作物学报

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1. 种子休眠与萌发调控的研究进展

宋松泉, 唐翠芳, 雷华平, 姜孝成, 王伟青, 程红焱

作物学报 2024, 50 (1): 1-15. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34012

摘要（1143）

HTML （134）

PDF（pc）（3074KB）（1060）

休眠使植物种子能够为萌发安排时间, 直到环境条件变得有利于幼苗的存活与生长。种子的休眠特性具有重要的生态适应性意义和显著的农业价值。植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)是种子休眠与萌发的关键因素, 处于休眠状态的成熟种子含有高水平的ABA和低水平的GA; ABA诱导和维持种子休眠, 而GA拮抗ABA的作用和促进种子萌发。萌发延迟-1 (DOG1)是种子休眠的主要调控因子, 与ABA协同作用延迟萌发。DOG1通过与PP2C ABA过敏感萌发(AHG1/AHG3)结合以增强ABA的信号转导, 以及抑制AHG1的作用以增加ABA的敏感性和强加种子休眠。印记基因在受精前后受到表观遗传机制的调控, 与种子休眠的建立与释放密切相关。近年来, 种子休眠的调控研究取得了显著的进展。本文综述了植物激素ABA和GA对种子休眠与萌发的控制, DOG1调控种子休眠的作用机制, 以及种子休眠与萌发的表观遗传调控, 并提出了在本领域需要进一步研究的科学问题, 以期为深入理解种子休眠与萌发的分子机制、抗穗萌发育种以及促进休眠种子的萌发提供参考。

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2. 钙在作物生长发育中的功能及应用

王宇, 郜耿东, 葛萌萌, 常影, 谭静, 葛贤宏, 王晶, 汪波, 周广生, 傅廷栋

作物学报 2024, 50 (4): 793-807. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34145

摘要（889）

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PDF（pc）（4101KB）（702）

钙是作物必需的中量元素之一, 广泛存在于根、茎、叶、花、果实、种子中, 对作物的生长发育具有重要意义。钙属于再利用难的元素, 其吸收、转运受制于蒸腾作用, 因此农作物常发生生理性缺钙, 从而导致抗逆性减弱, 产量和品质降低。作物体内的钙具有双重功能, 既参与细胞壁与细胞膜的构成, 还可作为细胞内第二信使参与多种环境刺激和内部生长发育信号的响应。细胞中钙的吸收和转运对于维持细胞内钙离子稳态和钙信号精准传导至关重要。近年来, 钙在作物生长与发育中的功能和在作物生产中的应用得到了广泛研究。本文阐述了作物体内钙元素的分布、吸收转运和需求状况, 介绍了作物缺钙症状和原因, 并综述了钙的营养结构功能和第二信使功能及钙信号产生、传导和解码机制, 总结了钙在作物生长发育中的作用, 包括对产量、品质和抗逆性等方面的影响, 同时对其未来研究方向提出了展望。

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3. 近四十年来我国玉米大品种的历史沿革与发展趋势

白岩, 高婷婷, 卢实, 郑淑波, 路明

作物学报 2023, 49 (8): 2064-2076. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23067

摘要（625）

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种子是农业的芯片, 优良品种更新换代对我国玉米产量提高发挥了重要作用。研究近40年来我国玉米大品种的历史贡献和发展趋势对当前我国玉米育种具有重要的现实意义。本研究以1982—2020年期间全国农业技术推广服务中心发布的历年玉米品种推广面积为依据, 筛选出近40年来我国种植的郑单958等27个玉米大品种, 累计推广3.21亿公顷, 占期间我国玉米总种植面积的29.09%, 其中超大品种4个, 分别是郑单958、中单2号、丹玉13、先玉335; 特大品种6个, 分别是浚单20、掖单2号、农大108、掖单13、四单19、烟单14, 推广年限在8~30年之间, 平均17.63年, 单年最大推广面积在69.97万~456.95万公顷, 平均150.79万公顷。主要分布于山东、河南、河北、吉林、黑龙江、内蒙古等省区, 13个品种单年超66.67万公顷的省(区)是山东、河南、河北、吉林、黑龙江、内蒙古、辽宁、四川。大品种种植面积占总面积的比例变化特征是1982—1989年期间快速上升、1990—1997年期间面积占比稳定、1998之后下降, 至2020年面积占比下降到12%左右。裕丰303、中科玉505等具有发展成为大品种的潜力, 未来智能设计育种将高效培育出新一代突破性品种, 加速提升我国玉米单产水平。面对当前玉米生产问题及今后发展趋势, 建议在区域试验的分布布局、试验精准度和品种审定标准等方面进一步完善玉米品种区域试验。

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4. 大豆芽期耐高温评价方法构建及耐高温种质资源筛选

李佳佳, 龙群, 朱尚尚, 单雅敬, 吴美燕, 鲁云, 支现管, 廖威, 陈浩然, 赵振邦, 苗龙, 高慧慧, 李英慧, 王晓波, 邱丽娟

作物学报 2023, 49 (11): 2863-2875. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.34025

摘要（548）

HTML （58）

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极端高温事件频增导致大豆生产接连遭受高温热害, 严重影响其产量构成和品质性状。种子在发芽阶段对外界环境变化较为敏感, 温度升高及伴随而来的干旱等现象会影响大豆种子出苗。建立一套科学的大豆芽期耐高温评价方法, 可以为早期耐高温鉴定、耐高温种质选育以及遗传机制研究提供理论基础。本研究以385份大豆种质资源为材料, 利用人工气候培养箱创造高温环境, 于芽期进行高温处理3 d (40℃, 8 h光照/16 h黑暗)。相较于对照(25℃, 8 h光照/16 h黑暗), 高温处理后大豆芽期下胚轴长显著下降10.9% (P<0.05); 根鲜重、根干重和根冠比等指标分别极显著增加了13.10%、22.20%和16.90% (P<0.01), 结果表明, 高温处理会显著影响大豆芽期地上部与地下部生物量的分布。对各性状耐高温系数进行主成分分析, 将11个指标转换成3个主成分因子, 进一步通过隶属函数标准化分析计算获得大豆响应高温胁迫综合评价值(H), 并基于H值对参试品种进行聚类分析。最终将385份种质资源芽期耐高温特性划分为5个等级, 即: I级(耐高温型)、II级(较耐高温型)、III级(中间型)、IV级(高温较敏感型)和V级(高温敏感型), 综合试验中具体表现, 筛选出4个芽期耐高温型大豆品种(H245、H070、H268和H216)。对各项指标逐步回归分析后, 建立大豆芽期耐高温综合评价(H值)预测模型: H = 0.191+0.017X₁-0.007X₂+0.013X₇+0.027X₈-0.009X₁₀ (R²=0.9752), 筛选出下胚轴长(X₁)、主根长(X₂)、下胚轴干重(X₇)、根鲜重(X₈)和简化活力指数(X₁₀) 5个指标可以作为大豆芽期耐高温评价指标。

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5. 植物有性生殖对高温胁迫的响应机制

陈赛华, 仲伟杰, 薛明

作物学报 2023, 49 (12): 3143-3153. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.32020

