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杨树无性系表型性状及ISSR分子标记遗传多样性分析

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中南林业科技大学学报 2024年第4期44卷 138-147页

作者：杨艳李永进黎蕾吴毅杨柳田野唐洁汤玉喜湖南省林业科学院湖南长沙410004 林木无性系育种湖南省重点实验室湖南长沙410004 中南林业科技大学湖南长沙410004 南京林业大学江苏南京210000

【目的】综合表型性状及分子标记多样性分析探明供试的62个杨树无性系的遗传多样性,为杨树进一步遗传改良奠定基础。【方法】选取地径、苗高、叶面积、叶长、叶宽、叶柄长、叶绿素、侧枝数、叶厚、单株总叶片、叶片干质量、叶片含水率... 详细信息

【目的】综合表型性状及分子标记多样性分析探明供试的62个杨树无性系的遗传多样性,为杨树进一步遗传改良奠定基础。【方法】选取地径、苗高、叶面积、叶长、叶宽、叶柄长、叶绿素、侧枝数、叶厚、单株总叶片、叶片干质量、叶片含水率等12个表型性状和ISSR分子标记对杨树无性系个体间进行遗传多样性分析,利用PopGen 32、SPSS 16.0及NTsys 2.10e等软件分别计算多样性指数、进行表型性状间的方差分析以及对各无性系进行UPGMA法聚类分析。【结果】侧枝数、单株叶片数、叶片干质量、叶面积以及地径的变异系数均达到了10%以上,叶柄长、叶长、苗高的变异系数也达到了8%以上的水平。利用5条ISSR引物检测到62份杨树无性系多态性谱带百分率平均为89.04%,基因多样度平均为0.4074,Shannon多样性指数(I)平均为0.5304。采用UPGMA法构建的形态和分子标记聚类图将供试材料聚成的类群均有家系内聚为一类的趋势,但也存在较大的差异;表型性状聚类分析主要是根据叶片的相关性状相似度越高的被聚为一个类群;分子标记聚类主要呈现出亲缘关系越近的无性系越容易聚为一个类群的聚类规律。【结论】供试的杨树无性系间表型性状分化程度高,具有丰富的遗传多样性,研究结果为杨树种质资源的改良、种质创新及多元化开发利用提供科学依据。

关键词：杨树无性系表型性状 ISSR 遗传多样性聚类分析

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杨树泛基因组构建与基因组变异分析

南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第6期46卷 251-260页

作者：储陈辰孙明升吴雨涵言震宇李婷冯洋帆国颖尹佟明薛良交江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

【目的】杨树是重要的速生用材、生态防护和碳汇造林树种,也是林木遗传研究的模式树种。开展杨树泛基因组构建与基因组变异分析,可为杨树精准育种和林木泛基因组研究提供理论先导。【方法】以公开发表的高质量杨树基因组序列为基础,分... 详细信息

【目的】杨树是重要的速生用材、生态防护和碳汇造林树种,也是林木遗传研究的模式树种。开展杨树泛基因组构建与基因组变异分析,可为杨树精准育种和林木泛基因组研究提供理论先导。【方法】以公开发表的高质量杨树基因组序列为基础,分析不同类型的序列变异,总结变异特征,并构建基于基因和图形结构的杨树泛基因组。【结果】本研究收集到8个杨属树种和3个二倍体或三倍体杨树杂交品种的基因组序列,3个杂交品种包含7个单倍型亚基因组序列,较好地代表了杨树4个组派的基因组特征。分析结果表明,杨树基因组间存在较多大的结构变异。在基于基因的泛基因组中,共线核心基因、非共线核心基因、次核心基因、非必需基因、特异基因占比分别为12.5%、34.9%、31.4%、16.5%、4.7%。其中,非必需基因在功能上具有较高的多样性。以基因组序列变异为基础构建杨树图形结构泛基因组,大幅提升2代测序数据的变异检测效果。通过泛基因组变异热点分析,鉴定出2个与物候关联的基因位点。【结论】杨属基因组中存在大量染色体重排,进而增加了基因调控的多样性。杨树组/派间的基因组结构变异可能与物候适应存在关联。基于林木基因组序列的复杂性,在林木泛基因组研究中应注意基因组整合范围与研究目标相匹配,结合基因泛基因组和图形结构泛基因组结果,综合解析林木的遗传变异规律和物种演化特征。

关键词：杨属泛基因组结构变异物候关联基因

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杨树干旱胁迫响应转录因子的研究进展

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2023年第3期51卷 71-83页

作者：张雪梨陈英黄敏仁朱嵊南京林业大学江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室江苏南京210037 南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037

