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【目的】 抽穗期是水稻重要的农艺性状,适时抽穗是确保水稻产量和区域适应性的关键因素。然而,水稻抽穗期调控的基因及其调控网络仍需进一步研究。已知FCS-like锌指蛋白是植物特有且在植物生长发育和逆境响应过程中发挥重要作用的蛋白家族,但其调控植物开花的功能未知。研究OsFLZs在调控水稻抽穗期中的功能,有助于完善水稻抽穗期调控网络,同时为抽穗期遗传育种提供新的理论基础和基因资源。【方法】 根据RGAP数据库公布的基因序列,构建OsFLZ18的过量表达载体和CRISPR-Cas9敲除载体,通过农杆菌介导的遗传转化方法转化日本晴愈伤组织,从而获得相应的水稻转基因植株;利用PCR技术筛选并鉴定OsFLZ18敲除纯合株系;在水稻生长过程中,调查过量表达、敲除植株和日本晴植株的抽穗时间;采用qRT-PCR方法分析OsFLZ18的时空表达模式,昼夜节律性以及OsFLZ18对抽穗期调控基因表达的影响;通过酵母双杂交试验验证OsFLZ18与调控水稻抽穗期关键因子的相互作用。【结果】 OsFLZ18的表达无明显组织特异性,在14 d的幼苗中表达量最高,其次是分蘖期的叶鞘和叶片,以及生殖生长阶段的茎和幼穗;成功构建了OsFLZ18-CRISPR载体,并转入粳稻日本晴中,筛选并鉴定获得2个CRISPR敲除纯合突变体。采用表达量较高的2个OE植株（OE-2和OE-3）以及纯合的敲除植株（CRISPR-21和CRISPR-25）进行抽穗期表型观察。结果发现,在广州自然短日照和自然长日照条件下,OE植株均出现明显的晚花表型,但是CRISPR敲除植株的抽穗时间较野生型无明显差异。qRT-PCR结果表明,在人工短日照条件下,与野生型相比,OE-2植株中Ehd1、Hd3a、RFT1的表达量明显被抑制,但Hd1的表达量没有明显的变化。酵母双杂交试验表明OsFLZ18和正向调控水稻抽穗期的转录因子OsMADS51存在互作。同时,OsFLZ18的表达量存在昼夜节律性,在白天表达量低,夜晚表达量高,并在半夜达到最高值。【结论】 过量表达OsFLZ18可以导致水稻延迟抽穗。
【目的】 鉴定大豆根特异性启动子及其最小调控片段,并利用启动子工程技术构建时空特异人工启动子并评价其在根腐病抗性中的应用价值,为大豆抗疫霉根腐病的遗传改良提供遗传元件。【方法】 通过分析大豆根、茎和叶片转录组数据,筛选在根中特异高水平表达的基因,克隆获得其启动子序列。根据顺式元件的分布位置构建截短载体,并驱动GUS报告基因在大豆发状根组织中超表达,筛选控制根特异性表达的核心片段。将获得的核心启动子片段与疫霉菌诱导启动子元件p4XD串联构建人工启动子驱动疫霉抗性相关基因GmNDR1在大豆发状根中超表达,分析转基因组织对疫霉菌抗性水平及目的基因在病原菌侵染过程中的表达水平。利用转基因本氏烟草从整株水平评价转基因材料对疫霉菌的抗性水平。【结果】 通过筛选发现6个大豆根特异性表达的PR1同源基因,其中,pGmPR1-9具有最高的启动子表达活性。PLACE在线预测发现其启动子区域含有大量的根特异表达相关顺式元件。对pGmPR1-9启动子进行截短试验,发现5′端截短片段L1、L2、L3、L4和L5均具有启动GUS表达活性,长度为166 bp的L5（-166—-1）片段具有全长启动子80%的活性,并可驱动GUS在转基因烟草根中特异表达;3个3′端截短片段R1、R2、R3和1个双端截短片段M1几乎检测不到GUS酶活性。p4XD-L5融合片段驱动GmNDR1在大豆发状根中超表达后可显著提高大豆发状根对疫霉菌的抗性,超表达发状根接种病原菌后发病程度和病斑长度显著低于对照,疫霉菌丝积累量在接种48 h时减少66.5%。GmNDR1在超表达组织中始终维持在高表达水平,在接种前,表达量是对照组织的39.2倍,接种后,表达量受疫霉菌侵染诱导进一步上调,并在36 h达到最高。GmNDR1在p4XD-L5::NDR1转基因本氏烟草根中的表达量显著高于茎和叶片,表现出明显的根部表达偏好性。超表达株系接种辣椒疫霉菌15 d后的株高、根长和鲜重显著高于对照,同时叶片萎蔫率和病斑长度显著低于对照植株。【结论】 鉴定获得一个大豆根特异性表达启动子及其核心序列,融合诱导性和组织特异性启动子核心元件的人工启动子p4XD-L5驱动抗性基因GmNDR1超表达,可显著增强转基因大豆发状根和本氏烟草对疫霉菌的抗病性。
