察叶片表型... 详细信息

半胱氨酸蛋白酶在植物不同组织中的特异性表达发挥了多种功能.本文探究了毛白杨半胱氨酸蛋白酶PtoCP1基因在激素诱导下参与叶片衰老的机制.使用脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ACC)对杨树叶片进行处理,不同时间段后观察叶片表型、检测叶绿素含量以及PtoCP1基因相对表达量,发现激素诱导后的叶片黄化加速,叶绿素含量下降,同时PtoCP1表达量上调,而ptocp1突变体则延缓了叶片的衰老.进一步对PtoCP1启动子元件分析发现,其含有ABA、MeJA响应元件,因此以相应的ABA、MeJA激素分别处理含ProPtoCP1-GUS-pBI121重组载体的转基因拟南芥幼苗,并观察GUS染色差异和检测报告基因GUS的相对表达量.结果显示,ABA诱导下GUS染色加深,GUS表达量上升.综上所述,PtoCP1启动子可以通过响应ABA调控基因的表达,从而使植物对外界胁迫作出反应,引起叶片衰老,该研究为进一步理解激素诱导植物半胱氨酸蛋白酶参与叶片衰老的机制提供了理论支持.

关键词： PtoCP1基因启动子激素诱导功能分析

望春玉兰种质资源遗传多样性分析与核心种质构建

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园艺学报 2024年第8期51卷 1823-1832页

作者：秦子璐徐正康戴晓港陈赢男南京林业大学林木遗传育种国家重点实验室现代南方林业协同创新中心林木遗传与生物技术教育部重点实验室江苏省林木遗传和高效培育重点实验室南京210037

对河南省南召县917份望春玉兰(Magnolia biondii)种质材料利用细胞流式仪进行基因组倍性分析,并采用SSR标记分析其遗传多样性和遗传结构。此外,采用模拟退火法分别基于遗传多样性最大化(simulated annealing algorithm based on the max... 详细信息

对河南省南召县917份望春玉兰(Magnolia biondii)种质材料利用细胞流式仪进行基因组倍性分析,并采用SSR标记分析其遗传多样性和遗传结构。此外,采用模拟退火法分别基于遗传多样性最大化(simulated annealing algorithm based on the maximizing genetic diversity,SAGD)和等位基因最大化(simulated annealing algorithm based on maximizing allelic richness,SANA)构建望春玉兰核心种质。结果显示:所检测的望春玉兰种质材料全部为二倍体植株;10对SSR引物共检测到57个等位基因(N_(a)),平均有效等位基因数(N_(e))为2.667,Shannon’s信息指数(I)、观测杂合度(H_(o))、期望杂合度(H_(e))和多态性指数(PIC)分别为1.124、0.422、0.586和0.547,表明望春玉兰种质资源具有丰富的遗传多样性。群体遗传结构和聚类分析均显示,917份望春玉兰种质材料可以分为4个亚群,不同亚群之间存在明显的基因交流和渗透。基于SAGD方法构建核心种质的各遗传参数基本都高于SANA法。利用SAGD方法筛选得到183份望春玉兰核心种质,占原有种质的20%,N_(a)、N_(e)、I、H_(o)和H_(e)的保留率分别为94.74%、105.40%、103.38%、104.27%和104.61%;主坐标分析(principal coordinate analysis,PCoA)表明构建的望春玉兰核心种质在整个原始种质的主坐标图内均匀分布,具有良好的代表性,可以为种质资源收集保存及创新利用提供科学依据。

关键词：望春玉兰微卫星标记遗传多样性遗传结构核心种质

基于小样本学习和骨架提取算法的干旱胁迫杨树苗表型解析

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农业工程学报 2024年

作者：周磊张慧春边黎明南京林业大学机械电子工程学院南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室/南方现代林业协同创新中心/林木遗传与生物技术教育部重点实验室

杨树是木材生产加工的重要来源和防护林建设的重要树种，中国的杨树人工林栽培规模居世界首位。然而，全球变暖加剧使得干旱成为杨树培育中最为严重的典型的非生物胁迫，给木材原料形成、森林资源保护带来挑战。该研究采用低成本的机器... 详细信息

