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棉花CMS-D2和CMS-D8不育系线粒体全基因组比较分析

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棉花学报 2024年第1期36卷 28-38页

作者：葛李爽冯娟娟张梦郭立平戚廷香张学贤李永旗唐会妮乔秀琴邢朝柱吴建勇中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室/农业农村部棉花生物学与遗传育种重点实验室河南安阳455000

【目的】探究哈克尼西棉不育胞质(CMS-D2)和三裂棉不育胞质(CMS-D8)的不育系线粒体基因组之间的序列结构差异,为筛选鉴定不育相关基因奠定基础。【方法】根据D2A和D8A这2个不育系的线粒体基因组测序组装结果,使用Synteny and Rearrangem... 详细信息

【目的】探究哈克尼西棉不育胞质(CMS-D2)和三裂棉不育胞质(CMS-D8)的不育系线粒体基因组之间的序列结构差异,为筛选鉴定不育相关基因奠定基础。【方法】根据D2A和D8A这2个不育系的线粒体基因组测序组装结果,使用Synteny and Rearrangement Identifier(Sy RI)软件鉴定结构变异,用Plotsr可视化分析包含共线性及非共线性区域的重组变异位点。以D8A线粒体基因组注释结果为参考,用D2A线粒体基因组注释的开放阅读框(open reading frame,ORF)编码的氨基酸序列进行tblastn比对,筛选出D2A线粒体基因组中特有的ORF,并进行聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)验证、相对表达量分析和生物信息学分析。【结果】D2A和D8A这2个不育系线粒体基因组之间存在2个部分重叠且相邻的倒易位区域。在D2A中发现17个特异的ORF,PCR验证了D2A中存在的6个特异ORF(orf114e、orf121b-1、orf121b-2、orf138b-2、orf186a-2和orf317a-2)。3~4 mm花蕾中orf121b-1和orf121b-2的相对表达量较高。orf114e、orf186a-2和orf317a-2具有典型的跨膜结构域和嵌合基因结构,符合不育基因的部分特征。【结论】D2A和D8A线粒体基因组间存在2个相邻的倒易位区域。D2A中存在6个特异的ORF,其中orf114e、orf186a-2和orf317a-2可能与棉花CMS-D2孢子体败育有关。

关键词：棉花细胞质雄性不育线粒体基因组孢子体不育配子体不育开放阅读框

玉米多叶矮化突变体lyd1的鉴定与基因克隆

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作物学报 2024年第5期50卷 1124-1135页

作者：苏帅刘孝伟牛群凯时子文侯雨微冯开洁荣廷昭曹墨菊四川农业大学玉米研究所/农业部西南玉米生物学与遗传育种重点实验室四川成都611130

玉米株高降低通常是由节间数目减少、节间长度变短或二者共同作用所致。而本研究在基因编辑后代中发现的玉米多叶矮化突变体lyd1却表现为节间数目显著增加,株高显著降低。lyd1株高仅为93.10 cm,与野生型KN5585的株高159.95 cm相比,降低... 详细信息

玉米株高降低通常是由节间数目减少、节间长度变短或二者共同作用所致。而本研究在基因编辑后代中发现的玉米多叶矮化突变体lyd1却表现为节间数目显著增加,株高显著降低。lyd1株高仅为93.10 cm,与野生型KN5585的株高159.95 cm相比,降低了41.79%,差异达到极显著水平。然而lyd1叶片数平均达到27.8片,相较野生型平均17.8片叶,增加56.18%,差异达到极显著水平。遗传分析表明,lyd1的突变表型由1对隐性核基因控制,通过图位克隆将控制多叶矮化性状的基因定位于玉米3号染色体标记Indel10和Indel11之间,物理距离0.74 Mb。对定位区间内13个基因(不包含假基因)的序列进行测序,发现仅ZmTE1在第4外显子出现1个A碱基的替换,其他基因无差异。ZmTE1编码一个RNA结合蛋白,氨基酸的替换发生在第3个RNA结合结构域内(RRM3),导致天冬氨酸转变为缬氨酸。突变体lyd1的突变位点与已报道的te1-mum1、te1-mum^(2)、te1-mum^(3)、zm66不同,lyd1的发现为进一步解析玉米叶片和节间发育平衡的遗传机制提供了宝贵的材料。