转录因子是杨树干旱胁迫应答分子调控网络中的重要组成部分之一,通过特异性结合干旱响应相关基因启动子区的顺式作用元件,调控下游靶基因的转录表达,从而参与杨树干旱胁迫响应过程。杨树WRKY、NAC、bZIP、MYB和AP2/ERF是干旱胁迫响应分... 详细信息

转录因子是杨树干旱胁迫应答分子调控网络中的重要组成部分之一,通过特异性结合干旱响应相关基因启动子区的顺式作用元件,调控下游靶基因的转录表达,从而参与杨树干旱胁迫响应过程。杨树WRKY、NAC、bZIP、MYB和AP2/ERF是干旱胁迫响应分子机制研究中最主要的五大转录因子家族,每个家族拥有超过80个成员。本文简要介绍了杨树干旱胁迫转录组学研究进展,系统总结和概括了杨树这五类转录因子的结构特征与亚家族分类、调控下游靶基因表达的方式及其在参与调控干旱信号转导网络中的作用等方面的研究进展,并对存在的问题与未来研究进行展望,旨在深入了解杨树耐旱分子机理,为培育抗旱型杨树新品种提供参考。

关键词：干旱胁迫杨树转录因子顺式作用元件转录组

DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展

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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 1-8页

作者：国颖杨港归吴雨涵何杰何玉洁廖浩然薛良交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江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室南京林业大学林草学院江苏南京210037

植物细胞具有全能性,创伤和外源激素能够诱导已分化细胞的重编程来再生新的植株,发展的植物组织培养技术已广泛应用于植物快速繁殖、种质保存和性状改良等多个方面。然而,对植物组织培养过程中细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子... 详细信息

植物细胞具有全能性,创伤和外源激素能够诱导已分化细胞的重编程来再生新的植株,发展的植物组织培养技术已广泛应用于植物快速繁殖、种质保存和性状改良等多个方面。然而,对植物组织培养过程中细胞如何保持分化状态和发育可塑性的分子调控机制仍知之甚少,尤其是在表观遗传学水平上。DNA甲基化是一种进化上保守的表观遗传修饰,能够复杂地协调植物细胞全能性建立和影响其命运转变。在此,以组织培养过程中的愈伤组织形成、体细胞胚发生为切入点,总结了DNA甲基化参与植物再生过程的最新进展。首先,分析了不同植物再生过程中全基因组DNA甲基化变化模式,认为外植体类型和再生阶段均会对DNA甲基化水平产生影响;其次,重点研究了甲基化转移酶(MET1)等在植物再生过程中的作用,以及DNA甲基化调控再生基因表达的分子机制,包括BBM(baby boom),WOX(wuschel-related homeobox),WIN(wound induced dedifferentiation)等基因,最后,讨论了DNA甲基化在植物再生领域的未来研究方向,指出组织培养与基因工程的结合将为农作物和经济、用材林木的高效繁殖和精准培育提供机遇。

关键词：植物组织培养 DNA甲基化愈伤组织体细胞胚胎发生

基于物种特异性InDel标记鉴别美洲黑杨与小叶杨的杂交子代

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林业科学 2021年第11期57卷 79-84页

作者：戴晓港陈晨薛良交吴怀通尹佟明江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室南京林业大学南京210037

【目的】针对杨树种间杂交子代苗期形态不易区分的问题,利用美洲黑杨和小叶杨物种特异性InDel位点开发标记对种间杂交子代进行快速鉴别,为黑杨派和青杨派种间杂交子代鉴定、分子标记辅助育种等研究提供重要的参考技术。【方法】以美洲... 详细信息

【目的】针对杨树种间杂交子代苗期形态不易区分的问题,利用美洲黑杨和小叶杨物种特异性InDel位点开发标记对种间杂交子代进行快速鉴别,为黑杨派和青杨派种间杂交子代鉴定、分子标记辅助育种等研究提供重要的参考技术。【方法】以美洲黑杨、小叶杨及其杂交子代为试验材料,根据美洲黑杨和小叶杨重测序结果分析物种特异性InDel位点并设计引物,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳对引物进行通用性和物种特异性检测,用筛选出的物种特异的引物,对种间杂交子代的真实性进行鉴别。【结果】分别将10个个体的美洲黑杨和小叶杨重测序序列比对到美洲黑杨基因组,共获得长度差异大于5 bp的InDel位点359733个,其中种内特异、种间存在差异的InDel位点18418个。采用Primer3在美洲黑杨基因组中的17956个位点成功设计引物。在不同染色体共选取10对引物,采用SeqHunter2将引物序列比对到小叶杨基因组,共有6对引物在小叶杨中是通用的。采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,发现引物Psi2-1和Psi13-14在美洲黑杨和小叶杨中存在差异。利用美洲黑杨和小叶杨自然群体各50个个体对上述2个引物进行检测,发现引物Psi2-1在美洲黑杨中扩增出128 bp的特异性产物,在小叶杨中扩增出139 bp的特异性产物,在真实的种间杂交子代中扩增出128 bp和139 bp 2条产物;引物Psi13-14在美洲黑杨中扩增出132 bp的特异性产物,在小叶杨中扩增出144 bp的特异性产物,在真实的种间杂交子代中扩增出132 bp和144 bp 2条产物。2对引物对美洲黑杨与小叶杨种间杂交子代鉴别准确率达100%。【结论】获得了美洲黑杨和小叶杨物种特异性InDel标记2对,上述标记可以有效地用于美洲黑杨与小叶杨种间杂交子代的真实性鉴别。