摘要（539）

HTML （94）

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极端高温天气频发, 严重威胁农作物的生产。高温胁迫对有性生殖过程的影响与作物减产密切相关, 解析其中的分子机制对于指导作物耐高温遗传改良具有重要意义。然而, 与模式植物拟南芥相比, 目前有关作物有性生殖过程中耐高温的相关研究十分有限。本文从植物有性生殖过程出发, 概述了在减数分裂、花粉绒毡层降解、小孢子发育、花粉管萌发与授精以及籽粒发育等一系列生殖发育过程中响应高温胁迫的分子机制。据此, 我们提出了作物耐高温改良的可行策略, 以期为耐高温品种的遗传改良提供理论依据。

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6. 花生含油量的遗传基础与QTL定位研究进展

张月, 王志慧, 淮东欣, 刘念, 姜慧芳, 廖伯寿, 雷永

作物学报 2024, 50 (3): 529-542. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34083

摘要（501）

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花生是我国重要的油料作物, 含油量是花生重要的品质性状和育种目标。花生含油量每提高1个百分点, 相当于增产2个百分点, 油脂加工利润可提高7个百分点。培育高油高产花生品种是增加食用油供给和保障食用油供给安全的重要途径。本文概述了花生含油量表型鉴定的4种常用方法; 阐述了花生含油量的遗传特性是多基因控制的数量性状, 即受加性效应和显性效应的影响, 也存在基因型和环境互作; 总结了已报道的含油量QTL 124个, 表型变异解释率超过10%的主效位点有36个, 分布在A03、A05和A08上的8个主效QTL可重复检测到; 构建了一张花生含油量的一致性遗传图谱, A08染色体上33.59~50.24 Mb为热点区间; 介绍了油脂合成及调控相关基因等方面的研究进展, 以期为花生含油量遗传改良和高油品种培育提供理论指导。

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7. 谷子中矮秆资源创制、遗传解析和育种利用

刁现民, 王立伟, 智慧, 张俊, 李顺国, 程汝宏

作物学报 2024, 50 (2): 265-279. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34131

摘要（450）

HTML （44）

PDF（pc）（4944KB）（571）

谷子是旱作生态农业的主栽作物和应对气候变化的战略储备作物, 也是新时期功能基因研究的模式作物。谷子品种的中矮秆化是产业发展的必然趋势。国内外目前已报道的谷子矮秆材料达70多个, 从形态上谷子矮秆种质可以分为叶穗直立的紧凑型和叶穗下披的常规型2类; 赤霉素(GA)敏感性测定发现4个材料对GA不敏感, 其他均是GA敏感型; 显隐性分析表明, 多数矮秆材料为隐性单基因控制, 但矮88株高为多基因控制。利用自然群体关联分析和双亲杂交分离群体合计发掘了109个控制株高的QTL, 精细定位了7个矮秆基因, 半显性矮秆材料84133的矮化基因SiDW1是唯一克隆并进行功能分析的矮化基因。对谷子中矮秆品种选育的梳理表明, 利用矮88和其衍生系为亲本已培育出139个中矮品种(系), 实现了谷子株高的显著矮化, 满足了机械化收获对抗倒伏降株高的要求。本文综述了国内外谷子株高矮化基因的研究进展, 梳理了已经定位和克隆的谷子矮秆基因, 讨论了谷子矮秆遗传和育种研究中的问题, 展望了未来发展方向。

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8. 水稻 OsGMS2基因的鉴定及其核不育系种子繁殖体系构建

唐杰, 龙湍, 吴春瑜, 李新鹏, 曾翔, 吴永忠, 黄培劲

作物学报 2023, 49 (8): 2025-2038. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22051

摘要（439）

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雄性不育是作物杂种优势利用的基础。本研究在籼稻93-11 ⁶⁰Co-γ辐射诱变突变体库中鉴定了一个普通核雄性不育突变体osgms2。突变体雄性彻底败育, 雌性育性正常, 其他农艺性状与野生型一致。遗传分析表明雄性不育稳定遗传且为单基因隐性突变, 通过与明恢63构建遗传群体将突变基因精细定位于水稻4号染色体长臂的分子标记S3b和4826之间86 kb物理区间内。通过测序分析发现定位区间内一编码类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白的基因LOC_ Os04g48490编码区第118位至126位缺失连续9个碱基, 导致氨基酸整码突变。OsGMS2与已报道的OsFLA1为同一基因, 但是突变位点不同的新等位突变。粳稻中花11背景下的基因敲除和遗传互补实验证实了该基因的功能。实时荧光定量PCR (qPCR)表达分析模式显示, 该基因在水稻各组织均有表达, 但在花期和乳熟期种子表达量较高。蛋白同源比对分析发现, 该蛋白序列保守, 可能在不同物种中发挥重要功能。通过创建OsGMS2-T保持系成功实现了普通核不育系的繁殖。osgms2突变体的发现和基因鉴定为水稻普通核雄性不育研究及杂种优势利用提供了新的材料。

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9. 小麦骨干亲本周8425B抗条锈病优异基因在其衍生品种中的遗传解析

李俣佳, 许豪, 于士男, 唐建卫, 李巧云, 高艳, 郑继周, 董纯豪, 袁雨豪, 郑天存, 殷贵鸿

作物学报 2024, 50 (1): 16-31. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31013

摘要（436）

HTML （45）

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周8425B是黄淮海麦区应用较广泛的矮秆大穗、抗病抗逆小麦骨干亲本, 解析周8425B衍生品种的条锈病抗性遗传表现及其携带的抗条锈病基因遗传传递信息对新品种选用具有重要价值。本研究以条锈病强毒力生理小种条中34 (CYR34)单一菌种对收集的222份周8425B衍生品种进行苗期条锈病抗性鉴定, 以CYR34为主的混合菌种对衍生品种进行成株期条锈病抗性鉴定, 利用周8425B携带的抗条锈病基因YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9紧密连锁的分子标记对衍生品种进行基因型检测。研究结果表明, 周8425B苗期和成株期对目前强毒力优势菌种CYR34均表现高抗条锈病。在222份周8425B的衍生品种中, 2年表现稳定成株期抗病的衍生品种有昌麦9号、济研麦10、百农4199、赛德麦7号和郑麦103等14份, 占比6.3%; 表现稳定全生育期抗病的衍生品种有周麦11、周麦22、周麦26、周麦36、兰天36、存麦16和郑品麦8号等52份, 占比23.4%。周8425B衍生品种主要通过周麦11、周麦12、周麦13、周麦15、周麦16和周麦17等6个子一代再次衍生到子二代。子一代中周麦16和周麦13由于具有较好的农艺性状直接衍生出较多品种, 周麦12与周麦13培育出子二代周麦22衍生出45个子三代, 周麦11培育出矮抗58衍生出54个子三代。周8425B携带的YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9在衍生后代中的频率分别为34.7%、14.9%、41.9%、66.2%和67.1%。仅携带其中1个抗病基因的衍生品种以携带YrZH84的平均严重度最低, 为15.4%; 聚合2个抗病基因的衍生品种中, 以携带YrZH84+YrZH22的平均严重度最低, 为20.0%; 聚合3个抗病基因的衍生品种中, 以携带YrZH84+YrZH22+Yr9的平均严重度最低, 为17.2%; 聚合4个抗病基因的衍生品种中, 携带YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为16.9%, 携带YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为38.4%。苗期以携带全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因组合的衍生品种的抗病性较好。研究结果为中国小麦骨干种质周8425B的持续改良利用提供了条锈病基因信息, 鉴定出对强毒力生理小种CYR34表现抗病的衍生新种质, 为我国小麦抗条锈病遗传育种提供了参考。

