冷胁迫是影响苹果生产的重要限制因素。在本研究中,我们以苹果砧木‘M9T337’和‘60-160’的组织培养幼苗为试材进行检测,发现它们对冷胁迫分别表现为抗性和敏感性。‘M9T337’和‘60-160’幼苗在冷胁迫(1℃)处理48小时后,差异表达基因(DEGs)的富集途径和生理变化明显不同,表明它们对冷胁迫的反应存在差异。两个砧木幼苗WRKY转录因子差异表达分析表明MdWRKY40is和MdWRKY48为潜在冷耐性调控子。在苹果愈伤中分别过表达MdWRKY40is和MdWRKY48,结果发现过表达MdWRKY48的愈伤没有明显效果,而MdWRKY40is能促进花青苷积累和提高愈伤冷耐性,并促进花青苷合成结构基因MdDFR和冷信号核心基因MdCBF2的表达。酵母单杂和凝胶阻滞( EMSA )分析表明MdWRKY40is仅能结合MdDFR的启动子。酵母双杂和双分子荧光互补(BiFC)表明MdWRKY40is能通过其蛋白N端Leu Zipper与CBF2抑制子MdMYB15L互作。当敲除MdWRMY40is蛋白N端Leu Zipper后,在愈伤中过表达发现其不能影响MdCBF2的表达水平和愈伤冷耐性,表明MdWRKY40is参与冷信号途径是通过与MdMYB15L互作来实现的。综上,MdWRKY40is能直接绑定MdDFR启动子促进花青苷积累,并通过与MdMYB15L互作,干扰其对MdCBF2抑制作用,间接促进MdCBF2表达,从而提高冷耐性。这些结果为苹果砧木抗冷机制的研究提供了新视角,为未来筛选抗寒砧木提供分子依据。
华山新麦草(2n=2x=14, NsNs)因具有诸多优异的农艺性状被认为是对普通小麦品种改良而言具有重要价值的野生近缘种。然而,尽管多个小麦-华山新麦草衍生后代的创制为优异性状的转移提供了种质资源基础,但小麦背景中华山新麦草染色体鉴定方法的滞后限制了对这些衍生后代的研究。本研究开发了三条高效非变性荧光原位杂交(ND-FISH)探针,其中HS-TZ3和HS-TZ4能特异性地结合华山新麦草染色体端粒区域,HS-TZ5可以和染色体着丝粒区域结合。华山新麦草染色体的FISH核型图和模式图被分别构建,以便于区分衍生系中所导入华山新麦草染色体的同源群归属。具体而言,染色体1Ns和2Ns在短臂和长臂上有相反的荧光信号,3Ns、4Ns和7Ns有叠加的双色荧光信号,5Ns和6Ns仅在短臂有荧光信号,7Ns在长臂的中间区域也有荧光信号。此外,评估了在不同组合方式下利用低密度单核苷酸多态性(SNP)芯片鉴定外源导入系的效果。结果表明最佳的模式是统计分析每条染色体上SNP位点的纯合率,15K SNP芯片可以广泛应用于附加系、代换系和易位系的鉴定,而40K SNP芯片在小麦和外源染色体易位区段的鉴定中最准确。本研究提供了基于ND-FISH和SNP芯片识别小麦背景中华山新麦草染色体同源群归属的简便方法,对于小麦-华山新麦草衍生系的高效鉴别和Ns染色体的进一步利用具有重要意义。
小豆(Vigna angularis (Willd.) Ohwi & Ohashi) 属于豇豆属亚洲豇豆亚属,是东亚各国传统种植作物。小豆营养丰富、医食两用,消费市场逐渐遍布全球。然而,小豆的遗传研究相对缓慢,导致育种技术落后、效率低下,难以满足生产和市场的需求。本研究基于高通量基因组测序技术构建了小豆SNP高密度遗传连锁图谱,该图谱共11条连锁群,含2904个标记,每条连锁群的标记数从208个(LG7)到397(LG1)个不等。图谱总长1365.0cM,标记间平均距离0.47cM,每条连锁群的长度从97.4cM(LG9)到155.6cM(LG1)不等。利用该图谱共发掘到两个与籽粒大小有关的主效QTL,分别位于LG2(22.1%) 和LG 9(18.8%)。此外,基于InDel侧翼序列,进一步开发了9718对引物,并随机选择200对进行PCR扩增检验,结果显示有75对在24份小豆种质中具有多态性。本研究中高密度图谱构建及籽粒大小的QTL 分析将进一步提升小豆重要性状基因的发掘等,而InDel标记的开发将有效促进小豆种质资源的遗传多样性分析、基因初步定位等研究。
中国板栗是世界上重要的坚果树种。我国板栗种质资源十分丰富,但在其资源利用与保护方面仍受到很大的限制。本研究利用18个荧光SSR标记对146份板栗资源进行了指纹图谱的构建,并解析了板栗品种群间的亲缘关系和筛选了板栗资源的核心种质。结果表明,每个基因座的平均等位基因数(Na)和多态性信息含量(PIC)分别为8.100和0.622,18个SSR标记表现出高的多态性。利用这些高效的标记,本试验成功构建了146份板栗资源的有唯一匹配的指纹图谱,并从中筛选出了7个SSR标记作为核心标记,实现了板栗资源的快速鉴定。对5个板栗品种群遗传关系进行研究,可知,中国板栗品种群被划分为3个类群,分别是类群I(华北品种群和西北品种群)、类群II(长江中下游品种群)和类群III(西南品种和东南品种群)。最后,我们选取了具有代表性的45个中国板栗资源作为核心种质。本研究为板栗资源的鉴定和品种群的亲缘关系提供了重要信息,为今后板栗的高效育种奠定基础。
小麦全蚀病 (Take-all) 是一种具有毁灭性的土传病害,培育抗病材料是控制该病害的重要途径之一。华山新麦草 (Psathyrostachys huashanica Keng) 是小麦品种改良的重要遗传资源,特别是小麦全蚀病稀缺的抗性资源。在本研究中,相比感病亲本7182,小麦-华山新麦草渗入系H148的全蚀病抗性得到了显著性提升。为了明确H148抗病性的遗传机制,我们构建了H148和西农585的F2遗传分离群体,且利用植物数量遗传体系“主基因+多基因”混合遗传模型分离分析法对其研究发现,H148的全蚀病抗性受到两对主效基因的共同控制,这两对主效基因存在一定的加性、显性和上位性效应。同时,结合集群分离分析法 (Bulked Segregant Analysis, BSA) 和小麦660K基因芯片筛选出与抗病相关的外源特异性SNP,主要分布于小麦2A染色体。根据特异性SNP开发竞争性等位基因特异性PCR (Kompetitive allele specific PCR, KASP) 分子标记,对F2群体进行基因分型,最终在2A染色体的68.8-70.1Mb区间内定位到一个主效的QTL。该目标区间在小麦参考基因组序列上存在62个候选基因,经基因功能注释显示,两个可编码蛋白的基因与系统性提升植物根系抗性相关,被预测可能参与了小麦对全蚀病的抗病反应。总之,小麦-华山新麦草渗入系H148的选育以及抗病QTL的定位,以期为小麦抗全蚀病分子辅助育种和抗病基因的精细定位提供一定的参考信息。