【目的】玉米作为重要的粮、经、饲多用作物,其产量的稳定对经济发展和粮食安全意义重大。AP2/EREBP（APETALA2/ ethylene response element binding protein,AP2/EREBP）转录因子在植物生长发育及逆境应答中发挥重要作用。前期研究发现,玉米ZmBES1/BZR1-5转录因子靶基因ZmEREB93可能参与调控种子大小。克隆ZmEREB93,并对其表达特性及功能进行分析,为深入解析其调控玉米籽粒发育的功能与机制奠定基础。【方法】从玉米自交系B73中克隆ZmEREB93的全长序列,对其基因序列和编码氨基酸序列特征进行生物信息学分析。随后,通过实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）分析其组织表达模式,分别构建植物和酵母表达载体,进行亚细胞定位和转录激活活性分析。经农杆菌介导法将ZmEREB93转入拟南芥,对转基因株系的种子表型进行分析。最后,通过体外染色质免疫共沉淀测序（chromatin immunoprecipitation sequencing,Chip-seq）和共表达分析筛选ZmEREB93可能调控的候选靶基因,并通过酵母单杂交（yeast one hybrid,Y1H）验证。【结果】成功克隆获得ZmEREB93,序列分析结果表明,ZmEREB93无内含子,开放阅读框长618 bp,编码205个氨基酸,有一个高度保守的AP2结构域,属于AP2家族的ERF亚类。qRT-PCR结果表明,ZmEREB93在授粉后15和25 d的种子中表达量较高,其中,在25 d种子中表达量最高,约为15 d种子中表达量的11倍,在茎和根中有微量表达,在雄穗、花丝及苞叶中无表达。转录激活试验结果表明,ZmEREB93蛋白在酵母细胞中不具有转录激活活性。亚细胞定位结果显示,ZmEREB93蛋白定位于细胞核。与野生型株系相比,转基因拟南芥株系种子的长和宽显著变小且千粒重显著降低。体外Chip-seq与共表达分析结果表明,Zm00001d013611、Zm00001d006016、Zm00001d027448及Zm00001d039991为ZmEREB93转录因子的候选靶基因。Y1H试验表明,ZmEREB93蛋白可直接结合Zm00001d013611启动子。【结论】玉米ZmEREB93作为转录因子在种子中特异性表达,负调控种子大小。
【目的】CIPK是植物响应逆境胁迫信号通路中一类重要的蛋白激酶,可与CBL形成CBL-CIPK复合物,启动细胞内相关应答基因的表达而应对各种非生物胁迫。发掘并研究紫花苜蓿MsCIPK基因响应非生物胁迫的分子机理,有助于揭示紫花苜蓿抗逆生物学基础,为紫花苜蓿抗逆育种提供新的基因资源。【方法】通过PCR技术克隆MsCIPK2,使用生物信息学工具分析基因序列,利用qRT-PCR技术分析MsCIPK2,以及与其互作的4个CBL基因（MsCBL2、MsCBL6、MsCBL7和MsCBL10）在紫花苜蓿各组织中的表达水平,在烟草叶片表皮细胞中,瞬时表达pCAMBIA1302-GFP-MsCIPK2融合表达载体,通过激光共聚焦显微镜观察进行亚细胞定位,利用酵母双杂交技术分析MsCIPK2与4个MsCBLs蛋白互作情况,利用发根农杆菌诱导紫花苜蓿产生过量表达MsCIPK2的毛状根,利用qRT-PCR技术分析转基因毛状根株系中相关基因的表达水平。【结果】通过PCR扩增获得MsCIPK2片段,该基因CDS为1 230 bp,编码409个氨基酸,具有典型的CIPK家族的ATP结合位点、激活环、NAF motif和PPI motif等结构域。