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10. 不同耐旱性紫花苜蓿干旱胁迫下生理响应和转录调控的差异研究

陈力, 王靖, 邱晓, 孙海莲, 张文浩, 王天佐

作物学报 2023, 49 (8): 2122-2132. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24205

摘要（431）

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苜蓿是最重要的豆科牧草, 常被种植在干旱/半干旱地区。为研究不同耐旱性紫花苜蓿应对干旱胁迫的调控机制, 本研究以中科1号紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Zhongke 1’)为试验材料, 以三得利紫花苜蓿(M. sativa ‘Sanditi’)为对照, 采用自然干旱法进行处理, 比较干旱胁迫对其生长性状、光合作用、叶绿素含量、叶片相对含水量、渗透调节物质和抗氧化酶活性等指标的影响, 并使用转录组测序分析2个品种响应干旱基因的差异。结果表明, 干旱胁迫显著降低了2个紫花苜蓿品种的株高、地上地下生物量、叶片相对含水量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量; 与三得利相比, 干旱胁迫下中科1号紫花苜蓿丙二醛含量和电导率更低, 渗透调节物质积累和活性氧清除能力更强。中科1号和三得利分别有5308个和8053个响应干旱的基因; GO功能注释分析发现, 中科1号的346个干旱响应基因被显著富集在6个GO类别, 而三得利的1683个干旱响应基因被显著富集在29个GO类别; 此外, 我们还筛选到19个在中科1号中表达量显著高于三得利的抗旱关键基因。本研究发现紫花苜蓿可能通过上调抗旱基因SUS、P5CS、LEA、SOD、POD、PEPC、NCED等的表达, 提高渗透调节能力和抗氧化酶活性来维持相对较高的光合速率, 从而增强抗旱能力。研究结果为进一步挖掘紫花苜蓿响应干旱胁迫的候选基因和抗旱育种提供了理论依据。

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11. 大豆巢式关联作图(NAM)群体构建及花色和种皮色遗传分析

宋健, 熊亚俊, 陈伊洁, 徐瑞新, 刘康林, 郭庆元, 洪慧龙, 高华伟, 谷勇哲, 张丽娟, 郭勇, 阎哲, 刘章雄, 关荣霞, 李英慧, 王晓波, 郭兵福, 孙如建, 闫龙, 王好让, 姬月梅, 常汝镇, 王俊, 邱丽娟

作物学报 2024, 50 (3): 556-575. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34094

摘要（424）

HTML （28）

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巢式关联作图(Nested Association Mapping, NAM)群体在作物学遗传与育种研究中具有广泛的应用。本研究在前期大豆种质资源评价基础上, 利用35份不同地区来源的代表性种质与中豆41 (公共母本)杂交, 构建了一套大豆NAM群体。PCA和聚类分析发现, 不同亲本组合的RIL群体基本聚在一起, 显示出清晰的遗传结构。利用该NAM群体亲本间花色和种皮色具有显著差异的RIL群体进行全基因组关联分析, 定位到1个主要位点qFC13-1与花色显著关联, 该位点与W1位点重合; 定位到12个位点与种皮色显著相关, 其中9个位点为3种以上方法共定位, 3个位点为2种方法共定位, 包括4个已知位点和8个新位点。研究结果表明, 构建的NAM群体适于进行大豆相关性状遗传分析, 为大豆复杂性状的遗传解析和育种实践提供了良好的基础材料。

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12. 玉米 ZmC2s基因家族鉴定及 ZmC2-15耐热功能分析

黄钰杰, 张啸天, 陈会丽, 王宏伟, 丁双成

作物学报 2023, 49 (9): 2331-2343. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23069

摘要（423）

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鉴定玉米ZmC2s基因家族成员, 分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性, 为明确其在玉米耐热方面的功能和分子机制奠定基础。使用C2蛋白结构域PF00168, 利用hmmsearch从玉米全基因组中搜索ZmC2s基因家族成员, 分析其编码蛋白质等电点和分子量、系统进化和基因家族复制。使用候选基因关联分析的方法, 对ZmC2s基因自然变异位点与玉米苗期耐热性进行关联分析, 发现玉米ZmC2s基因家族重要的耐热候选基因。使用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)的方法鉴定与玉米苗期耐热性最显著相关的ZmC2候选基因ZmC2-15在胁迫和激素处理下的基因相对表达水平, 在玉米原生质体瞬时表达系统中鉴定ZmC2-15-GFP的亚细胞表达部位, 以及获得过表达ZmC2-15的转基因拟南芥并分析其耐热性。从玉米参考基因组B73中共鉴定出95个玉米ZmC2s基因, 根据其物理坐标的先后顺序, 将95个玉米ZmC2s基因命名为ZmC2-1~ZmC2-95。其蛋白长度为130~2141, 等电点为4.1~10.8, 分子量为14.1~230.1。通过构建玉米、水稻和高粱基因组C2基因的进化树, 发现C2基因可以分为3个大的聚类分支, 每个聚类分支又可以细分为2个小的聚类分支。分析玉米、水稻和玉米、高粱的全基因组共线性数据, 发现了59个ZmC2s基因在水稻和高粱基因组均有一一对应的复制基因。ZmC2s基因家族关联分析表明ZmC2-15/60/91是重要的玉米耐热候选基因(P≤0.001, MLM), 其中ZmC2-15与玉米苗期耐热性最显著相关(P≤0.000,01, MLM), 且该基因的表达量在多种逆境胁迫处理下上调表达。亚细胞定位分析表明ZmC2-15表达定位于细胞质、核膜和内质网。过表达ZmC2-15的转基因拟南芥提高了植物耐热性。ZmC2-15可作为调控玉米耐热性的重要候选基因。

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13. 基于Adaptive Lasso的两阶段全基因组关联分析方法

杨文宇, 吴成秀, 肖英杰, 严建兵

作物学报 2023, 49 (9): 2321-2330. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23072

摘要（409）

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作为进行全基因组关联分析的主流方法, 混合线性模型类方法得到了广泛的应用。但是, 现有方法仍存在检测功效不高的问题。本文提出一种基于Adaptive Lasso的2阶段全基因组关联分析方法(two-stage Adaptive Lasso-based genome-wide association analysis, ALGWAS), 该方法在第1阶段通过变量选择方法Adaptive Lasso筛选出与目标性状相关联的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphism, SNP), 第2阶段将第1阶段筛选出的SNP作为协变量放入线性模型中进行全基因组扫描。在模拟实验中, ALGWAS方法与3种常用的全基因组关联分析方法fastGWA、GEMMA和EMMAX相比具有最高的检测功效, 同时具有较低的错误发现率(false discovery rate, FDR)。将以上4种方法应用到包含1341份材料的玉米CUBIC (Complete-diallel plus Unbalanced Breeding-like Inter-Cross)群体的全基因组关联分析中, ALGWAS方法可检测到与开花期相关基因ZmMADS69、ZmMADS15/31、ZmZCN8和ZmRAP2.7, 与株高相关基因ZmBRD1和ZmBR2, 与产量相关基因ZmUB2、ZmKRN2和ZmCLE7等, 而其他3种常用的全基因组关联分析方法检测功效较低。本研究提出了一种非混合线性模型类的全基因组关联分析方法, 对解析微效多基因决定的复杂遗传性状具有更高的检测效率, 为基因挖掘提供了新的途径。