关键词：玉米叶片数量节间长度基因定位

转基因抗虫耐除草剂玉米自交系LG11的获得及抗性分析

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作物学报 2024年第1期50卷 89-99页

作者：岳润清李文兰孟昭东山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业农村部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室山东济南250100

虫害是影响我国玉米产量和品质的重要限制因子,转Bt (Bacillus thuringiensis)基因玉米具有很好的抗虫性,能有效减少化学杀虫剂的使用,深受种植者欢迎。但是大面积持续种植转基因玉米,会引发靶标害虫产生抗性,“多基因”策略是阻止或延... 详细信息

虫害是影响我国玉米产量和品质的重要限制因子,转Bt (Bacillus thuringiensis)基因玉米具有很好的抗虫性,能有效减少化学杀虫剂的使用,深受种植者欢迎。但是大面积持续种植转基因玉米,会引发靶标害虫产生抗性,“多基因”策略是阻止或延缓靶标害虫抗性种群发生的主要治理策略之一。本课题组利用人工合成方法将Cry1Ab和Vip3Aa蛋白的主要结构域组合形成融合蛋白M2cryAb-vip3Aa,这2种杀虫蛋白在进化上没有同源性且杀虫机理存在差别,能有效降低靶标害虫产生抗性的几率。本研究拟通过转基因方法将m2cryAb-vip3Aa和bar基因串联导入受体材料,并以骨干自交系昌7-2为回交亲本进行回交转育,获得抗虫耐除草剂且拥有优良农艺性状的转基因玉米新材料,并对抗虫性和耐除草剂抗性进行分析。研究结果将丰富现有的抗虫耐除草剂玉米种质资源,并为玉米田间害虫防治和杂草治理提供新的解决方案。

关键词： m2cryAb-vip3Aa bar 转基因玉米

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两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收利用特性

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

中国生态农业学报（中英文） 2024年第5期32卷 790-803页

作者：蒋鹏周兴兵张林朱永川郭晓艺刘茂熊洪郭长春徐富贤四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业农村部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室德阳 618000 四川省作物生理生态及栽培重点实验室德阳 618000 四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业农村部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室德阳 618000

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据.以2个超级杂交稻品种('德优4727''泸优727')和2个高产常规稻品种('金农丝苗''黄华占')为材料,于2018-2020年在四川省德阳... 详细信息

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据.以2个超级杂交稻品种('德优4727''泸优727')和2个高产常规稻品种('金农丝苗''黄华占')为材料,于2018-2020年在四川省德阳市(高产点)和泸州市(中产点)两个生态点进行大田和盆栽试验,研究两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收、转运及利用效率的差异.结果表明:大田条件下不同生态点间超级杂交稻产量、氮素吸收积累利用特性差异显著.高产点超级杂交稻产量、氮肥偏生产力较中产点分别增加8.3％～23.2％、8.3％～23.1％.高产点超级杂交稻播种(SO)—幼穗分化(PI)、PI—齐穗(HD)阶段氮素吸收量和氮素吸收速率(除2018年幼穗分化—齐穗外)均高于中产点,HD—成熟(MA)阶段仍保持较高的氮素吸收量.高产点超级杂交稻成熟期氮素总吸收量较中产点增加15.6％～33.7％.尽管高产点超级杂交稻氮素收获指数较中产点平均增加4.6％(2018年除外),但成熟期仍有大量氮素滞留在超级杂交稻的秸秆中,造成高产点氮素籽粒生产效率较中产点平均减少11.3％.方差分析表明,盆栽条件下土壤、土壤×地点、土壤×品种互作对超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率影响不显著.高产点盆栽超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率变化趋势与大田试验相似.高产点SO—PI平均温度高于中产点,HD—MA平均温度低于中产点;高产点SO—PI、PI—HD和HD—MA太阳辐射积累量(除2018年PI-HD外)均高于中产点.相关分析表明,高产点籽粒产量与PI—HD氮素吸收量、氮素收获指数呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI的氮素吸收量和平均温度呈显著负相关.中产点籽粒产量与氮素籽粒生产效率、总吸氮量呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI和HD—MA的平均温度呈显著负相关.因此,不同产量水平超级杂交稻产量和氮素吸收利用特性差异主要与不同生育期内的平均温度和太阳辐射有关.