MsCIPK2在紫花苜蓿根中表达量最高,在花中表达量最低。亚细胞定位结果显示,MsCIPK2蛋白定位于内质网。酵母双杂交试验结果显示,MsCIPK2蛋白与MsCBL2、MsCBL6、MsCBL7和MsCBL10蛋白具有相互作用,且与MsCBL10蛋白相互作用较强。MsCBL2、MsCBL6和MsCBL10在紫花苜蓿根中表达量最高,MsCBL7在荚中表达量最高。qRT-PCR结果表明,过量表达MsCIPK2的毛状根中响应非生物胁迫基因ATPase、P5CS、CYP705A5、COR47、HAK5和RD2的表达量均明显上调。在200 mmol·L-1 NaCl和20%PEG处理条件下,与对照相比,过量表达MsCIPK2毛状根的丙二醛含量降低,SOD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量增高。【结论】紫花苜蓿MsCIPK2与MsCBLs蛋白互作,主要在根中表达并响应盐和干旱胁迫,过量表达MsCIPK2可以提高紫花苜蓿的耐盐性和耐旱性,MsCIPK2可作为提高紫花苜蓿抗逆育种的候选基因。
【目的】周8425B是中国小麦重要骨干亲本之一,小偃81是李振声院士选育的高产、优质、多穗型品种。千粒重是影响小麦产量的重要因素,发掘周8425B和小偃81的千粒重及相关性状的QTL,并分析不同生态区小麦品种所含QTL的单倍型与千粒重的关系,发掘优异单倍型,为不同生态区提高小麦产量及分子辅助育种提供基因型参考。【方法】以周8425B×小偃81衍生的重组自交系群体（F8）为研究对象,分别于2015和2016年在陕西杨凌（早晚播）进行田间种植,收获后对籽粒相关性状进行测量。利用90K芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的千粒重、籽粒长、籽粒宽和籽粒厚进行QTL定位。同时,针对稳定的主效QTL开发相应的KASP分子标记,并以479份国内外小麦种质组成的自然群体为材料进行分子检测,结合自然群体的千粒重等性状进行关联分析;此外,从479份小麦中挑选出106份含有660K芯片基因型数据的当前黄淮麦区推广的小麦品种,以主效QTL置信区间的差异SNP为基础,进行目标QTL定位区间的单倍型分析,从而判断黄淮麦区中陕西、河南和山东种质材料中的优势类群。【结果】QTL定位结果显示,3个环境下共在8条染色体上检测到22个QTL,表型变异解释率（PVE）范围为4.77%—19.95%,12个位点为主效QTL（PVE>10%）,其中Qkgw.nwafu-6B可能为新QTL。4A、6A、6B、7D染色体上的QTL在多个环境中被检测到,其中,4A和7D染色体处QTL与已报道的相关位点位置相同或接近。6A染色体上的QTL区间包含已知千粒重基因TaGW2-6A,根据TaGW2-6A的分子功能标记检测结果,周8425B和小偃81同时含有TaGW2-6A,此外,基于单倍型分析结果,二者存在于不同的类群中,因此,该位点不同于TaGW2-6A,也可能为新的QTL。单倍型分析结果显示,Qkgw.nwafu-6A总共分为5种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6A_h1,其在3个地点千粒重数据均高于其他单倍型;Qkgw.nwafu-6B总共分为8种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6B_h6,在河南两点千粒重数据较高,推测含有这两类单倍型的材料为优势类群。此外,针对Qkgw.nwafu-6B开发出共分离的KASP标记,并在479份材料组成的自然群体显著性检测中证明该位点与千粒重表型显著相关。【结论】Qkgw.nwafu-6A和Qkgw.nwafu-6B可能为新的与千粒重相关的主效QTL位点,6A_h1和6B_h6为优势单倍型,开发了一个与Qkgw.nwafu-6B共分离的分子标记KASP_IWA349,可用于分子标记辅助育种。
