【目的】马尾松(Pinus massoniana)是中国南方山地的乡土树种,具有重要的经济和生态价值。随着松材线虫病的入侵,开展抗松材线虫病马尾松的选育,为马尾松的抗病育种提供优良家系材料日益重要。【方法】以5个松材线虫病较严重的省(区)马尾松林的51个抗性优树的725株1年生半同胞子代为材料,通过人工接种5 000条松材线虫进行家系抗性评价。将接种抗病表型数据结合马尾松101.6 K液相探针靶向测序数据进行全基因组关联分析(GWAS)。【结果】共筛选到4个高抗家系和10个中抗家系,作为马尾松优良抗病种质资源。混合线性模型(MLM)共得到5个显著SNP位点,总计表型解释率7.69%~11.24%;一般线性模型(GLM)共得到4个显著SNP位点,总计表型解释率5.96%;BLINK模型共得到11个显著SNP位点,总计表型解释率12.86%~26.43%。这些显著SNP位点共关联9个功能基因,包含P450蛋白家族,果胶甲酯酶抑制蛋白(PMEIs)等功能基因。这些基因可能通过影响细胞壁结构、细胞膜上特异蛋白识别等方式帮助树体调控松材线虫入侵后的免疫反应。【结论】选育的14个抗性家系可作为马尾松抗病育种优良家系材料,关联分析筛选得到9个抗病侯选基因,为解析马尾松抗病机理和实现抗病马尾松早期选择奠定基础。
【目的】探究油楠(Sindora glabra)种源家系试验林生长性状的遗传变异规律,确定油楠种源家系早期选择的适宜年龄,为筛选优良种源家系提供科学依据。【方法】对4、5、6、8、10年生油楠6个种源63个家系的生长性状进行调查,分析不同种源家系生长性状在各林龄的遗传变化规律,利用主成分分析对早期选择效果进行评价。【结果】不同林龄油楠的树高、胸径、冠幅在种源、家系间的差异均达到极显著水平(P<0.01);各性状表型和遗传变异系数分别为24.63%~39.13%和7.83%~16.65%;家系遗传力和单株遗传力分别为0.42~0.79和0.25~0.71,随着林龄增加,各性状遗传力逐渐减小并趋向稳定;各性状表型和遗传相关性极显著(P<0.01),同一性状年份相隔时间越长,相关系数越小;以10年生油楠为标准,在4年生时进行早期选择具有一定可靠性;筛选出13个优良家系,5年内树高、胸径、冠幅现实增益为12.09%~27.24%,遗传增益为5.08%~20.08%。【结论】油楠种源家系具有丰富的遗传变异,生长性状受中等至偏强家系遗传控制且相关性极显著,初步认为在4年生时进行早期选择准确率可能较高,但仍需观测,35、62、45号家系可作为推广应用的首选。
【目的】揭示木荷(Schima superba)多地点家系变异及环境互作规律,为木荷良种选育提供参考。【方法】以2019年在浙江龙泉、建德、开化和江西分宜营建的木荷优树家系林为材料,调查树高、胸径、冠幅、枝下高、最大分枝粗等的遗传变异规律及立地效应,估算所试材料的现实增益及遗传增益等。【结果】多点4年生木荷优树的树高、胸径、冠幅、最大分枝粗、最大分枝角等具有极显著的地点、家系和家系×地点的互作效应,家系生长受到遗传和环境因素共同影响。不同种植地点家系生长性状差异较大,江西分宜点的胸径和分枝性状的变异系数相对较高,其次为浙江建德和浙江开化,最低为浙江龙泉点。木荷的树高与胸径呈显著中至强的正相关(0.66< R<0.93,P<0.01),与冠幅和分枝粗呈显著中至强的正相关(0.60 < R<0.87, P<0.05),与分枝角相关性不显著。各地点的树高、胸径、冠幅等生长性状均受到中度以上的遗传力(0.50~0.78)控制。4个地点的胸径和树高性状均值与其育种值均呈现良好的线性关系(R > 0.90, P<0.001)。通过对木荷树高和胸径的BLUP-GGE分析,发现胸径的BLUP-GGE较为可靠,其中浙江建德点最具有区分力,浙江开化点最具有代表性。根据速生性和稳定性初步选出7个生长优良的家系,遗传增益(2.30%~12.12%,平均7.37%)和现实增益(3.48%~18.30%,平均11.12%)较高。【结论】木荷生长性状受家系以及种植点环境影响,以胸径进行遗传分析和品种筛选较为可靠,综合多地点木荷生长表现初步选出7个优良家系,分别来自福建建瓯和浙江龙泉产区。
【目的】桂花(Osmanthus fragrans)为我国十大传统名花之一,然而花期短,花型、花色差异小等原因导致其从传统形态学上进行品种鉴定较为困难。基于全基因组序列进行SSR引物的开发,有利于为桂花的品种鉴定、遗传多样性分析等研究提供技术支持。【方法】利用MISA软件对桂花全基因组上的SSR位点进行查找和分析,并使用Primer 3进行引物设计,从中挑选131对引物进行多态性验证。【结果】在桂花全基因组序列中共获得180 838个SSR位点,平均4.10 kb出现1个位点。其中单核苷酸、二核苷酸、三核苷酸为主要的重复类型,分别占SSR总数的42.59%、39.03%和14.13%;二核苷酸重复类型中,以AT和AG基元为主;三核苷酸重复类型中,以AAT、ACC和AAG基元为主。将挑选合成的131对引物在银桂、金桂、丹桂、四季桂4个品种群的32个品种中进行毛细管电泳测序,其中16对位点呈现多态性;单个位点等位基因数为4~16,平均每个位点等位基因数为8.94。【结论】开发的16对桂花SSR引物多态性高,可用于桂花的品种鉴定、遗传多样性分析和指纹图谱构建等方面的研究。
【目的】以30个观果海棠品种为研究对象,对果实色彩观赏特征进行分析,旨在为观果海棠育种与景观应用提供参考。【方法】基于对果实色彩时令特征的观测,确定参试各品种所在色系类群和适宜观赏期,分析观果海棠品种群的色彩和时令多样性与互补性。【结果】基于果实色彩参数聚类分析,当欧氏距离=3时,将海棠分为绿色系(10.0%)、黄色系(16.6%)、橙色系(6.7%)、红色系(60.0%)和紫色系(6.7%)5个色系;就亮度值(L*)而言,绿色系(67.7)>黄色系(64.9)>橙色系(46.5)>红色系(32.6)>紫色系(20.5);海棠果实的最佳观赏期主要集中于“三秋”时令(9—11月),观赏多度指数呈现正态分布规律,其中初秋为50.0%、中秋为60.0%、晚秋为63.3%;最佳观赏期平均为1.5个月,最短为1个月,最长达3个月;基于对果实的色彩鲜艳度、果面光泽及斑点有无,将30个观果海棠品种的色彩观赏性分为3个等级(A、B、C),其中A等级品种有‘寒烟翠’、‘红珠宝’、‘红鸥’、‘红珍珠’、‘虹图’、‘盛夏’、‘十月光辉’和‘雨霁’。【结论】观果海棠品种果实色彩丰富度提高,群体观赏季和单品种观赏期延长,多色系、多时令的观果品种可以为秋季旅游观赏提供重要支撑,对促进海棠旅游产业发展具有重要意义。
【目的】国兰是中国的传统名花,为扩充国内观赏兰花新品种和观赏类别,选育抗病性更强、观赏价值更高的国兰新品种。【方法】2011年,以‘长寿蝶’(Cymbidium faberi ‘Changshoudie’)为母本,以‘红美人’(C. hybrida ‘Hongmeiren’)为父本进行杂交,后从大量的杂交后代的兰花无性繁殖后代中筛选出开花品相和叶姿一致的株系。【结果】选育的国兰新品种‘纤丽人’(C. ‘Slender Beauty’),高度适中,株型紧凑,瓣型为落肩细竹叶瓣,浅红色花瓣有明显的绛红色纵条纹,且抗炭疽病、白绢病及根腐病的能力优于亲本。【结论】‘纤丽人’株型紧凑适中,叶色浓绿,花型纤丽,适合作为室内花叶兼赏的高档盆花,具有较高的观赏价值和经济价值。