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14. 大豆叶型调控基因 Ln及其同源基因单倍型分析

李刚, 周彦辰, 熊亚俊, 陈伊洁, 郭庆元, 高杰, 宋健, 王俊, 李英慧, 邱丽娟

作物学报 2023, 49 (8): 2051-2063. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24208

摘要（388）

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大豆叶型是理想株型的重要构成部分, 对大豆品种选育具有重要意义。本研究通过对来自中国不同地区的598份材料进行Ln及其同源基因(Glyma.10G273800)单倍型分析发现, Ln基因和同源基因均分别包含3种单倍型(Hap1~Hap3)。Ln基因3种单倍型之间除了叶长没有显著差异外, Hap2在叶宽、叶面积和叶长宽比中均与Hap1/Hap3差异显著。Ln同源基因的Hap3与Hap2在不同叶型表型中均有显著差异, Hap1和Hap2之间的叶长宽比没有差异, 叶宽在第4节叶位点没有显著差异, 第5节叶位点Hap1显著低于Hap2。叶长、叶面积、叶周长Hap1均显著低于Hap2。从地理分布来看, Ln基因的Hap2主要分布在高纬度和高海拔地区, 其同源基因的3种单倍型分布未发现明显地域倾向性。遗传分析表明仅Ln基因中Hap2的D9H存在人工选择的信号, Ln基因中的另外2个突变位点和同源基因中的2个突变位点则没有人工选择的信号。本研究为大豆叶型育种提供理论依据, 同时对提高大豆产量具有积极意义。

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15. 盐胁迫对花生幼苗离子动态及耐盐基因表达的影响

徐扬, 张岱, 康涛, 温赛群, 张冠初, 丁红, 郭庆, 秦斐斐, 戴良香, 张智猛

作物学报 2023, 49 (9): 2373-2384. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24242

摘要（387）

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PDF（pc）（3201KB）（430）

不同花生品种的耐盐能力各有差异, 本研究以耐盐花生品种花育25 (Huayu 25, HY25)和盐敏感品种花育20 (Huayu 20, HY20)为材料, 利用非损伤微测技术, 测定盐胁迫下花生幼苗根尖中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、NO₃^-、Cl^-的流速; 并同期检测了幼苗的生长性状、主要耐盐基因的表达及渗透调节物质(可溶性糖、脯氨酸)含量的变化, 以明确花生的耐盐能力与离子吸收、转运及抗逆调控的关系。结果表明: (1) 盐胁迫下Na⁺内流减弱, 外排速率增加, K⁺内流提高, 但是相对而言, HY25的Na⁺外排速率及K⁺内流速率均高于HY20, 表明HY25通过排Na⁺保K⁺提高耐盐性; (2) 盐胁迫促进Ca²⁺迅速内流, 并且耐盐品种比盐敏感品种Ca²⁺内流速率更高, 可能与耐盐有关; (3) 盐胁迫导致两品种NO₃^-外排, 但耐盐品种HY25的外排流速更低, 表明HY25可通过减缓NO₃^-的流失以抵御盐胁迫的危害; (4) 盐胁迫促使耐盐品种HY25 Cl^-外排, 但盐敏感品种Cl^-的内流速率提高, 表明HY25可通过加快Cl^-的外排减轻Cl^-的毒害; (5) 盐胁迫显著诱导耐盐品种HY25耐盐相关基因AhNHX1、AhHA1、AhSAMDC1、AhLeaD的表达, 可帮助其提高盐耐受性。综上, HY25的高耐盐能力与较强的离子稳态和较高的耐盐基因表达量密切相关。明确盐胁迫下花生根系的离子流动规律和抗逆机制, 将为改善盐碱地花生出苗、立苗、健苗及其调控技术的建立提供理论支撑。

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16. 基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

王瑞, 张福耀, 詹鹏杰, 楚建强, 晋敏姗, 赵威军, 程庆军

作物学报 2024, 50 (3): 669-685. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34055

摘要（385）

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PDF（pc）（1360KB）（568）

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达, 为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料, 设置正常和低氮胁迫2个处理, 利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析, 通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究, 筛选可能参与低氮调控的基因, 了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明, 在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因, 抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因, 开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定, 发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达, 有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达, 其中有5个基因上调表达, 23个基因下调表达; 对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析, 发现主要集中在氮代谢、丙氨酸, 天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径, 表明耐低氮型高粱可能通过这些途径相关基因的表达影响其对低氮胁迫的耐受性。

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17. 水稻花粉小肽锌指蛋白基因 OsFLZ13功能研究

张丽洁, 周海宇, MUHAMMAD Zeshan, MUNSIF Ali Shad, 杨明冲, 李波, 韩世健, 张翠翠, 胡利华, 王令强

作物学报 2024, 50 (3): 543-555. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32023

摘要（371）

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PDF（pc）（5918KB）（440）

FCS样锌指蛋白(FLZ)与植物的生长发育和逆境胁迫反应相关。水稻的FLZ基因家族分析和功能研究较少。本研究利用TBtools对水稻基因组Blast, 鉴定到29个OsFLZ家族基因成员, 并分析了相关基因位置、基因结构、motif和启动子顺式作用元件等特征。随后, 通过水稻CREP数据库研究了FLZ家族成员的全生育期组织表达模式, 并发现其中的OsFLZ13基因在开花前的花药中特异高水平表达。随后β-D-葡萄糖苷酸酶(GUS)染色显示, OsFLZ13在花药发育的第8阶段开始表达, 并在开花前的第14阶段表达量最高。用CRISPR/Cas9基因编辑获得的突变体植株结实率显著下降。相比野生型中花11的94%结实率, Osflz13-1和Osflz13-2的结实率分别只有44%和36%。本研究表明OsFLZ13参与花药发育以及花粉育性的调控, 为进一步研究该基因及其家族基因的功能提供参考, 同时对水稻雄性不育利用具有潜在的价值。

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18. 甘蔗割手密种糖转运蛋白基因 SsSWEET11的克隆与功能分析

杜翠翠, 吴明星, 张雅婷, 谢婉婕, 张积森, 王恒波

作物学报 2023, 49 (9): 2385-2397. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24232