【目的】进行田间晚疫病抗性评价,利用SNP分子标记分析马铃薯抗晚疫病种质的遗传多样性及分离基因组内可能影响马铃薯晚疫病抗病性状的遗传区段,为马铃薯晚疫病抗性种质创新与利用提供理论依据。【方法】通过多年多点田间鉴定对马铃薯种质资源进行晚疫病抗性评价。利用dd-RAD技术对马铃薯种质资源进行简化基因组测序并分型SNP标记。利用Admixture软件分析群体的遗传结构,GCTA软件进行主成分分析,fastTree软件构建系统发育树,stacks程序包中的populations命令计算群体遗传多样性参数,vcftools程序计算选择性消除参数,Clustal Omega程序比对氨基酸序列,MEGA6绘制氨基酸序列进化树,GEMMA 0.98.1软件进行全基因组关联分析,CMplot程序绘制QQ图和曼哈顿图。【结果】通过对马铃薯种质资源多年多点田间晚疫病抗性进行鉴定,得到101个抗晚疫病的品种（系）及21个感病品种,并对它们进行dd-RAD简化基因组测序,通过对比参考基因组,共检测到分布相对均匀的8 697 602个SNP。通过种群结构分析、主成分分析和系统进化分析,将这些种质资源进一步划分为6个群体。6个群体之内的平均核苷酸多样性值（π）为0.2055—0.2572,之间的群体分化指数（Fst）为0.156909—0.187336,说明这些种质资源存在较丰富的单核苷酸多态性。同时6个群体内期望杂合度（He）为0.187—0.2297,观测杂合度（Ho）为0.0829—0.1186,6个群体内的观测杂合度均小于期望杂合度,并且6个群体内的近交系数（Fis）范围为0.2412—0.3554,说明在选育这些种质的过程中存在近交现象。分析可能影响晚疫病抗性的马铃薯基因组遗传区段,以20 kb为窗口,5 kb为步长,在基因组相同位置,分别计算不同抗性种质间π值比值和Fst值,进行选择性消除分析,选择π值比值最小的5%及Fst值最大的10%的745个遗传区段进行分析,遗传区段中共包含507个基因,其中,有4个NBS-LRR类基因。利用群体SNP和马铃薯种质的不同晚疫病抗性表型,进行全基因组关联分析,有9个SNP与抗病性状高度相关,其周围50 kb的基因组范围内,有69个基因,其中15个基因预测参与到应激反应,12个基因预测参与清除过氧化物自由基过程。【结论】dd-RAD简化基因组测序可以在马铃薯基因组中分型获得数量较多、分布相对均匀的SNP标记。马铃薯田间抗晚疫病种质资源拥有较丰富的单核苷酸多态性,但在其选育过程中存在近交现象。选择性清除和关联分析有助于分离影响晚疫病抗病性状的遗传区段。
【目的】 秧苗富锌是发挥水稻锌-镉拮抗效应的一种新模式,研究不同水稻品种对秧苗富锌降镉效应的响应差异及潜在机制,为该模式的推广应用奠定基础。【方法】 选择武运粳21号、浙粳优1578、黄华占、徽两优丝苗等4个品种开展水培富锌和盆栽验证试验,研究不同品种锌富集的动态特征及移栽后水稻组织对镉的吸收转运差异,通过分析根系相关镉转运基因的表达状况探究秧苗富锌降镉效应的种间差异机制。【结果】 锌培养对水稻秧苗的生长发育无明显影响,但不同品种幼苗锌富集能力差异明显,浙粳优1 578幼苗锌积累量（230 μg/株）最高,武运粳21号次之（124 μg/株）,黄华占和徽两优丝苗相对较低（85.1—95.0 μg/株）。浙粳优1578幼苗根系镉转运基因对富锌较为敏感,OsZIP7表达下调48.7%,OsZIP1表达上调81.3%;武运粳21号幼苗根系OsIRT1和OsZIP7表达分别下调35.9%和35.0%,OsZIP1表达上调31.1%;而黄华占和徽两优丝苗幼苗根系镉转运基因对富锌较不敏感。秧苗富锌使分蘖期武运粳21号根系和茎叶镉浓度分别下降26.7%和36.7%;浙粳优1578根系和茎叶镉浓度分别下降32.0%和40.0%,根系-茎叶镉转运系数显著下降12.0%。秧苗富锌使武运粳21号、浙粳优1578和黄华占糙米镉含量分别下降37.5%、36.7%和25.3%,而对徽两优丝苗糙米镉含量无明显影响,表明秧苗富锌对水稻降镉效应存在明显的种间差异。