【目的】解析鹅掌楸(Liriodendron chinense)生长素转运蛋白PIN1在体胚发生中的表达模式与功能。【方法】通过qRT-PCR初步明确鹅掌楸3个LcPIN1同源基因(LcPIN1a、LcPIN1b和LcPIN1c)在体胚发生中的时序表达模式。进一步通过克隆LcPIN1s启动子,分别驱动GUS报告基因和mCherry荧光报告基因,利用农杆菌介导的遗传转化方法转化杂交鹅掌楸胚性愈伤组织,获得转基因阳性愈伤后进行体胚发生,通过GUS染色和荧光观察,明确LcPIN1s在体胚发生中的时空表达模式。最后,通过克隆LcPIN1s编码序列并构建以CaMV35S启动子驱动的过表达载体,转化杂交鹅掌楸胚性愈伤并进行体胚发生,通过对体胚发生效率的统计分析,解析LcPIN1s在体胚发生中的功能。【结果】表达模式分析显示, LcPIN1同源基因在体胚发生过程中既存在时空上的冗余,也存在特定组织部位的特异性表达。其中,LcPIN1a和LcPIN1c在球形胚时期已经表现出极性表达模式,可能为后续的体胚顶基轴建立和器官分化奠定基础。在心形胚时期,3个同源基因表现出显著的表达分化,LcPIN1a特异定位于维管组织;LcPIN1b呈胚体均匀表达;而LcPIN1c则特异表达于茎尖和子叶原基部位。随着体胚发育进入鱼雷胚和子叶胚时期,3者的表达模式又趋于一致,从子叶顶端沿着维管组织一直延伸到胚根区域,表明其可能共同作用于胚体生长素浓度梯度的维持。过表达试验显示, LcPIN1基因的过表达均会导致体胚发生效率的降低,并且过表达倍数越高,体胚发生效率越低。【结论】在鹅掌楸体胚发生过程中,PIN1蛋白的时空精确性表达对于正常的体胚诱导和形态建成具有重要作用,过表达可能破坏生长素梯度稳态,不利于体胚发生。
【目的】阐明外源脱落酸(ABA)结合低温预处理对红松(Pinus koraiensis)体胚成熟的影响,揭示其对红松胚性细胞分化及代谢物积累的作用机制,筛选最佳培养条件。【方法】以红松胚性愈伤组织为材料,采用4种不同时长(0、2、4、6 d)的低温(4 ℃)结合体胚成熟培养基中6种质量浓度梯度(0、5、10、20、50、100 mg/L)的ABA处理,测定愈伤组织在代谢过程中营养物质的活性及相关生理生化指标,系统分析不同处理组合对体胚成熟的影响。【结果】①20 mg/L ABA结合4 ℃低温处理2 d时,红松体胚产量是对照的9.90倍;②该处理贮藏物质质量分数最高,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性也达到最高,分别为59.45、98.96 U/g,而H2O2摩尔质量浓度在这一处理下最低,为0.53 μmol/mg,表明抗氧化系统有效缓解了氧化损伤;③优化培养条件获得的体胚经萌发培养后,再生植株移栽成活率达到45%。【结论】20 mg/L外源ABA结合4 ℃低温预处理2 d是红松体胚发生与成熟的最适条件。本研究可为红松优质品种高效繁殖提供技术支持,进一步推动红松遗传资源的有效保护、优良品种的选育与快速繁育体系的构建。
【目的】通过优化欧洲小叶椴(Tilia cordata)体细胞胚胎诱导的培养基配比,筛选诱导其体胚发生及再生植株成苗的最适培养条件,从而建立完整的体胚发生体系。【方法】以欧洲小叶椴未成熟合子胚作为外植体,通过在培养基中添加不同浓度及配比的植物生长调节剂2,4-二氯苯氧乙酸[(2,4-D)和6-苄氨基嘌呤(6-BA)],探究其对体胚发生过程中愈伤组织的诱导、增殖及体胚诱导效率的影响;采用不同基础培养基、吲哚-3-丁酸(IBA)浓度及活性炭添加量的组合处理,探讨其对体胚萌发及再生植株成苗的影响。【结果】外植体诱导产生愈伤组织的最适2,4-D质量浓度为3.0 mg/L、6-BA为0.2 mg/L,诱导率达64.25%;胚性愈伤组织在2,4-D质量浓度为3.0 mg/L,6-BA为0.2 mg/L的培养基中增殖效果最佳,增殖系数高达1 063.72%;体胚诱导阶段的最适2,4-D质量浓度为3.0 mg/L,6-BA为0.2 mg/L,体胚诱导率达46.41%;当体胚转入添加0.5 mg/L IBA的无活性炭MS培养基上时,可成功诱导植株再生。【结论】初步建立了完整的欧洲小叶椴体胚发生体系,为后续椴树属植物的高效繁殖及遗传转化体系构建奠定了基础。
【目的】探究6-(2-羟基-3-甲基苄基氨基)嘌呤(PI-55)对欧洲云杉(Picea abies)胚性愈伤组织在长期增殖和体细胞胚分化的影响,旨在为提高重要针叶树体胚发生及大规模再生技术效率提供科学参考。【方法】以欧洲云杉33号基因型的成熟合子胚诱导出的胚性愈伤组织为试验材料,在增殖期间添加不同浓度(0、0.5、1.0和2.0 μmol/L)PI-55培养14 d后,通过检测、分析对比相关生理生化指标,探讨PI-55对胚性愈伤组织内源激素(IAA、CTK、ZR、ABA)、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)、可溶性蛋白及体细胞胚分化的影响。【结果】0.5~1.0 μmol/L PI-55可以提高欧洲云杉胚性愈伤的分化率,及其内源激素含量、抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量;同时发现体胚分化能力弱的细胞系CTK和ZR含量、POD和CAT活性高于体胚分化能力强的细胞系,表明胚性愈伤组织需要一定水平的内源物质来促使体胚分化,但过高水平的内源物质则会抑制体胚分化。【结论】欧洲云杉体细胞胚发生过程中的增殖和分化阶段受多种因素的影响,PI-55可能是通过调节胚性愈伤组织的内源激素等生理指标进一步提高其分化能力,这一结果可为改良欧洲云杉体细胞胚发生技术,以及未来大规模生产和良种选育提供参考。
【目的】探究紫荆(Cercis chinensis)种子休眠解除前后蛋白质组的变化,进一步了解紫荆种子休眠与萌发的内在机制。【方法】以成熟紫荆种子为材料,基于非标记(label-free)定量技术和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术,分别对休眠种子和经过45 d低温层积后解除休眠的种子进行蛋白质组定量和定性分析,利用生物信息学分析紫荆种子休眠解除前后差异蛋白质的功能。【结果】筛选获得1 031个差异表达蛋白,其中显著上调的779个,显著下调的252个。差异表达蛋白被GO功能注释到生物进程、细胞组分和分子功能3大类49个亚类,注释的差异蛋白与代谢过程、酶催化活性、细胞组分合成、应激反应等密切相关。KEGG代谢通路注释结果表明,共有1 012个差异蛋白被注释,涉及264条通路,差异蛋白主要集中在碳代谢、多糖分解、蛋白质过程等,显著富集在7条通路,主要参与激素合成、次生代谢产物合成、脂质代谢等。差异倍数较高的蛋白质中,可能与紫荆种子休眠解除相关的有β-葡萄糖苷酶活性相关蛋白、泛醌和其他萜醌生物等次生代谢相关蛋白、乙醛酸循环相关蛋白等。【结论】紫荆种子休眠解除是较为复杂的生物学过程,涉及细胞形态变化、酶的催化、多糖分解及激素信号转导等,多条代谢途径相互作用构成了较为复杂的休眠解除调控机制。