杨树是木材生产加工的重要来源和防护林建设的重要树种，中国的杨树人工林栽培规模居世界首位。然而，全球变暖加剧使得干旱成为杨树培育中最为严重的典型的非生物胁迫，给木材原料形成、森林资源保护带来挑战。该研究采用低成本的机器视觉成像研究干旱胁迫杨树苗表型快速解析方法。首先，提出了基于YOLOv8-pose的杨树骨架提取算法，识别植株上的叶片个体及内部的关键节点，实现植株整体形态结构信息的提取。其次，引入小样本学习技术，提出基于极少量人工标注的训练数据集扩充方法，大幅降低YOLOv8-pose模型训练的人工标注成本。然后，依据杨树骨架信息计算每个叶片主叶脉、叶柄的倾角，并将倾角信息转换为频数分布，便于人工智能算法建模。最后，研究并对比了传统机器学习及深度学习分类器，选择最优算法建立干旱胁迫等级分级模型。结果表明，小样本学习YOLOv8-pose模型在叶片识别、关键点提取任务中表现优异（交并比阈值为0.5时的平均精度分别为0.798和0.914）；基于一维卷积神经网络分类模型和倾角频数分布特征的杨树苗干旱胁迫等级分级模型优于其他对比方法，分类准确率为0.850。该研究提出的杨树表型解析方法可为缺水杨树识别、抗旱杨树筛选提供新的技术支持。

关键词：植物表型深度学习杨树干旱胁迫骨架提取

日本落叶松内源GUS基因鉴定及其酶活性分析

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林业科学研究 2024年

作者：叶查龙张陈谊杨玲孙晓梅李万峰林木遗传育种全国重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种全国重点实验室东北林业大学林学院

[目的 ]研究日本落叶松内源β-葡糖苷酸酶（GUS）基因及其酶活性，分析GUS作为报告基因的可靠性。[方法 ]利用pCAMBIA1301载体上的GUS基因序列在日本落叶松参考基因组中进行比对，鉴定并克隆出日本落叶松GUS (LaGUS)基因。在NCBI利用bla... 详细信息

[目的 ]研究日本落叶松内源β-葡糖苷酸酶（GUS）基因及其酶活性，分析GUS作为报告基因的可靠性。[方法 ]利用pCAMBIA1301载体上的GUS基因序列在日本落叶松参考基因组中进行比对，鉴定并克隆出日本落叶松GUS (LaGUS)基因。在NCBI利用blastp查找其他物种中LaGUS的同源序列并构建进化树。利用已有的转录组数据和实时荧光定量PCR分析LaGUS基因在日本落叶松中的表达模式。利用组织化学的方法，以X-gluc作为GUS酶反应底物，检测日本落叶松体细胞胚胎发生过程中内源GUS的酶活性。[结果 ]在日本落叶松中鉴定到一个LaGUS基因，CDS长3 435 bp，编码1 144个氨基酸。25种植物中具有与LaGUS基因相似的序列。LaGUS基因的表达量在活动期高于休眠期，在体胚苗中高于在胚性愈伤组织和体细胞胚胎中。组织化学染色表明，日本落叶松胚性愈伤组织、体细胞胚胎和体胚苗在室温下染色6 d时均观察到蓝色，但体胚苗的染色程度高于胚性愈伤组织和体细胞胚胎。[结论 ]日本落叶松具有内源GUS活性，在基因工程中利用GUS作为报告基因可能存在一定干扰。

关键词：日本落叶松内源GUS 体细胞胚胎发生报告基因

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杉木单交F代的表型变异及杂种优势分析

森林与环境学报 2024年

作者：万柯慧徐德志边黎明张龙陈志强南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室南京林业大学南方现代林业协同创新中心福建省洋口国有林场

为定向创制杉木变异、开展家系内优良单株选择,以杉木优良杂交组合6421×27及其6年生单交F1代群体为研究对象,对表征其形态、生长及材性的12个表型性状进行变异分析,探讨杉木优良种质形态、生长与材性性状的表型变异规律,以及性状之间... 详细信息

为定向创制杉木变异、开展家系内优良单株选择,以杉木优良杂交组合6421×27及其6年生单交F1代群体为研究对象,对表征其形态、生长及材性的12个表型性状进行变异分析,探讨杉木优良种质形态、生长与材性性状的表型变异规律,以及性状之间的相关关系。结果表明:杉木F1代群体的12个表型性状的变异系数范围为8.21%-37.97%,5个性状的变异系数达15%以上。在66对性状的相关关系中,中等强度的正相关关系占36.36%;木材基本密度的变异系数为8.21%,与其余11个性状均无显著相关性;131株F1子代表现出正负两个方向的中亲优势,8个性状存在显性遗传效应,中亲优势率范围为-31.18%～90.44%,其中一级侧枝数存在明显的超亲优势;聚类分析把131株F1子代分为3个大类群、6个亚群,各类群特征明显。杉木杂交子代在生长和分枝性状上具有较大的变异,浓密宽冠型杉木在幼龄期有明显的生长优势,杉木一级侧枝数存在明显的杂种优势,形态性状具有显性遗传效应。