摘要（363）

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PDF（pc）（3595KB）（136）

SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏, 广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程。为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能, 本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学, 根据注释SsSWEET11基因序列设计特异引物, 利用RT-PCR技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列, 运用多种生物信息工具分析其特征, 构建系统进化树; 采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析SsSWEET11的表达模式; 利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsSWEET11的功能。结果表明, 从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11基因(登录号为OP554214), 该基因全长927 bp, 编码308个氨基酸残基, 具有2个MtN3_saliva结构域和7次跨膜结构域。系统进化树分析显示, SsSWEET11属于SWEET蛋白家族第III亚家族成员, 与高粱SbSWEET11相似性高达97.41%。qRT-PCR分析表明, ShSWEET11基因在不同组织中组成型表达, 在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织; 赤条病菌胁迫下, ScSWEET11基因在抗病品种ROC22和感病品种MT11-610中呈现完全不同的表达趋势, 与对照相比, 抗病品种中该基因的表达量显著下调, 而感病品种中, 在胁迫48 h和72 h后该基因的表达量显著上调, 分别为对照的5.90倍和5.43倍。亚细胞定位表明, SsSWEET11-GFP融合蛋白定位在质膜上。瞬时过表达SsSWEET11基因1 d后, 二氨基联苯胺(Diaminobenzidine, DAB)对本氏烟叶片进行染色, 叶片颜色没有变化, 再接种烟草青枯菌、茄病镰刀菌蓝色变种7 d后, 过表达植株叶片发病比对照组严重, 且过敏反应相关基因、茉莉酸和水杨酸代谢途径相关基因呈现上调表达, 而乙烯通路相关基因则没有响应, 表明SsSWEET11基因参与茉莉酸和水杨酸信号传导通路, 且病原菌侵染本氏烟草叶片能够诱发过敏反应。研究结果不仅为开发与甘蔗抗赤条病菌性状关联的分子标记提供积累, 也为深入解析赤条病侵染甘蔗的分子机制奠定一定的基础。

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19. 小麦 TaSPX1基因的克隆、表达及耐低氮逆境的功能研究

张宝华, 刘佳静, 田晓, 田旭钊, 董阔, 武郁洁, 肖凯, 李小娟

作物学报 2024, 50 (3): 576-589. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31025

摘要（357）

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包含SPX、SPX-EXS、SPX-MFS和SPX-RING四个亚族的植物SPX基因家族在磷信号应答中发挥重要功能, 但迄今对小麦的该家族基因成员功能了解尚少。本研究前期从小麦(Triticum aestivum)中鉴定得到一个SPX亚族成员基因TaSPX1 (GenBank No. Ak332300), 亚细胞定位分析发现其定位于细胞核。对TaSPX1和来自小麦、拟南芥和水稻SPX家族的同源蛋白进行系统进化分析, 结果表明, 其与水稻SPX亚族的OsSPX1亲缘关系较近。应用RT-qPCR技术研究发现, TaSPX1的表达量在低氮胁迫下显著增加。构建烟草(Nicotiana tabacum)过表达转基因系(overexpression lines, OE), 应用MS营养液培养对野生型(WT)和OE株系OE3和OE4植株表型进行鉴定。发现在低氮胁迫下, OE3和OE4较WT表现明显的生长优势, 植株鲜重、根重和叶面积显著增加; 包括光合速率、胞间CO₂浓度、气孔导度和蒸腾速率在内的光合参数, 以及氮含量、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量也都较WT显著增加。对氮吸收和同化相关基因的表达和酶活性测定结果表明, 上述基因的部分成员在OE植株中的表达量和氮同化酶活性升高。此外, 对包括SOD、POD和CAT在内的植株活性氧清除相关酶活力和MDA含量测定表明, 与WT相比, OE植株中保护酶的活性均明显提高, MDA含量降低。同时发现OE植株中部分保护酶基因成员的表达水平也较WT明显升高。这些结果初步证实了TaSPX1通过改善光合参数、增强氮吸收和转运以及加强保护酶系统等在介导植株抵御低氮胁迫中发挥重要作用。本项研究对小麦SPX家族成员抵御非生物逆境功能增加了新认识, 为作物抗低氮营养逆境的遗传改良提供了理论依据。

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20. 灌水和施氮对冬小麦根系特征及氮素利用的影响

刘世洁, 杨习文, 马耕, 冯昊翔, 韩志栋, 韩潇杰, 张晓燕, 贺德先, 马冬云, 谢迎新, 王丽芳, 王晨阳

作物学报 2023, 49 (8): 2296-2307. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21051

摘要（353）

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植株根系的形态和生理特性决定着其获取养分和水分的能力, 分析麦田冬小麦根系形态特征、根系活力对水氮的响应及其与地上干物质积累、产量和氮素利用的关系, 有利于构建合理的冬小麦根群结构, 促进根冠协调生长并提高氮肥利用效率。在麦田定位试验基础上, 采用裂区试验设计, 设置2个灌溉主处理(W0: 全生育期不灌水、W1: 拔节期和开花期各灌水1次)以及3个施氮副处理(N0: 0 kg hm^-2、N180: 180 kg hm^-2和N300: 300 kg hm^-2)。结果表明: 与W0处理相比, W1抑制根长密度的增加, 但增加根系平均直径, 提高0~20 cm土层根表面积和根干重密度, 显著提高根系活力4.98%~22.7%, 降低根冠比1.47%~11.25%; 2年平均小麦产量、氮素吸收效率和氮肥偏生产力分别提高15.50%、13.40%和14.91%。施氮促进根系生长, 与不施氮处理相比, 施氮显著提高根系平均直径、根长密度、根表面积、根干重密度和根系活力, 降低根冠比。其中N180更有利于根系生长, 提高冬小麦根系各形态指标和根系活力, 与N300相比, 2年平均产量提高2.53%, 而氮素吸收效率和氮肥农学效率分别显著提高44.51%和39.37%。相关分析表明, 拔节期至开花期根干重密度与产量、氮利用率呈显著正相关关系; 根冠比与产量呈显著负相关关系, 与氮利用率呈正相关关系。因此, 合理的灌水和施氮能够优化根系形态及分布, 提高根系活力, 协调根冠干物质分配, 提高产量和氮利用率。在冬小麦生产中拔节和开花期各灌水1次结合180 kg hm^-2施氮量有利于促进产量和氮素利用效率协同提高。

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21. 利用CRISPR/Cas9技术编辑 GmBADH1基因改变大豆耐盐性

石宇欣, 刘欣玥, 孙建强, 李晓菲, 郭潇阳, 周雅, 邱丽娟

作物学报 2024, 50 (1): 100-109. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34056

摘要（352）

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耐盐基因功能鉴定对于大豆品种改良以及盐碱地的开发利用至关重要。盐害胁迫下作物通过合成和积累甜菜碱作为渗透保护剂, 减小盐害对作物产量的影响。BADH基因已在多种植物中被证实调节植物对逆境胁迫的响应, 但在大豆中的调控机制尚不清晰。本研究克隆了GmBADH1基因, qRT-PCR显示该基因在根、茎、叶中均有表达, 尤其在根中的表达丰度最高。通过农杆菌介导的大豆遗传转化技术将CRISPR/Cas9系统构建的表达载体转入到大豆品种JACK中, 产生了3种可以调控大豆耐盐性状的靶向突变, 均发生在编码区, 分别为缺失19 bp、插入1 bp、插入9 bp替换2 bp。前两者, 过早出现的终止密码子, 使其均产生截断的BADH1蛋白, 后者发生移码突变。在出苗期和苗期分别对突变纯合植株进行盐处理, 结果表明, 出苗期耐盐性与野生型相比显著下降, 苗期与野生型相比无明显差异。这说明GmBADH1基因可能主要调控出苗期的耐盐性状。本研究为深入挖掘大豆耐盐基因和培育大豆耐盐品种提供了依据。

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22. 基于GWAS和WGCNA分析挖掘玉米花期相关候选基因

钱甫, 张占琴, 陈树宾, 丁永福, 桑志勤, 李卫华

作物学报 2023, 49 (12): 3261-3276. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.33010