【目的】开展国产鼠尾草属(Salvia)优良品种的选育,以促进该属植物的开发以及我国功能型花卉产业的发展。【方法】以在中国分布的张家界鼠尾草(Salvia daiguii)为母本、丹参(S. miltiorrhiza)为父本人工杂交育种,在F1子代中筛选观赏性较高的优良单株,然后扦插和分株繁殖并完成两个周期的新颖性、一致性和稳定性(DUS)测试。【结果】开发出的鼠尾草新品种‘辰丹月白’(Salvia ‘Chendan Yuebai’)为多年生草本,株型半直立。叶片光亮,花色呈优雅的淡蓝紫色。花序长约27.5 cm,花朵长约1.8 cm,花期4—6月。全国大部分地区可栽培。【结论】鼠尾草新品种‘辰丹月白’花序姿态修长优美,单株花量大,显花度高,适应性较强,具有较高的观赏价值和应用前景。
【目的】以3种栽培类型的蓝莓品种‘奥尼尔’(Vaccinium corymbosum ‘O’Neal’)、‘红粉佳人’(V. ashei ‘Pink lemonade’)及‘博尼塔’(V. ashei ‘Bonita’)为父本,与3种倍性的蓝莓配置杂交组合,比较授粉后24个杂交组合坐果率及果实感官品质性状差异,为蓝莓杂交育种的亲本选择和栽培实践中授粉树选配提供参考。【方法】以各杂交组合果实为试材、母本品种自然授粉为对照(CK),测定果实外观指标、主要糖类、抗氧化物质、挥发性物质含量等果实感官品质指标。【结果】3个父本与兔眼品种‘沃农’(‘Vernon’)‘布莱特蓝’(‘Briteblue’)杂交亲和性较低,用‘奥尼尔’和‘博尼塔’对高丛蓝莓品种授粉后均有较高的坐果率,用‘奥尼尔’花粉授粉后的‘天后’(‘Primadonna’)果实单果质量降低而硬度显著提高,用‘博尼塔’花粉授粉‘天后’的果实果形指数明显提高。观察杂交种子发现,‘红粉佳人’与南高丛品种杂交坐果率较高且果实无籽,3个父本与兔眼品种‘顶峰’(‘Climax’)杂交果实也均无籽。与自然授粉亲本相比,用‘奥尼尔’和‘博尼塔’授粉显著提高高丛品种果实的糖类物质含量,尤以‘博尼塔’授粉‘温莎’(‘Windsor’)和‘天后’果实固酸比极高。芳香物质检测分析发现,各杂交组合中共检测出59种挥发性物质,主要共有物质为芳樟醇、石竹素和反-2-己烯醛。‘夏普蓝’(‘Sharpblue’)经‘博尼塔’和‘奥尼尔’授粉后果实中芳樟醇含量均显著提高,而‘天后’仅经‘奥尼尔’授粉后芳樟醇含量显著提高,且用‘奥尼尔’授粉的‘天后’和‘夏普蓝’果实反-2-己烯醛含量显著高于自然授粉果实。兔眼品种‘顶峰’经‘红粉佳人’授粉后挥发性物质种类增加明显且以烯类物质较多。总酚和花色苷含量在不同倍性授粉组合中变化趋势相似,以‘奥尼尔’为父本的‘顶峰’果实总酚和VC含量最高,自然授粉的‘天后’和‘顶峰’果实花色苷含量较高。【结论】不同倍性蓝莓杂交具一定亲和性,兔眼衍生品种‘红粉佳人’与南高丛品种杂交可获得无籽果实,兔眼品种‘博尼塔’与高丛品种杂交果实固酸比提高作用显著,南高丛‘奥尼尔’与兔眼‘顶峰’杂交不仅产生无籽果实且促进了抗氧化物质积累。
【目的】探究文冠果(Xanthoceras sorbifolium)Brassinazole Resistance 1(BZR1)基因家族成员的特征及其在非生物胁迫响应中的作用,为文冠果XsBZR1基因功能的研究和抗逆新品种的选育提供理论参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定并系统分析文冠果XsBZR1基因家族;构建35S::XsBZR1-eYFP融合蛋白,对XsBZR1进行亚细胞定位分析;通过实时荧光定量PCR技术分析XsBZR1基因在非生物胁迫下的表达模式;构建XsBZR1- 9基因的过表达载体并转化到拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,观察转基因株系与野生型植株在盐胁迫处理下的生长情况。【结果】①在文冠果基因组中共鉴定出9个BZR1基因,分别命名为XsBZR1-1—XsBZR1-9,这些基因不均匀地分布在6条染色体上。②系统进化和共线性分析表明,XsBZR1蛋白与双子叶植物的BZR 1转录因子亲缘关系更为密切。③XsBZR1基因的启动子区域具有大量的光响应、激素响应元件以及胁迫应答响应元件。④亚细胞定位结果和预测结果一致,9个XsBZR1均定位于细胞核。⑤qRT-PCR分析表明,9个XsBZR1基因在不同的非生物胁迫下表现出不同的表达模式。除XsBZR1-7外,其余XsBZR1基因在低温胁迫下3 h时迅速上调表达;盐胁迫下XsBZR1的表达量呈现较大的差异性,XsBZR1-3/4/5/7的表达受到盐胁迫的显著抑制,而XsBZR1-1和XsBZR1-9在盐胁迫处理9 h时表达量提高到约20倍;XsBZR1-3/7/8/9在干旱处理9 h时表达量提高到2倍以上,而其余XsBZR1在干旱处理下的表达水平变化不大;9个XsBZR1均受到ABA的诱导表达,其中XsBZR1-8在ABA处理9 h时表达量提高到35倍。⑥在拟南芥中过表达XsBZR1-9发现,转基因植株在盐胁迫处理后的主根长度显著高于野生型植株。【结论】XsBZR1家族成员参与了文冠果非生物胁迫响应,过表达XsBZR1-9显著提高植物对盐胁迫的耐受性,这为进一步分析XsBZR1基因在文冠果抗逆机制中的作用奠定了基础。
【目的】表征文冠果(Xanthoceras sorbifolium)中WRINKLED1(WRI1)转录因子的序列同一性、转录激活活性和功能域,为探究其在种子油生物合成中的调控作用提供参考。【方法】利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术从成熟文冠果胚乳组织中克隆XsWRI1全长cDNA序列,利用生物信息学工具分析蛋白质序列特性。构建pGBKT7-XsWRI1载体,并将其转化到Y2HGold酵母感受态验证转录激活活性。通过实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)对根、茎、叶、花瓣、雄蕊和发育中的种仁组织特异性表达模式进行定量分析。【结果】XsWRI1基因(GenBank登录号:OR500287)全长1 688 bp,编码414个氨基酸,为亲水性不稳定蛋白。酵母活性检测证实XsWRI1具有较强的转录激活活性。组织特异性表达分析显示,XsWRI1的表达在发育胚乳中占主导地位,营养器官(根、茎、叶)和其他生殖器官(花瓣、雄蕊)中的表达水平可以忽略不计。结构预测确定了2个保守的AP2/EREBP DNA结合结构域(残基76-148和177-238)和一个核定位信号。【结论】本研究阐明XsWRI1在文冠果中的分子特征和组织特异性调控作用,突出了其在脂质生物合成途径中的潜在作用。这些发现为有针对性的基因操作,以增强木本油料作物的种子油积累奠定了基础。
【目的】文冠果是中国特有木本油料树种,除种仁油之外,果皮皂苷在生产中也具有较高利用价值。本研究对文冠果优良无性系果实生长发育过程中果实形态指标、种仁油脂含量、果皮中皂苷、可溶性糖和淀粉含量的动态变化进行分析,为文冠果高效栽培管理和果实采收策略的制定提供科学依据。【方法】调查了文冠果果实生长发育过程及内含物含量动态变化,并建立相关生长模型。【结果】①文冠果果实横纵径生长发育曲线为单“S”形曲线,果实生长过程可划分为生长初期(花后1~16 d)、速生期(花后17~38 d)、生长后期(花后39~45 d)、果实成熟期(花后46~80 d)4个阶段。②种子油脂及果皮皂苷积累关键时期分别为花后45~80 d 和花后55~65 d,种仁含油率和果皮皂苷质量分数最高值分别出现在花后80 d(62.75%)和65 d (1.599%)。可溶性糖与淀粉含量分别在花后75 d和花后65 d达到峰值。③果皮皂苷、可溶性糖、淀粉含量与果实横纵径、鲜质量呈极显著正相关。【结论】花后75~80 d为文冠果油用果实最佳采收期,此时果实横径64.82~66.47 mm,纵径67.26~69.97 mm;花后60~65 d为皂用果实最佳采收期,此时果实横径62.64~63.63 mm,纵径65.57~65.94 mm。