相关分析显示,糙米Cd浓度与茎叶Cd浓度呈显著正相关,而茎叶Cd浓度与根系和茎叶Zn浓度呈显著负相关,表明水稻内部Zn、Cd拮抗作用明显。根系和茎叶Zn浓度均与OsZIP7和OsIRT1的相对表达量呈显著负相关,与OsZIP1的相对表达量呈显著正相关关系,表明秧苗富锌主要通过调控根系OsZIP1、OsZIP7和OsIRT1的表达,从而间接影响糙米镉含量。【结论】 不同品种幼苗根系镉转运基因对富锌的响应差异明显,浙粳优1578和武运粳21号较为敏感,故而糙米镉含量下降幅度高于其他品种。
【目的】 比较气孔关闭与不同气孔密度开张之间叶片分化表达蛋白质及其积累变化,揭示果胶代谢如何调控气孔开张和关闭,为深入理解气孔的环境适应功能提供依据。【方法】 构建体内过量和抑制StEPF-2（EPIDERMAL PATTERNING FACTOR 2 from Solanum tuberosum）表达载体,以茎段为外植体,转化马铃薯克新1号植株,获得不同气孔密度的转化株系,以黑暗条件下气孔关闭为对照,采用RNA-seq和iTRAQ分别检测不同处理和对照叶片的基因和蛋白质表达谱,比较不同气孔密度分化表达的蛋白质,并通过StEPF-2标记的pulldown和LC-MS/MS结果确认,明确不同气孔密度特异诱导表达的胞壁果胶代谢参与的蛋白质。【结果】 叶片成熟过程中,随着气孔的关闭和开张,至少有14个蛋白质家族参与了保卫细胞壁果胶的代谢;黑暗条件下,气孔关闭时有5个蛋白质家族特异表达,分别是阻止HGs水解的多聚半乳糖醛酸酶抑制子（polygalacturonase inhibitor,PGI）、RG侧链合成的UDP-鼠李糖合成酶（rhamnose synthase,RHM）、半乳聚糖β-1,4半乳糖基转移酶（galactan β-1,4-galactosyltransferase,GALS）、UDP-D-葡萄糖醛-4-异构酶（UDP-D-glucuronate 4-epimerase,GAE）和聚半乳糖4-α-半乳糖转移酶（polygalacturonate 4-α-galacturonosyltransferase,GAUT）;光照条件下,在不同气孔密度的叶片中检出4个蛋白质家族特异表达,它们分别是降解果胶C6甲酯的果胶甲基酯酶（pectinmethylesterase,PME）、内切和末端水解果胶的多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase,PG）、α-半乳糖苷酶（α-galactosidase,AGAL）和类果胶裂解酶（pectate lyase-like,PLL）。另有5个蛋白质家族同时参与了气孔的开张和关闭,它们分别是阿拉伯半乳聚糖-蛋白质（aabinogalactan-protein,AGP）、果胶乙酰酯酶（pectinacetylesterase,PAE）、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase,BGAL）、类枯草杆菌蛋白酶（subtilase-like,SBT）和果胶甲基酯酶抑制子（pectinesterase inhibitor,PMEI）。【结论】 光照条件下,PME催化果胶去甲酯,其后PG和PLL及AGAL分别内切和末端水解果胶,丧失结构的果胶在膨压下开裂,打开气孔;黑暗条件下,PGIP抑制果胶水解,RHM增强果胶侧链合成,结构完整的果胶自行膨胀,保持气孔关闭。