摘要（346）

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花期是玉米重要性状之一, 解析玉米花期的遗传基础, 挖掘玉米花期关键基因, 对于选育广适玉米品种具有重要意义。在580份玉米自交系构成的自然群体中, 3年种植测定散粉期、吐丝期和散粉吐丝间隔期等3个花期性状, 利用分布全基因组的31,826个SNPs (single nucleotide polymorphisms)标记进行全基因组关联分析(genome wide association study, GWAS), 结合自交系B73的14个不同发育阶段的转录组数据进行权重基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA), 挑选与玉米开花相关的组织特异性模块和关键基因。GWAS在多环境(2个环境以上)下共定位标记14个, 挖掘到潜在候选基因10个, WGCNA挖掘到花期潜在候选基因17个, 2种方法共同挖掘到候选基因3个。Zm00001d052180编码一个MADS-box转录因子19, Zm00001d016814编码NAC转录因子133, Zm00001d048082编码MADS-box转录因子8, 这些基因主要参与调节花序生长发育。研究结果为解析玉米花期遗传基础及分子机制提供参考。

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23. 玉米转录因子 ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

艾蓉, 张春, 悦曼芳, 邹华文, 吴忠义

作物学报 2023, 49 (9): 2433-2445. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23071

摘要（341）

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AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一, 在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211 (Gene ID: 103647485)基因, 利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析; 对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示: 该基因只包含1个外显子, cDNA全长为792 bp, 编码263个氨基酸; ZmEREB211蛋白分子量为27.9 kD, 理论等电点为6.01, 具有AP2家族所特有的保守结构域; ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高, 且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量; 同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonic acid, JA)的1/2 MS培养基上, 转ZmEREB211基因拟南芥株系的根长显著长于野生型。在干旱和高盐处理下, 盆栽转基因拟南芥株系较野生型株系表现出更强的耐受性, 且苗期的绿叶数显著多于野生型, 过氧化物酶(POD)活性和叶绿素含量均显著高于野生型。研究表明ZmEREB211可能参与调控玉米根系生长发育, 对高盐、干旱、渗透等逆境胁迫及JA激素处理均能起到正向的调控作用。本研究为进一步解析ZmEREB211在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

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24. 基于二代和三代转录组测序揭示甘蔗重要亲本对黑穗病菌侵染的响应机制

胡鑫, 罗正英, 李纯佳, 吴转娣, 李旭娟, 刘新龙

作物学报 2023, 49 (9): 2412-2432. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24228

摘要（336）

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黑穗病是甘蔗生产中的主要病害, 严重影响甘蔗产量。解析甘蔗重要亲本与黑穗病菌相互作用的分子机制及筛选抗病基因对抗黑穗病优良品种的培育具有重要意义。本研究选用我国甘蔗育种中的重要亲本新台糖ROC25 (抗黑穗病)及其姊妹系ROC22 (感黑穗病)为研究对象, 采用单分子实时测序技术(三代测序)和二代转录组测序技术分析和鉴定2个亲本感染黑穗病菌后的转录组谱及差异转录本。三代转录组测序分析共获得79,885条转录本序列, 其中含60,115条完整开放阅读框、3692个可变剪接事件、1799个LncRNA、29,139个SSR和7794个转录因子, 共有74,066个转录本得到注释, 占总数的92.72%。通过对二代测序数据分析, 在抗病亲本中筛选出9716个差异转录本, 在感病亲本中筛选出2033个差异转录本。差异转录本的GO和KEGG富集分析结果表明抗病亲本中共富集到的GO条目和KEGG通路均要多于感病亲本, 且植物MAPK信号通路、苯丙素生物合成、植物-病原互作、亚油酸代谢和蔗糖和淀粉代谢等代谢通路在抗感亲本中均被显著富集, 为抗感亲本对黑穗病的共同抗病途径。进一步, 对植物MAPK信号通路的分析表明, MAPK超家族基因成员在抗感亲本中呈现不同的表达方式, 在抗病亲本中具有更多差异表达的MEKK1和MKK4的转录本, 且MKK5、MPK10和MPK12基因仅在抗病品种中发生显著表达变化, 推测其可能与亲本的抗病表型关联。此外, 抗感亲本中众多WRKY、MYB、NAC和AP2/ERF-ERF等抗病相关转录因子响应了黑穗病菌胁迫, 且主要表现为上调表达。与感病亲本相比, 抗病亲本显示出更多的差异表达转录因子, 推测这些抗病亲本特有的转录因子可能对防御黑穗病菌具有积极作用。本研究完善了新台糖亲本基因组注释信息, 为解析新台糖优异亲本与黑穗病菌互作机制以及抗黑穗病基因资源的挖掘利用提供指导。

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25. 盐胁迫对水稻籽粒灌浆特性及产量形成的影响

韦还和, 张翔, 朱旺, 耿孝宇, 马唯一, 左博源, 孟天瑶, 高平磊, 陈英龙, 许轲, 戴其根

作物学报 2024, 50 (3): 734-746. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.32021

摘要（334）

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以江苏沿海滩涂主栽常规粳稻南粳9108和淮稻5号为试材, 研究不同盐胁迫处理包括对照(CK, 盐浓度0)、中盐(medium-salinity stress, MS, 盐浓度0.15%)和高盐(high-salinity stress, HS, 盐浓度0.3%)对水稻籽粒灌浆及产量形成生理特性的影响。结果表明: (1) 与对照相比, 中盐和高盐胁迫均显著降低水稻产量, 降幅分别为26.3%和57.7% (两品种平均); 盐胁迫处理下, 穗数、每穗粒数、结实率和千粒重均显著下降。(2) 盐胁迫显著降低穗长、每穗强势粒和弱势粒籽粒数、结实率和千粒重, 其中强势粒结实率和千粒重的降幅均低于弱势粒。(3) 盐胁迫下, 水稻植株抽穗期和成熟期干物重以及抽穗期至成熟期干物质积累量显著下降, 但收获指数明显增加。此外, 抽穗后15 d和30 d盐胁迫处理的叶片净光合速率和SPAD值均显著低于对照。(4) 盐胁迫降低籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率, 但达最大灌浆速率时间和有效灌浆天数有所增加; 盐胁迫提高了强势粒和弱势粒有效灌浆天数, 但平均灌浆速率显著下降, 其中强势粒灌浆量的降幅低于弱势粒。(5) 盐胁迫下, 籽粒腺苷二磷酸焦磷酸化酶(AGPase)、淀粉合成酶(SSS)、颗粒型淀粉合成酶(GBSS)和淀粉分支酶(SBE)活性显著下降, 其中弱势粒的降幅高于强势粒。综上所述, 盐胁迫下水稻强势粒和弱势粒灌浆天数有所增加, 但籽粒灌浆速率及其淀粉合成关键酶活性显著下降, 致使籽粒充实度、粒重和产量显著下降, 其中盐胁迫对弱势粒抑制作用大于强势粒。

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26. 小麦旗叶形态相关性状全基因组关联分析

王睿, 任毅, 程宇坤, 王伟, 张志辉, 耿洪伟

作物学报 2023, 49 (11): 2886-2901. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21085