【目的】分析文冠果(Xanthoceras sorbifolium)无性系间表型性状、叶用成分及相关酶活性的变异程度和相关关系,开展综合评价,为优良叶用文冠果无性系的定向培育、引种推广提供科学依据。【方法】以引种到江苏盐城林场的 23 个文冠果无性系为研究对象,通过比较其变异系数分析表型性状、叶用成分及相关酶活性的变异程度,采用 Pearson 相关系数评价表型性状间、叶用成分及相关酶活性间的相关关系,运用主成分分析、系统聚类法对各无性系进行综合评价和分类。【结果】参试文冠果无性系的 15 个指标存在不同程度的变异,变异范围为 6.17%~43.00%。表型性状间、叶用成分及相关酶活性间共有9对指标呈极显著相关(P<0.01),5 对指标呈显著相关(P<0.05)。【结论】参试文冠果无性系的叶性状在各无性系间存在丰富变异,筛选潜力大。本研究筛选出的优良无性系为 50、Y8 和 Y11,可在盐城地区进一步推广栽培。
【目的】以收集的245份接骨木属(Sambucus)种质资源和60份接骨木杂交种质为材料,基于SSR分子标记对不同种源接骨木的遗传多样性及亲缘关系进行分析,为接骨木种质资源的合理保护、评价与利用提供科学依据。【方法】以11个种源的305个体为研究对象,根据转录组测序结果,开发100对SSR引物,对8个不同种接骨木个体进行扩增筛选,获得13对多态性较好的SSR引物,使用Popgene、Genemarker、GeneALeX和NTSYSpc等软件,对接骨木种质资源及杂交子代的遗传多样性、遗传距离、不同种源主坐标、UPGMA关系及进化树等进行分析。【结果】利用13对荧光引物对305个体进行扩增,检测到等位基因总数为162,不同位点等位基因变异幅度为4~34个,平均为12.5个;有效等位基因总数(Ne)为50.408个,变异幅度为1.066 1~11.070 2个,平均为3.878;平均观察杂合度(Ho)为0.331 5,平均期望杂合度(He)为0.521 5,平均Nei’s遗传距离为0.520 4,平均多态性信息含量为0.496 4,表明遗传多样性较高;42号位点Ho/He大于1,表明该位点杂合度高,种群内遗传变异程度较大。不同种源参试样本中Ho为0.208(杂交组合1)~0.486(长白县),平均Ho为0.372。He为0.242(杂交组合1)~0.552(大庆),平均He为0.434,其中,长白县、朝鲜种源及杂交组合2的Ho/He均大于1,表明这3个种源/杂交组合内群体杂合度较高,种群内遗传变异程度也较大。主坐标分析表明:遗传变异主要存在于个体间,占80%,而种源间遗传变异仅占20%,可能由于不同地区的栽培种源来源于相同省域,造成不同种源间变异较小;Nei’s遗传距离和聚类结果表明,种源/杂交组合间的遗传距离变化范围为0.023~0.637,山东青州仰天山天然群体和吉林长白县的遗传分化差异最大;内蒙赤峰和新疆阿勒泰的遗传分化差异最小;聚类可分为3大类群,同一种源个体并未完全聚到相同分支,可能原因是遗传变异或相互引种造成的。【结论】 接骨木种质资源具有较高的遗传多样性,在进行接骨木遗传改良时,应首先进行种源内选择育种及单株改良的育种方法,其次可考虑种源间研究。研究结论为接骨木种质资源精准鉴定、核心种质构建及新品种创制等奠定基础。
基因组精准编辑技术正在重新定义对生命奥秘的理解,其核心在于能够在特定的基因组位点精确地插入、删除或替换DNA序列,从而实现对生物体内遗传信息的定向精准编辑。这些技术已经成为现代生物领域研究的基石,从早期的探索到CRISPR系统的开创性应用,每一步都展示了科学探索的深远影响。CRISPR系统的应用带来了基因组编辑的巨大飞跃,它催化了更精准的编辑工具出现,如碱基编辑器和先导编辑器等,它们显著增强了精准编辑基因组的能力。这一历史性转变已经在农业改良、疾病治疗等领域展现出巨大的潜力。基因编辑技术的应用前景广阔,CRISPR/Cas系统能敲除多个基因,具有高靶向效率、易于设计和操作,且成本较低等优点,因此在作物、林木遗传改良中被广泛应用;但它也有不少不足之处,而每一款新编辑工具的出现都使这一技术得以不断完善。随着技术的不断进步,基因编辑技术有望在未来解决更多复杂的生物学问题,为人类健康和农林业发展带来更多的创新和突破力。
【目的】以内蒙古通辽天然小叶杨(Populus simonii)与荷兰北部欧洲黑杨(P. nigra)杂交F1代的30个无性系为试验材料,对其自然半干旱条件下的F1代生长性状及叶片解剖结构性状进行综合评价研究,为选育抗旱适应性强的杨树品种及亲本资源利用提供依据。【方法】对F1代30个无性系的不同林龄(4、5、6 a)生长性状及9个叶片解剖结构性状(6年生)进行差异比较、遗传变异分析和杂种优势研究,采用相关性分析评判各指标的关联程度,采用主成分分析筛选典型叶片解剖结构性状,最后采用隶属函数法对30个杨树无性系6年生典型叶片解剖结构与生长性状进行抗旱性综合评价。【结果】不同无性系间9个叶片解剖结构及生长性状均存在极显著差异;树高和胸径生长性状变异系数变化范围分别为17.28%~19.24%和28.22%~29.87%,不同树龄树高和胸径均明显高于双亲,高亲优势率为29.27%~36.83%,部分杂交无性系的树高和胸径生长性状已经形成明显的超亲优势;各叶片解剖结构性状变异系数范围为5.78%~18.82%,重复力变化范围为0.91~0.97;F1代的下表皮厚度、栅海比和叶片组织紧密度、栅栏组织厚度的正向超中亲优势明显,且角质层厚度、下表皮厚度、叶片组织紧密度出现明显正向超高亲优势,超高亲优势率为1.34%~1.77%。相关性分析结果表明,各指标之间具有较高的相关性,最终筛选出角质层厚度、叶片组织疏松度、叶片组织紧密度、栅海比和海绵组织厚度5个指标为小叶杨×欧洲黑杨杂交子代抗旱性评价的叶片解剖结构指标。通过隶属函数分析,最终筛选出02-06、02-01、02-05、02-24、02-03、02-13等6个最具有生长潜力和抗旱能力的无性系。【结论】小叶杨×欧洲黑杨杂交F1代的生长和叶片解剖结构性状变异丰富,具有较大的选择潜力和杂种优势,初步筛选出6个最具有生长和抗旱潜力的无性系,为干旱地区选育高产高抗杨树新品种及育种亲本选配提供重要依据。
【目的】皱皮木瓜(Chaenomeles speciosa)具有较高的观赏价值食用价值与药用价值,我国是皱皮木瓜的起源分布中心,研究皱皮木瓜种质资源遗传多样性,并构建品种分子身份证,以解决近年来因缺乏品种间统一的分类标准,同名异种、同种异名和品种间来源及演化不清等问题。【方法】以收集的168 份皱皮木瓜种质资源为材料,利用SSR标记结合毛细管电泳法对木瓜遗传多样性和群体内遗传分化程度进行分析,根据观测等位基因数(Na)、Shannon’s信息指数(I)和多态性信息含量(PIC)的筛选能区分全部种质的引物组合,并基于字符串编码构建DNA分子身份证。【结果】26 对引物在168 个皱皮木瓜品种中共扩增出304 个等位基因,平均每个位点扩增出11.577 个;期望杂合度(He)、I和PIC的平均值分别为0.748、1.731和0.607。根据聚类分析的结果可将该群体分为2 大类,进一步分为6 个类群;种群结构分析将供试材料分为2 个亚类。从26 对引物中筛选出11 对核心引物构建了168 份皱皮木瓜种质资源的条形码和二维码身份证。【结论】所选扩增位点的变异程度高、鉴别力度大,在进行遗传多样性分析、核心引物筛选,以及指纹图谱构建中可优先选用。该研究为皱皮木瓜的良种鉴定、遗传资源管理及种质资源数据库的构建等提供了参考。