【目的】功能性保绿通常被认为是包括玉米在内的主要作物品种的理想性状。挖掘新的控制玉米保绿相关位点和候选基因,为玉米保绿遗传研究提供理论基础。【方法】以150份由许178和K12组配的重组自交系（recombinant inbred lines,RIL）群体为材料,通过Windows QTL Cartographer V2.5的复合区间作图法（composite interval mapping,CIM）对3个保绿相关性状（保绿度（visual stay green,VSG）、吐丝期绿叶数（green leaf number at silking stage,GLNS）和成熟期绿叶数（green leaf number at mature stage,GLNM））进行QTL定位。同时,以139份自然材料组成的关联群体为材料,基于混合线性模型（mixed linear model,MLM）,结合50 790个高质量SNP标记,对这3个性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。【结果】基于CIM,利用单环境下的表型值和最佳线性无偏估计值（best linear unbiased prediction,BLUP）对GLNM、GLNS和VSG进行定位,共检测到37个QTL,分布在除第10染色体以外的其他染色体上,LOD范围为2.58—11.36,表型贡献率为4.34%—22.40%。GLNM、GLNS和VSG性状分别检测到14、12和11个位点。其中,4个遗传稳定的QTL（qGLNS2-1、qVSG1-1、qVSG1-2和qVSG7-1）,在3个及以上不同单环境中同时被检测到。利用MLM对保绿相关性状进行全基因组关联分析,共检测到44个超过阈值线的显著SNP,根据SNP标记在B73参考基因组的物理位置,发现共有15个位点落在连锁分析定位到的QTL区间内。【结论】通过QTL定位和全基因组关联分析共同检测到4个遗传稳定的共定位遗传区段（对应的B73参考基因组V4版物理位置区间为第1染色体6.2—8.2 Mb、第2染色体209.1—221.4 Mb、第6染色体96.8—102.1 Mb、第7染色体4.9—11.4 Mb）,并挖掘到4个与光合作用和抗逆相关的候选基因（Zm00001d006119、Zm00001d018975、Zm00001d006535和Zm00001d036763）。
【目的】开花是植物营养生长转向生殖生长的重要标志,对植物的生物量有重要的影响。紫花苜蓿作为世界上最重要的饲草作物之一,其产量和品质与开花时间密切相关。紫花苜蓿的最佳刈割时期是初花期,此时产量和品质最佳。前期获得一个与花期相关的编码基因HMG-Y,通过分析其结构及表达模式,探究其在开花调控途径中的功能,为揭示开花调节机制提供理论基础。【方法】同源克隆MsHMG-Y,并对其进行多序列比对和进化树分析。利用qRT-PCR检测不同组织和不同开花时期该基因的表达水平;分析MsHMG-Y受光照、赤霉素（GA3）、水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）诱导后的表达模式;观察过表达MsHMG-Y紫花苜蓿的表型,并分析开花促进因子与抑制因子的表达水平。【结果】MsHMG-Y与蒺藜苜蓿MtHMG-Y相似性最高,亲缘关系最近。组织特异性分析显示,MsHMG-Y在花、茎、叶中均有表达,其中,在父本和母本中均为花中表达量最高,叶中表达量最低;在早花表型父本的初花期表达量最高,在晚花表型母本的花芽分化期相对表达量最高。光周期分析表明,延长光照到16 h后,MsHMG-Y表达水平下调,延长光照到28 h后,MsHMG-Y表达水平持续低于对照组,说明该基因受光诱导后下调表达。外施50 μmol·L-1 GA3、100 μmol·L-1 SA、100 μmol·L-1 MeJA后,与对照组相比,MsHMG-Y表达水平均上调,其中,GA3诱导1 h时表达量最高,为对照的3.5倍;SA诱导6 h时表达量最高,为对照的24倍;MeJA诱导3 h时表达量最高,为对照的11倍,说明该基因受3种激素诱导。表型观察发现,与对照相比,过表达MsHMG-Y紫花苜蓿开花较晚,促进开花相关基因的表达水平均下调,抑制开花相关基因的表达水平均上调,其中,表达量变化显著的有促进开花基因MsPHYA、MsGI和MsFTa1,分别降低了4.9、3.9和2.8倍,抑制开花基因MsTEM1和MsSVP的表达量分别提高了2.5和1.9倍。【结论】MsHMG-Y受光周期及外源激素GA3、SA和MeJA的诱导表达。MsHMG-Y对延迟苜蓿开花的调控机制有重要作用。
