发掘稳定的数量性状位点(Quantitative trait loci,QTL),并开发其紧密连锁分子标记,是进一步提高小麦产量的重要途径。本研究以中麦578/济麦22重组自交系(Recombinant inbreed lines,RIL)群体262个家系为材料,通过调查两年五个环境千粒重、粒长、粒宽、平均灌浆速率、穗粒数和株高共六个产量相关性状,利用50K SNP芯片基因型分析数据,构建了含有1501个bin标记的遗传连锁图谱,图谱总长度2384.95 cM。利用完备区间作图法,在1D(2)、2A(9)、2B(6)、2D、3A(2)、3B(2)、4A(5)、4D、5B(8)、5D(2)、7A(7)、7B(3)和7D(5)染色体上共定位到53个产量相关QTL,可解释表型变异的2.7–25.5%,其中23个QTL可在3个以上环境定位到,表现稳定;QKl.caas-2A.1、QKl.caas-7D、QKw.caas-7D、QGfr.caas-2B.1、QGfr.caas-4A、QGfr.caas-7A和QPh.caas-2A.1等7个QTL可能是新的位点。定位到的一因多效QTL共形成六个富集区段(R1–R6),分别包含2–6个QTL,位于2A、2B、4A、5B、7A和7D染色体;TaSus2-2B和WAPO-A1分别是位于2B和7A染色体上一因多效QTL的候选基因。7D染色体上的QTL富集区段内含有4个稳定QTL,分别控制千粒重、粒长、粒宽和株高,利用与其紧密连锁的侧翼标记,开发了KASP标记,在自然群体中对其效应进行了验证。本研究结果为小麦的高产育种和中麦578的进一步改良提供了基因和分子标记。
SrUGT76G1对于合成优质甜菊糖苷至关重要,也是目前甜菊中研究最为深入的糖基转移酶基因,但是关于它的转录调控机制目前还不甚了解。本研究通过酵母单杂交手段鉴定得到了一个SrUGT76G1的上游调控因子SrMYB1。SrMYB1属于典型的R2R3类型的MYB类转录因子,其定位在细胞核并且具有转录激活活性。SrMYB1在花中的表达量较高而在叶片中较低。酵母单杂(Y1H)和凝胶阻滞(EMSA)实验证实SrMYB1可以结合在SrUGT76G1启动子的+50~-141区域即F4-3区段。进一步研究发现在烟草表皮细胞和甜菊愈伤组织中SrMYB1均可显著抑制SrUGT76G1的表达。综上所述,本研究不但发现了一个SrUGT76G1的潜在上游调控因子并且丰富了甜菊中糖苷代谢途径的调控网络。
本研究首先通过室内生物测定,对114个埃塞俄比亚春小麦品种(系)和22个中国春小麦品种(系)进行了对麦蚜优势种荻草谷网蚜(Sitobion miscanthi)抗生性筛选及鉴定,并利用刺吸电位图谱技术(EPG)和高效液相色谱(HPLC)分别对抗蚜小麦品种上蚜虫取食行为、酚类物质含量进行检测与分析。结果表明,供试小麦品种中,对荻草谷网蚜表现抗性的品种(系)共64个,其中高抗2个,中抗27个、低抗35个。与感蚜品种北京837相比,荻草谷网蚜在轮选145,Wane,轮选6,轮选103及5215等抗蚜品种(系)上,其成蚜前期及生殖前期显著延长,生殖历期缩短,繁殖力、内禀增长率(rm)与周限增长率(λ)显著下降;EPG结果表明,在抗蚜品种(系)上蚜虫取食行为受到显著影响,蚜虫口针穿刺历期及唾液分泌历期显著增加,而在韧皮部取食历期显著缩短,表明抗蚜性可能发生在韧皮部取食阶段,并与蚜虫口针穿刺叶肉细胞困难有关。酚类物质含量测定结果表明,与感蚜品种北京837相比,轮选145,轮选103与轮选6叶片中阿魏酸含量较高;轮选145中p-香豆酸含量较高;轮选145,Wane及轮选6中香草酸含量较高;轮选103与5215分别含有较高的紫丁香酸与咖啡酸含量。相关性分析表明,小麦叶片中的一些酚类物质含量如香草酸与香豆酸与蚜虫发育历期呈显著正相关,而与蚜虫繁殖力呈负相关。因此,推测酚类物质含量是小麦对荻草谷网蚜产生抗生性的主要原因。本研究鉴定的抗蚜春小麦品种(系)将有助于春小麦抗蚜品种的培育及利用。