【目的】通过柳杉种子园半同胞子代测定,阐明家系生长性状的遗传变异、性状相关规律,评价参试家系在试验地点的生长表现和育种价值,选择速生优良家系和单株进行推广应用。【方法】2014年在福建省福鼎后坪国有林场营建柳杉种子园半同胞子代试验林,于试验林1~7年生时,对51个家系每木调查树高、胸径和冠幅等生长量指标并建立数据库,分析家系生长性状的遗传变异和相关规律,估算家系及单株遗传力,对参试家系和单株进行评价和选择。【结果】试验林7年生时,树高、胸径、冠幅和材积的平均值分别为4.51 m、6.68 cm、2.09 m和0.011 10 m3,冠幅变异系数为16.75%,而5年生材积变异系数达101.60%,参试家系的适应性较好且生长性状存在丰富的变异。1~7年生试验林的树高、胸径和材积等生长性状在重复和家系间的差异均达极显著水平,生长环境和家系本身的基因型对柳杉早期生长均有显著影响。试验林1~7年生的家系遗传力为0.465~0.649,单株遗传力为0.223~0.507;在家系层次上,生长表现受中等程度之上的遗传控制;在个体层次上,生长表现受较弱程度的遗传控制。生长性状间的相关系数为0.35~0.97,生长性状的表型相关均达极显著水平。经综合评价和估算遗传增益,选出速生家系8个,树高、胸径和材积等遗传增益的平均值分别为5.53%、7.89%和22.95%;选出速生个体35个,其树高、胸径和材积的平均遗传增益分别为23.11%、27.84%和96.77%。【结论】参试柳杉家系生长表现较好,生长性状遗传变异丰富,选择的速生优良家系和个体将为试验地区柳杉人工造林提供良种材料,为构建柳杉第2代育种群体和提升柳杉遗传改良水平提供育种材料。
【目的】开展红锥(Castanopsis hystrix)种源及无性系材性变异规律研究,阐明材性相关性状的遗传特性,为材性遗传改良及木材的科学加工和合理利用提供理论依据。【方法】调查红锥种质资源库内17个种源226个无性系的材性性状,对不同种源、种源内不同无性系的12个材性性状数据进行方差分析,并根据种源遗传方差、种源内无性系遗传方差等计算遗传力。对红锥不同种源材性指标与地理位置和气象因子进行Spearman相关分析、主成分分析与聚类分析。【结果】方差分析结果表明,木材基本密度、纤维素含量和半纤维素含量在种源间存在极显著差异,木材纤维长度、纤维宽度和木质素含量在种源间存在显著差异;纤维长度、纤维宽度、长宽比、木材基本密度、纤维腔直径、腔径比、木质素含量、半纤维素含量指标在种源内无性系间存在极显著差异。木材基本密度、纤维素、半纤维素含量的遗传力在种源间差异较大,纤维长宽比、纤维长度、木材基本密度在种源内无性系间遗传力差异较大,均在0.5以上,表明这些性状分别在种源和无性系水平上受高度遗传控制。且所有种源木材基本密度均值均在0.5以上,表明红锥木材硬度整体水平高,密度大,属硬木材质。相关性分析结果表明,纤维长度与木材基本密度呈显著正相关,与木质素含量呈显著负相关,木材基本密度与纤维素含量呈显著正相关。木质素含量与纤维素含量呈显著负相关,纤维素含量与半纤维素含量呈负相关。各种源材性性状指标与地理-气候因子也存在一定相关性,表现出经度越高,木材木质素含量越高;纬度越高,木材基本密度越小;随着海拔的升高,木质素含量逐渐降低的规律;纤维长度与年均气温呈显著负相关,纤维长度可能会因年均气温的升高而减小。总体上,种源材性与地理因子相关性较强,而与环境因子相关性不明显。主成分分析将12个性状综合为有显著种源间遗传变异的6个性状,前3个主成分累计贡献率达62.76%,能够保留表型性状的大部分信息。层次聚类法将17个种源划分为3大类群,第Ⅰ类包括6个种源,总体特征表现为纤维长度、木材基本密度、维管束含量较低,木质素含量较高;第Ⅱ类包括5个种源,总体特征表现为纤维宽度、木质素含量和纤维素含量较高,纤维长度、木材基本密度较低;第Ⅲ类包括6个种源,总体特征表现为纤维长度、宽度、木材基本密度、纤维素含量较高,半纤维素含量较低。【结论】红锥种源与无性系材性性状遗传变异丰富,有较好的遗传改良潜力。纤维长度和长宽比这2个性状在改良过程中应注重无性系内优树的选择,而木材基本密度、纤维素和半纤维素通过种源间选择能达到较好的改良效果。木材材性主要受经度、纬度和海拔影响,选择生长在高经度、低纬度和低海拔的树种,木材品质更优。以上结果为红锥种质资源的保存和利用提供了理论依据,为筛选出材性优良无性系奠定基础,也可为将来红锥材性性状的改良和育种工作提供借鉴。
【目的】青冈(Quercus glauca)和滇青冈(Q. glaucoides)为珍贵树种,是东亚亚热带常绿阔叶林的重要建群种以及典型地理替代种,具有很高的生态和经济价值。开发其微卫星(simple sequence repeats,SSR)引物有助于分析其群体遗传格局及遗传多样性,为2种青冈林的管理和资源开发利用提供参考,也可为跨物种间的微卫星标记开发提供借鉴。【方法】分别基于3株青冈和3株滇青冈植株的简化基因组测序数据开发SSR引物。先后采用Stacks 2.0b软件process_radtags模型和SciRoKo 3.4软件对测序数据进行过滤和提取。利用Primer premier 6.0软件设计SSR引物。【结果】使用pyRAD 3.0.66软件对序列进行聚类,共鉴定出217个SSR位点,其中35%(76个)的SSR位点在青冈和滇青冈中均具有多态性。设计并筛选出28对SSR引物,分别在两个青冈群体和两个滇青冈群体(共48个个体)中进行巢式聚合酶链式反应(PCR)扩增。开发的28对SSR引物分布在青冈10条染色体上,SSR引物均在青冈和滇青冈个体中成功扩增,扩增率达到了90.7%。SSR分型分析结果表明,从遗传多样性方面看,所开发的28对引物中,共有176个等位基因;引物的等位基因数为3~13,平均为6.29个;期望杂合度为0.223~0.886,观察杂合度为 0.159~0.830。【结论】利用简化基因组数据可以快速、高效、经济地开发青冈和滇青冈通用微卫星引物,为后续2种青冈群体遗传学研究提供基础。也证明利用简化基因组测序数据,可开发近缘物种的通用微卫星引物。
【目的】发掘我国重要资源植物黑老虎(Kadsura coccinea)的叶绿体基因组高变异区域及SSR变异位点,为其遗传多样性及种质资源评估奠定基础。【方法】获取5个黑老虎个体的叶绿体基因组,通过基因注释,采用生物信息学方法开展核苷酸多态性、简单重复序列(simple sequarce repeat,SSR)分析,并以2个五味子属植物为外类群分析南五味子属的系统发育关系。【结果】黑老虎完整叶绿体基因组为典型的四分体环状结构,长度为145 413~145 903 bp。其中,大单拷贝区的长度范围为94 457~94 757 bp,小单拷贝区的长度为18 032~18 047 bp,重复区为16 431~16 552 bp。黑老虎叶绿体基因组编码125个基因,蛋白编码基因、tRNA基因、rRNA基因分别为82、35、8个;总G(鸟嘌呤)和C(胞嘧啶)的碱基数占总碱基数的比例(GC占比)为39.7%。采用滑动窗口法分析发现黑老虎叶绿体基因组上petN-psbM和trnS-GCU-trnG-UCC具有很高的核苷酸多态性(Pi > 0.03)。该物种叶绿体基因组上共有212个SSR位点,其中24个SSR位点在5个黑老虎个体间存在多态变异,具有应用前景。系统发育分析表明,此次研究中黑老虎个体聚成一支,与同属其他物种关系较远。【结论】本研究首次系统比较了多个黑老虎个体的叶绿体基因组,发掘出基因组内的高变异区域及变异SSR位点,为其遗传多样性及种质资源评估奠定了基础。