关键词：超级杂交稻吸氮量产量水平氮素籽粒生产效率气候因子

来源：博看期刊评论

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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

棉-粮-油菜宽带轮作提升作物产量和光能利用率

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第7期32卷 1159-1169页

作者：董明张谦王燕王树林冯国艺梁青龙祁虹赵贵元河北省农林科学院棉花研究所/农业农村部黄准海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/国家棉花改良中心河北分中心石家庄050051

棉-粮-油菜宽带轮作种植模式,能够充分利用农田资源,但种植体系内不同作物光能资源利用特性尚不明确。本研究在田间设置棉花单作(对照)、小麦-玉米一年两熟(对照)和棉花-小麦-玉米-油菜宽带轮作(以下简称“宽带轮作”) 3种种植模式,测... 详细信息

棉-粮-油菜宽带轮作种植模式,能够充分利用农田资源,但种植体系内不同作物光能资源利用特性尚不明确。本研究在田间设置棉花单作(对照)、小麦-玉米一年两熟(对照)和棉花-小麦-玉米-油菜宽带轮作(以下简称“宽带轮作”) 3种种植模式,测定棉花、玉米和小麦的产量、地上部干物质重以及叶面积指数、消光系数、光能截获量等指标。结果表明,与棉花单作比较,棉花宽带轮作单位面积产量和地上部干物重分别显著增加15.20%和10.35%。与小麦-玉米一年两熟比较,玉米和小麦宽带轮作的单位面积产量分别显著增加21.61%和11.53%,玉米地上部干物质重显著增加6.17%。7月16日(盛花期)至9月13日(吐絮期),棉花宽带轮作叶面积指数比棉花单作显著增加7.21%~12.76%, 7月24日(盛花期)和8月4日(盛铃期),棉花宽带轮作光能截获率比棉花单作分别显著降低3.59%和3.24%。玉米和小麦宽带轮作的叶面积指数、消光系数和光能截获率未发生显著变化。与棉花单作、小麦-玉米一年两熟比较,棉花宽带轮作和玉米宽带轮作的全生育期光能截获量分别显著降低3.14%和显著增加0.76%,小麦宽带轮作的全生育期光能截获量未发生显著变化,棉花、玉米和小麦的光能利用率分别显著增加18.81%、6.76%和14.10%。本试验条件下,边行优势和轮作效应同时发挥作用增加了棉花、玉米和小麦的单位面积产量以及棉花和玉米的地上部干物质重,改善作物干物质的积累和分配,进而提升棉花、玉米和小麦的光能利用率。该研究明确了棉-粮-油菜宽带轮作对作物产量和冠层光能利用率的影响,可为该模式的推广应用提供理论基础。

关键词：棉花玉米小麦宽带轮作产量光能利用

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棉花种质资源萌发期耐盐性鉴定及筛选

作物学报 2024年第5期50卷 1147-1157页

作者：李航刘丽黄乾刘文豪司爱君孔宪辉王旭文赵福相梅拥军余渝塔里木大学农学院新疆阿拉尔843300 新疆农垦科学院棉花研究所/农业农村部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室新疆石河子832000

种子萌发期是对盐分较敏感的时期,测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^(-1) NaCl处理,对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析,结果显示盐... 详细信息