关键词：美洲黑杨小叶杨种间杂交物种特异性引物分子鉴别

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林木基因组及功能基因克隆研究概述

遗传 2010年第7期32卷 677-684页

作者：尹佟明南京林业大学江苏省杨树品种改良与种质创新重点实验室南京210037

在美国能源部资助下,首个多年生木本植物——杨树的全基因组测序已经完成且序列信息已对公众开放。杨树全基因组测序的完成标志着林木基因组进入后基因组研究时代。克隆控制重要性状的主效基因是林木后基因组时代的主要研究内容。近年来... 详细信息

在美国能源部资助下,首个多年生木本植物——杨树的全基因组测序已经完成且序列信息已对公众开放。杨树全基因组测序的完成标志着林木基因组进入后基因组研究时代。克隆控制重要性状的主效基因是林木后基因组时代的主要研究内容。近年来,在一些重要作物,如水稻、蕃茄及玉米中,先后成功克隆了多个控制重要农艺性状的主效基因,分子育种在作物中已进入实用阶段。林木相对于这些重要作物而言,分子遗传学的研究起步较晚,同时,由于林木自身的一些生物学特性,在林木中精确定位与克隆未知基因一度被视为遗传学研究领域的难点。随着技术和研究手段的不断进步,以及林木基因组资源的快速积累,有望在这一领域取得突破,为在林木中开展分子育种创造条件。文章综述了国际上林木基因组与功能基因克隆研究的现状与新发展,并对后基因组时代的林木功能基因克隆研究的预期成果进行了展望,以期为从事该领域研究的科研人员提供参考。

关键词：基因克隆林木基因组反向遗传学正向遗传学连锁分析相关分析分子育种

假俭草EoNLA基因克隆与其转基因拟南芥在不同磷水平下的表型鉴定

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南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第3期46卷 134-142页

作者：何青青刘传强李建建王晶晶姚祥周圣浩陈英王浩然南京林业大学杨树种质创新与品种改良重点实验室南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 江苏省中国科学院植物研究所江苏南京210014 江苏省泰兴市农村能源技术开发服务站江苏泰兴225400

【目的】磷元素是植物必需的大量营养元素,在植物的生长发育中必不可少。NLA(nitrogen limitation adap-tation)蛋白是一种RING型E3泛素连接酶,参与磷转运蛋白的泛素化调控,在植物体的磷素平衡调节方面发挥重要作用。以假俭草这类天然... 详细信息

【目的】磷元素是植物必需的大量营养元素,在植物的生长发育中必不可少。NLA(nitrogen limitation adap-tation)蛋白是一种RING型E3泛素连接酶,参与磷转运蛋白的泛素化调控,在植物体的磷素平衡调节方面发挥重要作用。以假俭草这类天然适应低磷土壤条件的植物为研究材料,通过研究假俭草EoNLA的磷高效转运分子机制,为草坪草适应酸性土壤生境的磷高效转运分子育种和栽培调控提供理论依据。【方法】通过RACE方法克隆获得EoNLA基因,应用生物信息学分析确定基因的全长序列及编码氨基酸序列,采用原生质体瞬时表达体系确定EoNLA蛋白膜定位;通过qRT-PCR方法分析EoNLA基因低磷诱导下的表达模式,并通过农杆菌介导转化拟南芥进行基因功能鉴定。【结果】EoNLA基因序列全长1 353 bp,编码一个长度为331个氨基酸的蛋白。该蛋白具有NLA蛋白典型的RING结构域和SPX结构域,EoNLA蛋白定位于细胞膜,EoNLA基因在根组织的表达量显著高于在茎和叶的表达。【结论】EoNLA基因具有根组织表达特异性,且基于拟南芥转基因植株进行的功能鉴定,进一步显示EoNLA基因具有磷素调控相关的功能。