【目的】明确舞毒蛾(Lymantria dispar)谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)与杨树主要次生物质的结合能力和结合方式,为解析GST介导的舞毒蛾对杨树次生物质适应性机制提供理论基础,并通过GST分子模拟筛选结合能力强的次生物质,为舞毒蛾的科学防治提供新的策略。【方法】基于Swiss-model算法,经序列多重比对后,以氨基酸序列一致性大于30%的GST蛋白作为建模模板,对10条舞毒蛾GST蛋白进行同源建模,成功构建其三维结构。随后,利用SAVES软件对已构建的GST蛋白三维结构进行评估。从Pubchem网站获得6种杨树次生物质的3D结构并运用Discovery Studio 2019软件对10种GST模型和6种杨树次生物质进行分子对接,通过结合能和可视化分析其对接情况。【结果】10种舞毒蛾GST蛋白同源建模所得模型均满足拉氏构象图中氨基酸位于最佳合理区和允许区域的数量大于90%的条件;三维结构与一级结构的兼容性评分大于0.2的氨基酸数量大于80%;所得ERRAT值为91.73%~97.82%,可知10种GST模型评估合格。分子对接结果表明,GST与杨树次生物质分子间均含有氢键及共价键。其中:与水杨苷结合最优蛋白为LdGSTs2,结合能为-45.70 kJ/mol;与咖啡酸结合最优蛋白为LdGSTz2,结合能为-43.96 kJ/mol;与邻苯二酚和芦丁结合最优蛋白为LdGSTz1,结合能分别为-25.86和-95.46 kJ/mol;与黄酮结合最优蛋白为LdGSTe2,结合能为-32.49 kJ/mol;与槲皮素结合最优蛋白为LdGSTo2,结合能为-62.09 kJ/mol。【结论】舞毒蛾GST与杨树次生物质结合能均≤-5 kJ/mol均含有氢键和共价键,同种杨树次生物质与不同GSTs的结合能相似,表明舞毒蛾GST与杨树次生物质之间具有较好的亲和力并且分子间结合稳定;GST对次生物质特异性不高,但同种GST与不同的杨树次生物质的亲和力强弱存在差异。研究结果可为添加次生物质以降低杀虫剂抗药性提供理论依据。
【目的】睡莲(Nymphaea spp.)是重要的水生花卉。随着睡莲产业的迅速发展,因引种管理不规范,众多新种质引进后未能及时有效辨析其遗传背景,在投入生产使用时常出现种苗命名混乱、亲本来源不清晰等问题,不利于睡莲种质资源的创新与利用。开发睡莲全基因组水平上的SSR分子标记,用于该属植物的亲缘关系鉴定和遗传多样性分析,为睡莲种质资源的保护与育种提供理论依据。【方法】以公布的睡莲全基因组序列为参考,采用微卫星识别工具(MISA)分析睡莲14条染色体基因序列的SSR位点,用Primer 3.0设计150对SSR引物;选取5份原种/品种对150对引物进行PCR扩增;分别采用琼脂糖和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳筛选多态性好的SSR引物;对筛选的SSR引物进行荧光引物(FAM、HEX)合成,然后对147份睡莲样品进行PCR扩增;采用毛细管电泳检测扩增产物,利用GeneMarker进行原始数据读取,并将每个样品在各个等位基因位点的片段大小统计成0/1矩阵,采用Popgenen、NTSYS进行遗传多样性指数计算、聚类分析和主成分分析。【结果】由琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶电泳结果可知,筛选出11对扩增条带清晰、多态性高的SSR引物;筛选引物被用于147份睡莲种质的遗传多样性分析,扩增产物的毛细管电泳检测结果显示,共检测出307个等位基因位点,经生物信息学软件计算11对引物的等位基因数变幅为4~7,平均值5.36;多态性指数(PIC)变幅为0.46~0.60,平均值0.53;有效等位基因数(Ne)为1.042 8~1.117 5,平均值1.071 8;Nei’s基因多样性指数(H)为0.038 0~0.086 2,平均值0.056 2;Shannon多样性信息指数(I)为0.085 6~0.163 8,平均值为0.114 4。聚类分析表明147份睡莲属植物的遗传相似系数为0.781 8~0.993 5,平均值为0.899 2;在遗传相似系数0.879 0时将147份睡莲属植物划分为6个类群。PCoA分析表明,147份睡莲样品的主坐标分析结果与形态学分类结果分类相似,第1~3主坐标分别占总遗传变异的16.54%、8.35%和5.43%,共占总遗传变异的30.32%,基于供试种质在主坐标三维图的发散状态可知,第1主坐标与睡莲种质的香气形成和雄蕊发育变异有关,第2主坐标与种质的开花时间和环境适应性相关,而第3主坐标主导花型变异。【结论】本研究筛选出的11对SSR引物多态性较好,能有效鉴定出147份睡莲种质的亲缘关系,在系统分类上可将147份种质划分为6大一级分支,分类结果与形态学分类结果相似。筛选的11对SSR引物能够应用于睡莲属植物的遗传多样性分析和品种鉴定。SSR标记结果可为睡莲属植物的种质收集保存、种质创新和保护开发提供科学依据。
【目的】红松(Pinus koraiensis)是分布在中国东北地区的珍贵树种,由于近百年的人类干扰,其自然种群分布数量及范围逐渐减少。探究红松的遗传多样性和构建天然红松的核心种质,可为有效保存、管理和利用红松种质资源提供科学依据。【方法】以东北地区黑龙江省鹤北、五营、小北湖和鸡西,以及吉林省露水河5个保存现状良好的红松种群为研究对象,采用表型数据和分子标记相结合的方法,进行其核心种质构建。【结果】分子和表型方差分析结果均表明:红松天然种群的遗传变异主要来源于个体间,分别占总变异的96%和72.84%。鸡西种群与其他种群有着较远的遗传距离,平均遗传分化指数(Fst)为0.026 8,同时具有较高的遗传多样性,Shannon指数和表型多样性指数分别为1.111和2.00。结构分析表明5个红松天然种群没有明显亚群结构。不同林龄红松种群的遗传多样性没有明显变化,且较小林龄的种群不存在杂合缺失和近亲繁殖的现象,针叶性状与地理因素存在广泛的相关性,造成不同红松种群的表型分化。【结论】以分子和表型标记共同构建30%取样比例的红松核心种质,Shannon指数与表型多样性指数分别为1.076、2.018,能够较好地代表红松天然种群的遗传现状,也能更好地促进红松种质资源管理、保护和利用;根据红松遗传结构特征,建议重点从原地保护方面开展对红松天然种质的保护,以促进红松天然种群的生态恢复、种质保护及利用。