种子萌发期是对盐分较敏感的时期,测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^(-1) NaCl处理,对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析,结果显示盐胁迫下各个性状较对照均存在显著差异;使用主成分分析、隶属函数分析对棉花种质耐盐性进行综合评价;对综合评价值D值进行聚类分析,根据D值的大小将629份种质资源分成5类:188份耐盐中间型材料、376份耐盐型材料、36份高耐盐型材料、28份盐敏感型材料、1份高盐敏感型材料;通过逐步回归分析建立棉花萌发期耐盐性评价预测模型:D=0.277RFW+0.29RGP+0.189RPL+0.387RGR-0.32(R^(2)=0.992),筛选出鲜重、下胚轴长、发芽势和发芽率4个指标可作为棉花萌发期耐盐性鉴定的指标。本研究建立了一套精准、高效的耐盐性鉴定体系,筛选到36份高耐盐材料和1份高敏感材料,为棉花耐盐机制研究和培育耐盐新品种提供参考。

关键词：棉花萌发期耐盐性综合评价

Gh_D11G050000参与棉花黄萎病抗性的功能分析

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棉花学报 2024年第3期36卷 211-224页

作者：黄俊森王星星杨力裴小雨贺昆仑刘艳改张飞张先亮王军马雄风杨代刚高俊山安徽农业大学生命科学学院合肥230000 中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室/农业农村部棉花生物学与遗传育种重点实验室河南安阳455000

【目的】克隆Gh_D11G050000基因,解析其在棉花黄萎病抗性反应中的功能和作用机制,为开展棉花抗病分子育种提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析Gh_D11G050000基因的序列特征和系统进化关系。通过实时荧光定量聚合酶链式反应(qu... 详细信息

【目的】克隆Gh_D11G050000基因,解析其在棉花黄萎病抗性反应中的功能和作用机制,为开展棉花抗病分子育种提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析Gh_D11G050000基因的序列特征和系统进化关系。通过实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析该基因的表达模式以及大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染后的表达量变化。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术初步验证该基因的功能。通过转录组测序分析和相关基因的表达量测定初步解析其抗病机制。【结果】Gh_D11G050000与Gh_A11G049600和Gr_11G034620蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR分析发现,Gh_D11G050000在棉花根部的表达量最高;该基因的表达量在大丽轮枝菌侵染后显著增加。Gh_D11G050000沉默植株对大丽轮枝菌的抗性减弱,具体表现为茎秆维管束褐变加重,有病菌繁殖的茎段数量明显增加,病株率和病情指数显著升高。转录组及qRT-PCR分析表明,Gh_D11G050000沉默棉株中茉莉酸、乙烯信号通路和木质素合成途径中相关基因的转录水平降低。【结论】Gh_D11G050000通过影响木质素合成基因、茉莉酸和乙烯信号通路相关基因的表达正调控棉花对黄萎病的抗性。

关键词：陆地棉黄萎病 Gh_D11G050000 抗病基因病毒诱导的基因沉默茉莉酸乙烯木质素

玉米籽粒皱缩突变体sh2019的分子标记初步定位

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山东农业科学 2024年第2期56卷 8-13页

作者：关海英董瑞刘铁山刘春晓何春梅王娟刘强徐倩张茂林汪黎明山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业部黄淮北部玉米生物学与遗传育种重点实验室山东济南250100

玉米籽粒作为光合产物的重要贮藏器官,其发育直接影响百粒重和产量。本研究以玉米籽粒皱缩突变体sh2019、野生型玉米自交系Mo17及两者的杂交F_(2)代为材料,进行表型分析、遗传分析和分子标记初步定位。结果表明,突变体sh2019籽粒干瘪,... 详细信息

玉米籽粒作为光合产物的重要贮藏器官,其发育直接影响百粒重和产量。本研究以玉米籽粒皱缩突变体sh2019、野生型玉米自交系Mo17及两者的杂交F_(2)代为材料,进行表型分析、遗传分析和分子标记初步定位。结果表明,突变体sh2019籽粒干瘪,种皮皱缩,百粒重和出苗率均比野生型显著下降,分别下降43.55%和69.56%。遗传分析发现突变体sh2019的籽粒皱缩表型受1对隐性核基因控制。利用F_(2)分离群体借助集团分离分析法进行的分子标记定位结果表明,sh2019基因被定位于玉米3号染色体上约30.18 Mb的物理距离内。本研究结果可为开展sh2019基因的精细定位及分子标记辅助育种奠定基础。

关键词：玉米籽粒皱缩突变体sh2019 分子标记定位表型分析遗传分析