摘要（330）

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小麦旗叶是进行光合作用的主要功能叶, 对产量有着重要贡献。为了解小麦旗叶形态的遗传机制, 挖掘旗叶形态相关性状的候选基因, 本研究采用300份小麦品种(系), 结合90K SNP基因芯片对5种环境下正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)条件下的旗叶长、宽、面积进行全基因组关联分析。结果表明, 旗叶长、宽、面积在2种水分处理下表现出显著差异(P<0.05), 在不同的环境下表现出丰富的表型变异, 变异系数为0.07~0.23。全基因组关联分析(genome- wide association study, GWAS)结果显示, 共检测到37个与旗叶长、宽、面积显著相关的稳定遗传位点, 分布于1D、2A、2B、3A、3D、4A、5A、5B、6A、6B、7A、7B染色体上, 单个SNP位点可解释遗传变异为3.70%~9.05%, 其中正常灌溉下检测到22个稳定遗传位点, 干旱胁迫下检测到15个稳定遗传位点。2种处理下共同检测到的稳定遗传位点有8个, 位于2B、3A、5A、6A、7A、7B染色体上。在2B、3A、6A、7A染色体上检测到5个同时与多个性状相关联的稳定遗传位点。对稳定遗传且贡献率较大的标记处进行单倍型分析, 发现与旗叶长显著相关的Kukri_ c1406_275 (R²=9.05%)标记存在FLL-Hap1、FLL-Hap2和FLL-Hap3三种单倍型, 与旗叶面积显著相关的wsnp_ bq170165A_Ta_1_1 (R²=7.88%)标记同样存在FLA-Hap1、FLA-Hap2和FLA-Hap3三种单倍型。结合表型分析, 在300份冬小麦品种(系)中含有FLL-Hap1 (出现频率为77.78%)或FLL-Hap2 (18.89%)单倍型品种(系)的旗叶长显著高于含有FLL-Hap3 (3.33%)单倍型品种(系)的旗叶长, 含有FLA-Hap1 (48.19%)单倍型品种(系)的旗叶面积显著高于含有FLA-Hap2 (30.80%)或FLA-Hap3 (21.01%)单倍型品种(系)的旗叶面积(P<0.05)。不同单倍型在不同冬小麦品种(系)中分布不同, 单倍型FLL-Hap1在国外品种(系)占比较大, 单倍型FLL-Hap2、FLL-Hap3分别在北部冬麦区和西南冬麦区占比较大。单倍型FLA-Hap1和FLA-Hap2分别在西南冬麦区和北部冬麦区出现频率较高, 单倍型FLA-Hap3在所有冬麦区无较高出现频率。对多环境下检测到的稳定遗传位点进行候选基因挖掘, 筛选出5个与旗叶形态相关的候选基因, 这些候选基因可作为旗叶相关性状重要基因。

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27. 外源海藻糖对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶生理特性和产量的影响

李宇星, 马亮亮, 张月, 秦博雅, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠

作物学报 2023, 49 (8): 2210-2224. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21057

摘要（328）

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为探究外源海藻糖(TRE)对高温胁迫下灌浆期不同耐性小麦品种旗叶生理特性和产量的影响作用, 于2020—2022年在安徽农业大学高新技术农业园进行试验, 选用前期筛选得的耐热性差异显著的敏感型小麦品种泛麦5号(Fanmai 5, FM5)和耐热型小麦品种淮麦33 (Huaimai 33, HM33)作为试验材料, 设置叶面喷施清水+不高温(CK1)、清水+灌浆期高温胁迫(CK2)、10 mmol L^-1海藻糖+灌浆期高温胁迫(T₁₀H)、15 mmol L^-1海藻糖+灌浆期高温胁迫(T₁₅H)和20 mmol L^-1海藻糖+灌浆期高温胁迫(T₂₀H)共5个处理。结果表明, 在高温胁迫条件下, 绿叶面积、叶绿素相对含量(SPAD)和干物质积累量均显著下降, 与非高温逆境相比, 高温胁迫下小麦产量显著下降, 穗数和穗粒数无显著变化, 千粒重是减产的主导因素。与喷清水相比, 喷施海藻糖后产量较高温胁迫处理有所提升, 各器官干物质积累量提高, 丙二醛(MDA)含量降低, 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性提高, 变化幅度在品种间存在差异, 耐热品种的SPAD值降幅与丙二醛的增幅较小, 但CAT活性的增幅较大, 因而减产幅度较小。进一步的分析表明, 净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、SPAD、SOD及POD和千粒重呈极显著正相关关系, MDA和产量呈极显著负相关关系。这些结果表明高温胁迫通过降低P_n、G_s和T_r抑制小麦的光合作用, 减少光合产物的生成, 造成最终的减产。喷施TRE, P_n、G_s、T_r、SPAD和CAT是降低高温胁迫伤害的主要指标, 敏感品种缓解效果明显。此外, 开花期喷施浓度15 mmol L^-1海藻糖效果最好。该研究结果可为海藻糖对灌浆期高温胁迫下小麦光合响应差异机制和小麦抗氧化代谢提供理论依据。

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28. 玉米转录因子 ZmMYB12提高植物抗旱性和低磷耐受性的功能鉴定

王丽平, 王晓钰, 傅竞也, 王强

作物学报 2024, 50 (1): 76-88. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33007

摘要（325）

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玉米生长发育过程中会遭受干旱、高温、高盐及营养元素匮乏等多种非生物胁迫, 导致其产量和品质下降, 造成严重的农业减产。MYB类转录因子在植物中广泛分布, 参与植物生长发育和环境响应, 筛选及鉴定出具有抗逆功能的MYB类转录因子能为玉米抗逆遗传改良提供理论依据。本研究从玉米干旱处理的材料中克隆了一个R2R3-MYB家族转录因子基因ZmMYB12, 其响应自然干旱、ABA及PEG处理, 基因表达被诱导上调。病毒诱导沉默ZmMYB12后的玉米植株对干旱更加敏感, 活性氧积累更多, 根系更小; 复水后ZmMYB12沉默植株存活率更低, 表明ZmMYB12是干旱正调控因子。进一步构建ZmMYB12稳定过表达拟南芥, 干旱处理后ZmMYB12过表达株系活性氧积累更少, 侧根更多, 抗旱能力增强。同时, 发现ZmMYB12过表达拟南芥在低磷胁迫下侧根数量更多, 根系酸化程度增加, 叶绿素及花青素含量更多, 体内无机磷含量高于野生型, 表明ZmMYB12参与到低磷胁迫过程中, 并且提高了植株对磷元素的吸收及利用率。研究表明ZmMYB12调控干旱抗性并响应低磷胁迫, 为作物抗旱及耐低磷育种提供了一个良好的基因资源。

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29. 光强和氮肥互作对南方软米粳稻灌浆结实期碳氮代谢影响及其与产量品质间关系

陈心怡, 朱盈, 马中涛, 张明月, 魏海燕, 张洪程, 刘国栋, 胡群, 李光彦, 许方甫

作物学报 2023, 49 (11): 3042-3062. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22054