【目的】通过对4个长白落叶松种子园的40个自由授粉家系在4个地点建立子代测定林,对其生长性状进行遗传变异和稳定性分析,初步选出长白落叶松优良家系。【方法】对来自鹤岗、林口、永吉、大孤家4个地点的长白落叶松家系6~8年生子代林树高、胸径进行单点方差分析、多年多点联合方差分析、遗传参数分析、稳定性分析及育种值估算,进行长白落叶松优良家系早期选择。【结果】单点方差分析表明,长白落叶松家系生长性状在家系间差异极显著;多年多点联合方差分析表明,长白落叶松家系树高性状在家系、地点、年份及互作间均差异极显著;遗传参数分析发现,不同地点不同年度树高家系遗传力均大于单株遗传力,各地点家系遗传力为0.611~0.852,4个地点联合家系遗传力为0.646,受到较强遗传控制。4个地点联合家系表型变异系数和遗传变异系数分别为41.36%和3.87%。20%入选率时8年生各地点树高性状遗传增益为23.35%~38.89%。以育种值估算结果为主,结合树高平均值和稳定性参数,选出CH309、CH349、HG5、BS349和HG13为高产稳产家系,平均育种值为0.528,平均树高为4.00 m,高出对照25.78%,平均稳定性参数为0.085,适宜在4个地点进行推广。【结论】长白落叶松家系生长性状在家系间、不同年度及不同地点间具有丰富的遗传变异,筛选出的优良家系适合在东北三省及立地条件相似的地区进行推广。
非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)是一类由生物基因组转录产生但不编码蛋白质的遗传信息分子,作为表观遗传学研究的主要内容,曾一度被视为基因组中的“暗物质”或“转录噪音”。最广为人知的微小RNA (microRNA,miRNA)是在进化上高度保守的一类长20~24个核苷酸的短链非编码小分子RNA,通过与靶位点碱基互补配对切割降解靶基因转录本或抑制其翻译,从而实现对生物体生长发育等过程的调控。随着小RNA测序和降解组测序等miRNA研究手段的发展,越来越多的miRNA及其生物学功能在动植物中被相继报道,揭示了miRNA在逆境响应过程中的重要调控作用。笔者较为系统地论述了植物miRNA的特征、合成过程、作用方式及其在抗旱耐盐方面的研究进展,以期揭示植物抗旱耐盐的miRNA调控机理,为创制抗旱耐盐新种质提供依据。
【目的】筛选核心单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点,建立基于KASP平台的桂花(Osmanthus fragrans)品种基因型快速检测方法,构建品种特异性分子身份证,为桂花品种鉴定、溯源、知识产权保护等提供理论基础。【方法】实地调查主流桂花栽培品种的重要表型特征。通过两轮严格筛选,从基因组SNP中保留一组能够完全鉴别测序品种的最优SNP标记,计算SNP 位点的多态信息含量(PIC)、期望杂合度(He)等信息。以‘日香桂’(‘Rixianggui’)基因组为参考,设计桂花特异性KASP引物并进行批量扩增,根据基因分型结果建立品种指纹图谱,评估核心SNP标记的品种鉴别力。结合品种表型信息码和品种分子指纹码构建桂花品种资源的分子身份证。【结果】筛选出14个能够完全鉴别测序品种的核心SNP位点。各位点PIC值的变化范围为0.246~0.375,平均值为0.335;He的变化范围为 0.288~0.500,平均值为0.431。针对核心位点设计的KASP引物基因分型准确。根据扩增结果构建DNA指纹图谱,可区分全部包括未测序品种在内的90个参试品种。对品种表型特征赋值,结合指纹码构建由34位数字组成的桂花品种资源分子身份证。【结论】确定了SNP1—SNP14共14个核心SNP位点,能够实现至少90个桂花品种的有效鉴别。结合品种群类型、表型特征和分子指纹码构建了90个桂花品种的唯一分子身份证,并生成对应的条形码和二维码。
报道湖南省藤本植物分布新记录5种与1变种,即鲜黄关木通[Isotrema hyperxanthum (X.X. Zhu & J.S. Ma) X.X. Zhu et al.]、绒叶黄檀(Dalbergia velutina Benth.)、红花栝楼(Trichosanthes rubriflos Thorel ex Cayla)、天香藤[Albizia corniculata (Lour.) Druce]、广州山柑(Capparis cantoniensis Lour.)和毛叶翼核果(Ventilago leiocarpa var. pubescens Y.L. Chen & P.K. Chou)。凭证标本均存放于中南林业科技大学标本馆(CSFI)。
【目的】通过对青钱柳全基因组序列分析,开发基因组SSR分子标记;尝试构建19个青钱柳优良药用无性系的DNA分子身份证,为后续种质资源评价、遗传多样性和种质鉴定提供技术支撑。【方法】利用MISA(microsatellite identification tool)软件对青钱柳全基因组进行SSR位点搜寻、筛选、识别及富集分析,采用Primer 3.0进行SSR引物设计;用重复性和稳定性高的SSR标记构建青钱柳无性系的识别系统。【结果】①从全基因组中共检测出89 741个SSR位点,SSR位点的发生频率为62.07%。②基因组SSR位点中单核苷酸重复单元比例最高,占总SSR位点的62.67%;六核苷酸重复单元比例最低,占0.15%;SSR位点的重复基序大多以(A/T)n为主。③单核苷酸和二核苷酸重复类型的SSR位点基序重复次数集中在6~16次;随重复次数增加,各SSR位点重复类型出现频率均呈下降趋势。④基因组SSR序列长度介于10~476 bp,不同类型重复单元的SSR序列长度存在变异性;随着重复次数的增加,SSR序列出现的频率整体呈下降趋势。⑤利用Primer 3.0成功设计出78 285对SSR引物;合成的377对中有75对引物可扩增出多态性条带;用5对单碱基重复的多态性SSR引物分析19个药用无性系,构建出无性系的二维码DNA分子身份证。【结论】青钱柳基因组SSR位点出现频率高,位点种类丰富,可为种质资源评价及指纹图谱的构建提供丰富的候选分子标记。
【目的】 利用立地条件相对均一的圃地建立短期测定林,通过分析67个参试杉木无性系苗期生长性状的遗传变异情况及遗传-环境互作效应对各性状选择的影响程度,探讨无性系苗期超早期选择策略,进一步对大量候选无性系开展快速初筛和超早期选择,以降低长期测定成本,提高无性系选育效率。【方法】 利用杉木第3代种子园子代实生群体选择优良单株,扦插繁育成无性系,于圃地做性状短期测定。参试无性系67个,重复10次,12株小区,完全随机区组设计。造林1 a后,测定苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度共4个生长性状指标,通过构建表型方差分析模型,估算遗传方差分量,以及遗传与环境互作效应方差分量的值,并利用ASReml软件分别估算遗传力和重复力。【结果】 在圃地栽植1 a后,参试无性系的苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度均值分别为0.640 m、1.010 cm、10.30条和0.28 m,4个观察性状的表型变异系数分别为12.86%、14.88%、21.34%和14.89%;参试67个无性系在苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度性状上存在显著遗传差异,测定性状的重复力均达0.74左右,遗传力估值均稳定在0.48左右;所测4个性状的遗传与环境互作方差分量占总遗传方差的35%左右;地径与苗高、侧枝数和最长侧枝长度存在显著相关,遗传相关系数均达0.9以上;以地径性状为指标进行选择,苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度的遗传增益估值随着入选率的降低逐渐增高,但苗高、侧枝数和最长侧枝长度重复力、遗传力以及遗传-环境互作方差比例均保持在较为稳定的范围内,呈现出一定程度的波状变化;而地径则随着入选率的降低,重复力和遗传力估值下降,遗传-环境互作方差比例增大。