【目的】玉米穗部性状是产量的重要构成因子,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）方法解析玉米杂交种穗部性状的遗传基础、挖掘与穗部性状相关的位点,为功能基因克隆和高产玉米品种培育提供参考。【方法】选用115份来源于陕A群和陕B群的优良玉米自交系和4份国内骨干作为亲本,以基于NCⅡ遗传交配设计获得的442份玉米杂交种为材料构建关联群体,调查2个环境中群体材料的穗长、穗粗、穗行数等8个穗部性状;利用tGBS技术检测亲本基因型,推测出F1杂交种的19 461个高质量SNP,结合杂交种表型和基因型开展基于加性、显性及上位性模型的穗部性状的全基因组关联分析,并利用公共数据库中玉米穗发育相关组织的转录组数据和基因的注释信息预测候选基因。【结果】表型数据分析结果显示,试验群体的8个穗部性状均符合正态分布,表型变异为3.78%—45.25%。方差分析表明,8个穗部性状的环境效应和基因型效应均呈现极显著水平（P<0.001）,广义遗传力为54.15%—68.89%。同时玉米杂交种穗部性状间呈现显著正相关或显著负相关。利用加性和显性模型分别检测到16个和3个显著SNP,上位性模型检测到79个上位性位点。3种模型检测的显著位点累积解释各性状38.21%—60.69%的表型变异,其中,加性模型检测到的显著SNP累积解释的表型变异为0.00—41.26%,上位性模型检测到的位点累积解释的表型变异为15.18%—45.36%。基于加性和显性模型检测的显著SNP的效应分析发现多数位点呈现加性和部分显性效应,仅2个为超显性。进一步分析发现,7个单SNP和5个上位性位点能够解释5%以上的表型变异。根据SNP的位置以及基因的表达信息预测了17个候选基因。【结论】玉米杂交种穗部性状主要受加性、上位性效应影响,显性效应影响较小;加性和显性模型检测的SNP主要表现为加性和部分显性效应,可通过聚合有利等位基因改良目标性状。
【目的】花生是重要的油料作物和经济作物,高产一直是花生育种的主要目标,决定产量的因素是单位面积的种子数和仁重。单位面积种子数是种植密度、每株荚数和每荚种子数的乘积。因此,对花生每荚果种子数相关性状进行QTL分析,有助于发掘该性状相关基因/位点,为花生产量相关性状分子育种提供重要的理论依据。【方法】以四粒红×冀农黑3号构建的RIL群体为研究材料,于2018年（E1）和2020年（E2）在河北省保定市河北农业大学清苑试验站（115°30′E,38°40′N）种植鉴定,收获时调查统计单仁果数、双仁果数以及多仁果数表型值,利用河北农业大学花生创新团队实验室构建的高密度遗传图谱,采用QTL Icimapping V4.2中的完备区间作图法对2个环境下的每荚种子数相关性状进行QTL定位与分析。【结果】单仁果率与双仁果率均呈正态分布,多仁果率呈偏正态分布。3个性状的QTL定位分析结果表明,共检测到11个QTL,可解释4.66%—22.34%的表型变异,加性效应为-9.35—9.42。其中,定位到5个多仁果率QTL,可解释3.19%—22.34%的表型变异,有1个QTL的加性效应为负值（-4.77）,来自冀农黑3号,其余4个QTL的加性效应为正值（3.59—9.42）,均来自母本四粒红;定位到2个单仁果率QTL,可解释4.97%—6.43%的表型变异,加性效应均为负值（-4.45和-4.54）,均来自冀农黑3号;定位到4个双仁果率QTL,可解释3.46%—20.87%的表型变异,加性效应均为负值（-9.35—-3.84）,均来自冀农黑3号。这些QTL中,6个为主效QTL,其中,qRMSPA05被重复检测到,且可遗传表型变异为16.58%—17.34%,加性效应为7.69—8.12。【结论】定位6个主效QTL和1个主效稳定的多仁果率QTL,有助于改良花生产量性状,可以作为遗传改良的重要候选区段,用于分子标记辅助选择与精细定位研究。