关键词：杉木单交子代表型变异杂种优势遗传效应聚类分析

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植物生长发育动态QTL解析研究进展

生物技术通报 2024年第2期40卷 9-19页

作者：付威韦素云陈赢男林木遗传育种全国重点实验室现代南方林业协同创新中心林木遗传与生物技术教育部重点实验室江苏省林木遗传和高效培育重点实验室南京林业大学南京210037

准确而有效的QTL定位是克隆目的基因、开展分子育种的前提和基础。植物生长发育随外界环境因子变化而变化,其动态发育的不同时期表型是不同主效基因/QTL动态表达的结果,基于生长停滞期表型数据的传统主效基因/QTL分析只能估算QTL在多个... 详细信息

准确而有效的QTL定位是克隆目的基因、开展分子育种的前提和基础。植物生长发育随外界环境因子变化而变化,其动态发育的不同时期表型是不同主效基因/QTL动态表达的结果,基于生长停滞期表型数据的传统主效基因/QTL分析只能估算QTL在多个时期的累积效应,并不能充分反映该基因位点在发育过程中的真实作用模式及效应,不能真实反映QTL在不同发育时期的动态表达模式,无法获取数量性状的动态信息。全生长周期的动态QTL分析为在分子水平上研究植物生长发育动态的遗传机制、鉴定主效基因提供了良好策略。本文总结了动态QTL分析的遗传模型、分析方法及其在植物发育数量性状定位中的研究进展,并对当前动态QTL分析存在的问题和发展趋势进行了展望,以期为植物生长发育动态QTL解析及分子标记辅助选育提供参考。

关键词：动态QTL 条件QTL 植物生长发育遗传模型条件分析法功能作图

BpGLK1基因干扰表达对裂叶桦叶色及生长的影响

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第1期48卷 18-28页

作者：杨蕴力曹俐王阳顾宸瑞陈坤刘桂丰林木遗传育种全国重点实验室(东北林业大学) 黑龙江哈尔滨150040

【目的】为培育更多的彩叶树种,以满足人们对城市园林绿化美景的追求,采用分子设计育种手段创制黄叶裂叶桦(Betula pendula‘Dalecarlica’)。【方法】以裂叶桦茎段为材料,通过农杆菌介导法将前期构建的35S::BpGLK1-RNAi载体导入其基因... 详细信息

【目的】为培育更多的彩叶树种,以满足人们对城市园林绿化美景的追求,采用分子设计育种手段创制黄叶裂叶桦(Betula pendula‘Dalecarlica’)。【方法】以裂叶桦茎段为材料,通过农杆菌介导法将前期构建的35S::BpGLK1-RNAi载体导入其基因组中,进而对获得的抗性转基因株系进行DNA水平及mRNA的检测,同时测定裂叶桦BpGLK1干扰表达株系的叶色、光合色素及光合参数、株高生长、基因表达特性。【结果】实验共获得8个抗除草剂再生转化株系,分子检测表明,BpGLK1干扰序列分别整合于8个转基因株系基因组中,且这些转基因株系中的BpGLK1相对表达量均呈下调表达。对移栽田间的1年生转基因株系叶色、叶色参数和叶绿素相对含量调查发现,8个转基因株系中RE1—RE5为黄叶株系,RE6—RE8为绿叶株系;相对于WT及绿叶株系,黄叶株系叶色参数L^(*)及b^(*)显著升高,叶绿素a及叶绿素b含量降低,但叶绿素a与b的比值呈上升趋势。转基因株系与野生型(WT)株系相比净光合速率(Pn)没有显著差异。株高分析显示,4个转基因株系显著高于WT株系;3个株系与WT株系差异不显著。基于RNA-Seq找到的显著下调的差异基因BpCOL、BpLCHⅡ、BpPDS和BpFKBP的qRT-PCR分析显示,上述4个基因在RE1—RE3中均呈显著下调表达趋势。【结论】导入的GLK1干扰靶序列能够降低转基因裂叶桦BpGLK1基因表达量,并获得了在园林绿化中具有潜在应用价值的黄叶裂叶桦。

关键词：裂叶桦 BpGLK1 转基因叶色

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