本研究从历史数据以及公开文章中收集了57个与大豆种子可溶性糖含量相关的数量性状位点(QTLs)。通过meta、overview和共线性分析来细化QTL区间,共得到8个共有QTL。使用染色体片段代换系(CSSLs)群体对这些共有QTL进行验证,选择了两个包含共有QTL和有导入片段的品系:其中一个与共有QTL区间相关的一个品系可溶性糖含量较高,另一个品系可溶性糖含量较低。在种子发育的早期、中期和晚期对这两个品系进行转录组测序,分别鉴定出158个、109个和329个差异表达基因。通过重测序数据和共有QTL区间分析,在野生大豆遗传导入片段中鉴定出3个候选基因Glyma.19G146800、Glyma.19G122500和Glyma.19G128500。通过对两个CSSL亲本SN14和ZYD00006的序列比对,发现Glyma.19G122500编码序列发生单核苷酸多态性(SNP)突变,导致氨基酸序列发生非同义突变,影响了蛋白质结构。基于这一SNP,我们开发了竞争性等位基因特异性PCR (KASP)标记,并将其用于CSSL品系的鉴定。这些结果为进一步鉴定大豆可溶性糖相关基因及进一步育种奠定了基础。
荻草谷网蚜是一种在中国温带地区对小麦作物最具破坏性的蚜虫。但是关于这种蚜虫的遗传结构以及不同地理位置对种群的影响却知之甚少。在本研究中,我们通过使用一个线粒体基因COI,一个核基因EF-1α,以及两个内共生菌布赫纳氏菌基因gnd和trpA分析了中国18个地理种群,从而研究了荻草谷网蚜的种群遗传结构和种群历史动态。各群体的数据分析显示单倍型多样性高,核苷酸变异低。SAMOVA分析没有发现遗传距离和地理距离之间的相关性。然而,种群多样性较高的地区具有较高的单倍型多样性。因此,我们推测,在中国荻草谷网蚜的自然迁移途径主要有两条。一条路径是从云南到四川盆地,另外一条是从武汉、信阳、胶东半岛地区到西北地区。基于这一假设,我们推断这些蚜虫首先出现在西南和南部地区,并在东南和西南季风的帮助下于春夏季在北方发生。秋季,蚜虫随东北和西北季风向南扩散。
打顶是棉花栽培广泛应用的农艺措施由于其无限生长的习性。在不同的打顶方法中,人工打顶似然费时费力,但在黄河流域应用较为普遍。本研究旨在研究不同打顶处理对棉花发育、产量和品质的影响。本研究为两年(2015-2016)大田实验,设置三种打顶方式:人工打顶(MT),化学打顶(CT)(缩节铵),不打顶(NT)处理。我们发现CT处理的株高、果枝数及上部果枝长度要显著低于NT处理。CT处理的叶绿素含量与NT处理相比无显著差异,在生育后期要高于MT处理。CT处理通过降低赤霉素和脱落酸含量来促进棉株发育,并且抑制了主茎的顶端发育。和MT处理相比,CT处理显著增加了营养器官的生物量。最重要的是,CT和MT处理间的产量和品质并无显著差异。上述结果表明,化学打顶是一种简便、有效的打顶方法,可在我国黄河流域代替人工打顶。
本研究的目标是构建冬小麦叶片颜色动态模型,以模拟不同生育期和施氮水平下小麦不同叶位叶色变化。基于不同品种和施氮量下两个生长季的冬小麦试验,获取各主茎叶位叶片颜色的RGB(红、绿、蓝)数据。基于获取的RGB数据,构建了冬小麦叶片颜色动态模拟模型。结果表明,冬小麦叶片颜色变化经历了早期发育期(ES)、早熟期(MS)和早衰期(SS)三个不同的阶段,三个阶段的颜色特征分别为浅绿、深绿、黄色。在ES期,R和G颜色从初始值逐渐下降到稳定值,而B值基本保持不变。RGB值在MS阶段保持稳定,但在SS阶段三个值会逐渐增加到稳定值。采用不同的线性函数来模拟RGB值在时间和空间上的动态变化,在叶色模型中引入了品种参数(叶色矩阵MRGB)和氮素影响因子(FN)来量化它们各自的影响。利用独立的试验数据集对模型进行了检验,实测值与模拟值的均方根误差(RMSE)在7.0-10.0之间,相对RMSE(RRMSEs)在7%-9%之间。将叶色模型应用于冬小麦叶片的三维模拟,叶色可视化结果与叶色实际变化较为一致。此叶色模型可为作物在时空上生长发育的模拟提供坚实基础。
为筛选大豆香味种质,建立大豆叶片中香味特征化合物2-乙酰基-1-吡咯啉(2-acetyl-l-Pyrroline,2AP)的鉴定方法。本研究通过单因素及三因素四水平(L9 (34)的正交试验,以峰形、总峰面积及检测样品时间为考察指标,建立了利用气质联用仪(GC-MS)快速检测香味的方法,明确了仪器运行最佳参数包括:柱温70℃,进样口温度180℃,以及样品最优萃取时间条件(酒精含量1ml、NaCl含量0.1g,超声时间10min,萃取时间为1h)。该检测方法重复性好、简单快速、样本试剂消耗少,可精准快速测定2AP含量。利用该方法对不同地理来源的101个大豆基因型进行了分析筛选。结果表明, 2-AP平均含量为0.29ppm,变幅为0.094ppm到1.816ppm,遗传多样性指数为0.54。可被划分为3个等级,其中,1级香型大豆有7份,包括中龙608、黑农88、哈13-2958、红面豆、黑农82、黄毛豆、吉育21。本研究建立的方法及筛选的优异种质为大豆香味育种和基因发掘提供了技术和材料支撑。