关键词：假俭草磷素调控 EoNLA 功能分析

基因组选择在林木遗传育种研究中的进展与展望

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林业科学 2020年第11期56卷 176-186页

作者：朱嵊黄敏仁南京林业大学江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室南京210037 南京林业大学生物与环境学院南京210037 江苏省农业种质资源保护与利用平台杨树种质资源圃南京210014

基因组选择技术是目前动植物遗传育种的关键技术和研究热点,已在一些动植物的遗传改良工作中取得了重要进展。林木具有世代间隔长的生物学特性,因而育种周期长,早期选择是缩短林木育种周期和加快林木育种进程的有效方法。林木早期选择... 详细信息

基因组选择技术是目前动植物遗传育种的关键技术和研究热点,已在一些动植物的遗传改良工作中取得了重要进展。林木具有世代间隔长的生物学特性,因而育种周期长,早期选择是缩短林木育种周期和加快林木育种进程的有效方法。林木早期选择研究可以粗略分为3个阶段:基于性状表型早晚期相关的早期选择、分子标记辅助选择的早期选择以及基因组选择。林木遗传改良的目标性状主要是生长性状和木材品质性状,其大都是复杂的数量性状,在生长进程中受到更加持久的环境影响。同时生长性状的遗传力是随着生长进程而发生变化的。基因组选择在林木遗传改良中的应用受限于多年生林木自身特点以及研究基础薄弱,包括世代间隔长、体型高大、幼龄期长、基因组和表型组等组学数据匮乏以及相关研究技术平台不完善等因素。为了推动基因组选择技术在林木遗传改良中的应用进程,本文介绍基因组选择技术的原理与方法,总结基因组选择技术在林木遗传育种中的研究进展,探讨基因组选择技术在林木遗传改良中应用的限制性因素。简要介绍基因组选择的线性模型、统计学估计方法(SNP-BLUP、GBLUP和Bayesian估计模型)和分析工具(rrBLUP、synbreed、BGLR、GVCBLUP、GAPIT、sommer和BLUPGA,等)。概括总结基因组选择技术在林木育种中应用的优势,简要概述阔叶树种(杨属、桉属、油棕属和橡胶树属)和针叶树种(松属和云杉属)的基因组选择研究案例,以油棕基因组选择研究作为典型案例分析。林木树种的基因组选择研究案例均表明基因组选择技术有助于提高林木选育效率和加快林木育种进程。深入探讨林木树种的参考基因组、全基因组关联分析、育种群体、连锁不平衡和多年生属性5个方面对林木基因组选择研究的影响。基因组选择在林木遗传育种研究中具有潜在应用前景,但其可行性仍需要大量的模拟数据和真实数据评估。当前林木基因组选择研究所面临的重要问题:1)林木树种的基因组组装质量普遍不高;2)如何开展林木多性状全基因组选择研究;3)针对多年生林木树种自身特点,设计出合理的试验方案,开发具备纵向性状数据处理能力的统计模型和分析软件。

关键词：基因组选择选育效率林木遗传改良全基因组关联分析

一个杨树第V类几丁质酶基因的克隆及表达分析

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分子植物育种 2013年第2期11卷 225-231页

作者：江聪宋佳亮黄瑞芳黄敏仁徐立安南京林业大学江苏省杨树种质创新与品种改良重点实验室南京210037

几丁质酶是一种重要的糖苷酶，在植物抗生物及非生物胁迫的过程中发挥了重要的作用。根据序列差异及所含结构域的不同，杨树中的几丁质酶可以分为5类。其中关于第V类几丁质酶的研究最少。本研究在加拿大杨中克隆到了一个第V类几丁质酶基... 详细信息

几丁质酶是一种重要的糖苷酶，在植物抗生物及非生物胁迫的过程中发挥了重要的作用。根据序列差异及所含结构域的不同，杨树中的几丁质酶可以分为5类。其中关于第V类几丁质酶的研究最少。本研究在加拿大杨中克隆到了一个第V类几丁质酶基因PcCHl3。序列分析的结果显示，该基因eDNA全长1303bp，含完整的开放阅读框，可编码366个氨基酸。预测蛋白质分子质量为39．53kD。理论等电点（pI）为5．49。PcCHl3与苦瓜、烟草、梨的第V类几丁质酶在系统进化树上同属一个分支。对PcCHl3在逆境胁迫及病原真菌诱导下的表达模式进行分析后发现，该基因可以被杨树病原真菌杨生褐盘二孢菌强烈诱导（可达对照的83倍），在干旱胁迫及盐胁迫的条件下表达量也出现了较大的上调（为对照的4～5倍）。研究结果为杨树几丁质酶功能的系统进化及林木抗性育种研究建立了一定基础。

关键词：杨树第Ⅴ类几丁质酶表达分析抗逆育种