当入选率降低到40%以下时,杉木无性系的苗高、侧枝数和最长侧枝长度3个性状的遗传-环境互作方差比例分别达到41.18%~48.61%、37.82%~40.13%和39.61%~54.37%,但地径的遗传-环境互作方差比例由45.91%快速上升至94.33%,当入选无性系数量由19个降至16个时,地径遗传力和遗传-环境互作方差比例发生显著变化,地径遗传力由0.226 3降至0.091 4,遗传-环境互作方差比例由63.09%迅速增加到83.26%;取30%左右入选率,筛选出19个无性系用于山地造林长期测定,初选材料的苗高、地径、侧枝数和最长侧枝长度的均值分别为0.73 m、1.20 cm、12.4条和0.33 m,遗传增益均值分别为10.81%、15.45%、16.66%和13.88%,分别比群体均值高出14.06%、18.81%、20.39%和17.86%。【结论】 遗传-环境互作效应对杉木无性系表型性状的影响不可忽视,其互作方差在总遗传方差中具有较大的占比;杉木无性系苗高生长和侧枝生长受遗传与环境互作作用影响相对较小,地径可能对圃地微环境变化等因素更为敏感,因而将苗高和地径性状综合起来进行杉木无性系超早期选择能够取得较为理想的结果;降低入选率并不能剔除遗传-环境互作效应对地径和最长侧枝长度的影响,高强度的选择反而会增加遗传-环境互作的影响,但适当的入选强度既能保留无性系间目标性状遗传变异的丰富度,又能固定大部分的遗传-环境互作效应;短期圃地测定,能对大量待测杉木无性系进行快速初筛,缩小长期测定林面积,降低测定成本;对参试无性系性状遗传与环境互作效应特征进行早期解析,可为充分利用遗传与环境的有益互作效应提供重要依据。
色彩和香味是影响园林植物观赏品质的重要因子,对植物的观赏价值具有决定性的影响。类胡萝卜素是植物重要色素物质,单萜是植物关键芳香成分,牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GGPPS)位于两者合成途径的关键交叉节点,对植物颜色、香味相关代谢物的形成具有重要影响。本研究对GGPPS蛋白的结构与分类、进化聚类情况,并对GGPPS基因的转录调控和其他调控因子进行综述,总结了GGPPS基因影响植物色彩与香味形成的作用机制,探讨了其在植物色彩及香味性状改良方面的应用潜力,认为今后可利用多组学手段挖掘相关转录因子并解析GGPPS基因调控植物色香的分子网络,以期为植物观赏性状的遗传改良工作提供新的基因资源和研究思路。
【目的】CRISPR/Cas9 RNP系统是一种高效的基因编辑技术,具有简单、精准等特点,已被广泛应用于动、植物的基因编辑研究中。目前,通过微粒轰击技术将Cas9蛋白和gRNA核糖核蛋白复合体(RNP)导入受体细胞,获得无选择标记的基因编辑植物,该技术的提出为快速创制植物突变体提供了崭新思路。【方法】本研究以白桦(Betula platyphylla × B. pendula)BpGLK1基因为编辑的靶基因,采用CRISPR/Cas9 RNP技术开展无T-DNA插入的BpGLK1基因编辑。在白桦BpGLK1基因的第1外显子处设计靶位点,采用PCR扩增技术获得BpGLK1-E1靶位点片段;采用酶切及连接技术构建pAbAi-BpGLK1-E1重组质粒,将该质粒线性化后与Cas9蛋白作用,体外检测CRISPR/Cas9 RNP活性及gRNA的精准性。以白桦合子胚诱导的愈伤组织为受体,采用微粒轰击技术进行BpGLK1定向诱变。【结果】CRISPR/Cas9 RNP体外活性检测显示: Cas9蛋白及gRNA复合体具有裂解活性,可在BpGLK1靶位点的特定位点进行有效切割。以白桦成熟胚为材料,在无光照条件下培养25 d左右可获得幼嫩愈伤组织,以其为受体在轰击距离为12 cm、7 584.5 kPa条件下,用包被Cas9蛋白与gRNA(RNP)金粒进行轰击,随后经过分化培养及继代培养可获得叶色呈现黄绿色的glkc突变株,测序结果显示,该突变株的BpGLK1基因产生18 bp的纯合缺失突变。【结论】利用CRISPR/Cas9编辑技术可实现无T-DNA插入的白桦BpGLK1精准突变。
【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。
【目的】创制毛果杨(Populus trichocarpa)LBD12(lateral organ boundaries domain 12)转录因子的过量表达植株,分析表型特征,初步探究PtrLBD12转录因子在毛果杨木材形成中的生物功能。【方法】基于前期的研究,筛选出了木材形成关键调控因子PtrbHLH186调控的下游转录因子PtrLBD12,通过基因克隆获得PtrLBD12基因;创制PtrLBD12过量表达毛果杨植株,测定并统计生长30、60、90 d毛果杨野生型和过表达植株的生长指标;对生长120 d的转基因及野生型植株各茎节进行石蜡切片、化学染色观察及不同细胞类型的统计分析;通过定量PCR测定过表达PtrLBD12基因对22个木质素单体合成酶基因表达水平的影响。【结果】获得毛果杨PtrLBD12过表达植株;与野生型相比,转基因植株的株高、地径等生长指标水平明显降低;纤维和导管细胞的数量显著增多,导管细胞的孔径减小,形成层细胞的形态结构无明显变化;木质素沉积水平增加,木质化程度增强;PtrLBD12的过量表达促进了木质素合成酶基因的表达。【结论】LBD12转录因子在毛果杨木材形成过程中发挥重要的调控作用,可调节木质素单体合成酶基因的表达,改变木质素沉积方式。此外,该基因也可以改变木质部细胞形态结构,影响植株生长发育。
【目的】针对调控裂叶桦( Betula pendula ‘Dalecarlica’)叶形的基因进行初步定位,筛选并注释可能的候选基因,为后续的验证实验和机理研究奠定基础。【方法】以来自1株裂叶桦母树的24株子代个体为试验材料,其包括了正常叶、浅裂叶、深裂叶等类型,扫描每单株的5个叶片,使用衡量叶片不规则度的指标计算每株个体的叶形不规则度,分析个体之间的差异显著性,测定每单株RNA-Seq数据,分析其中的SNP/InDel信息,并结合叶片不规则度进行关联分析,划定关联区。根据RNA-Seq数据分析实验材料全基因组的基因表达量,计算基因差异显著性,继而挑选出关联区中的差异基因。将关联区中受关联性SNP影响的基因和差异表达的基因作为候选基因,使用在线数据库进行基因功能注释。【结果】试验群体叶形不规则度的变异系数达60.51%,满足关联分析的需求。对实验群体全基因组中1 367 359个SNP/InDel标记的关联分析结果显示,裂叶桦叶形调控基因所在的关联区长9.18 MbP,包含400个基因,关联区内61个关联性SNP影响了17个基因的编码。基因表达量分析结果显示,关联区中有25个基因在不同叶形桦树之间存在极显著差异(P<0.01)。对上述候选基因进行功能注释,根据注释结果,预测其中3个转录因子和1个生长素转运蛋白可能是调控裂叶桦叶形的关键基因。【结论】调控裂叶桦叶片分裂性状的基因定位在7号染色体7466344—16651477的区间,包含候选基因40个。根据基因注释结果,建议后续研究重点针对其中3个转录因子和1个生长素外排体基因开展。