摘要（323）

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以南方软米粳稻南粳9108和扬农香28为材料, 设置2个光强处理和4种氮肥处理, 其中光强处理于结实期展开, 分为100%自然光照强度(L1)和50%自然光照强度(L2), 氮肥处理为生长中后期不施氮肥(N1), 分别于倒六叶(N2)、倒四叶(N3)、倒二叶(N4)期一次性施用氮肥, 研究了不同光照强度、氮肥施用时期及光氮互作条件下水稻结实期碳氮代谢差异及其对产量和品质的影响。结果表明, 结实期光强减弱, 剑叶净光合速率下降7.35%~42.36%、叶片中蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)酶活性下降, 叶片C/N比下降3.98~6.49, 光合产物向籽粒输送减少, 籽粒中淀粉(包括直链淀粉)含量降低, 同时叶片中硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性增强, 植株含氮率提升, 蛋白质含量相对增加, 不利于产量和优良品质的形成。中后期施用氮肥后, 叶片中碳氮代谢关键酶活性显著提高、叶片的衰老减缓, 水稻的灌浆结实期延长, 有利于产量的提升。随中后期氮肥施用时期推迟, 氮代谢愈发旺盛, 籽粒中蛋白质含量相对明显增加, 导致淀粉与蛋白质、直链淀粉与蛋白质的比值均下降, 食味值下降。本试验条件下, 正常光照配合倒四叶施用氮肥处理(L1~N3)能够协同提高叶片碳氮代谢关键酶活性, 使得光合产物和含氮化合物以适宜的比例向籽粒输送, 最终籽粒中淀粉与蛋白质的比值在11.43~12.03之间, 直链淀粉与蛋白质的比值在1.34~1.50之间, 米饭的硬度低, 黏度、平衡性高, 食味好, 可同时获得高产和优质。

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30. 水稻 OsCDF1基因突变效应及其基因组变异分析

胡艳娟, 薛丹, 耿嫡, 朱末, 王天穹, 王晓雪

作物学报 2023, 49 (9): 2362-2372. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.22062

摘要（323）

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开花期(又叫抽穗期)影响水稻的产量、品质和地区适应性。在拟南芥中, Cycling DOF Factor 1 (CDF1)蛋白质是CONSTANS (CO)的转录抑制因子, 负向调节拟南芥的开花期。但是, 水稻中的同源蛋白OsCDF1的功能尚不完全清楚。为了揭示OsCDF1在水稻中的生物学功能及其对开花期的影响, 本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术设计定向敲除水稻OsCDF1基因的2个靶位点, 构建OsCDF1基因的敲除载体; 通过农杆菌介导的方法分别转化北方粳稻品种沈农9816, 创制OsCDF1基因的突变体; 分析沈农9816和oscdf1突变体在田间种植下的开花期和产量性状的差异。主要研究结果为: 创制了在第1个外显子的第16 bp处缺失5个碱基和在第2个外显子的338 bp处单碱基A插入的oscdf1纯合突变。序列比对分析表明, 这2种类型的突变均造成移码和蛋白翻译提前终止。在自然长日照条件下, oscdf1突变体的开花期比野生型沈农9816晚4 d以上, 其产量高于野生型。对OsCDF1单倍型和单倍型网络分析发现, OsCDF1在不同品种中进化出高度多样性。本研究成功利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了水稻OsCDF1基因, 为进一步研究OsCDF1基因功能提供了理论参考, 也为水稻遗传改良提供了潜在的基因和种质资源。

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31. 378份甘薯引进种遗传多样性及群体结构分析

苏一钧, 赵路宽, 唐芬, 戴习彬, 孙亚伟, 周志林, 刘亚菊, 曹清河

作物学报 2023, 49 (9): 2582-2593. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24195

摘要（323）

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甘薯起源于中南美洲, 国外引进种不仅能够提升我国资源总量而且将会极大改变甘薯遗传基础狭窄的育种瓶颈。本文利用30对Simple sequence repeat (SSR)引物通过高通量核酸片段分析仪对378份甘薯种质资源进行基因分型, 鉴定了国家甘薯种质资源试管苗库(徐州)中的引进种种质, 分析了引进种之间的亲缘关系, 为甘薯引进种的利用和种质创新提供理论依据。利用PROSize 3.0软件读取条带, 获得01数据库, 将01数据导入Darwin软件计算Jaccard遗传距离矩阵, 利用MEGA 10对遗传距离矩阵聚类分析, 并用iTOL进行注释, 利用Structure 2.3.4对甘薯种质进行群体结构分析。结果表明, 对378份引进种进行分析, 共扩增获得120个多态性位点, 平均每对引物4个多态性位点。遗传距离矩阵结果显示种质间遗传距离最大为0.6207, 遗传距离最小为0.0448, 平均遗传距离为0.4027。利用MEGA 10进行聚类, 在遗传距离为0.2960处划分为3个类群, 类群I包含29份种质、类群II包含104份种质、类群III包含245份种质; 群体结构分析表明在ΔK=2时值最大, 划分为2个组群, 聚类与群体结构分析结果类似。组群2中, 主要以2015年以后新引进种质为主(95.4%), 表明新引进种质丰富了甘薯引进种的遗传多样性, 拓宽了原有资源库中的群体结构。本文通过SSR引物对378份甘薯引进种种质进行遗传多样性和群体结构分析, 可为甘薯种质创新、遗传育种、优异基因挖掘利用提供参考。

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32. 陆地棉漆酶基因家族成员表达模式分析

左春阳, 李亚玮, 李焱龙, 金双侠, 朱龙付, 张献龙, 闵玲

作物学报 2023, 49 (9): 2344-2361. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24246

摘要（322）

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PDF（pc）（11133KB）（231）

漆酶是铜蓝氧化酶蛋白家族的一员, 在植物木质素合成和提高植株抵御胁迫能力等方面发挥着重要作用。本研究从陆地棉基因组中鉴定到104个漆酶基因(GhLAC)家族成员, 进行了系统进化树和组织表达图谱的构建, 并随机选取了20个基因进行荧光定量PCR分析, 验证了表达热图的结果。为进一步探索漆酶在棉花中担当的角色, 本研究采用启动子-GUS融合载体转化拟南芥, 通过转基因拟南芥不同发育过程不同组织GUS染色结果, 分析了陆地棉漆酶基因家族6个成员(GhLAC12A、GhLAC14A、GhLAC20A、GhLAC25D、GhLAC59D、GhLAC63D)的精细表达模式。为探究漆酶在逆境中发挥的作用, 对该6个漆酶基因进行了切割和刺洞2种创伤胁迫诱导表达分析, 并利用2个棉花品系‘84021’ (高温耐受型)和‘H05’ (高温敏感型)在常温和高温胁迫条件下不同时期的花药进行相应基因的荧光定量PCR分析。研究结果表明, 随机挑选的20个基因在根、茎、叶、花瓣、花药和柱头6个组织中差异表达, 大多数基因的表达与转录组结果一致。6个漆酶基因的启动子能够不同程度地驱动GUS基因在种子萌发时期、二叶期、四叶期表达; 创伤处理结果显示GhLAC12A、GhLAC14A的启动子受创伤诱导后驱动GUS蛋白在叶片中表达的能力显著提高, 暗示着这2个基因可能参与创伤胁迫响应。6个GhLACs基因在棉花耐高温品系‘84021’的四分体时期和花药开裂期高温胁迫后都有表达量显著下调的趋势, 推测GhLACs基因可能负调控陆地棉花药高温耐受性。本研究结果为进一步探索漆酶家族基因功能提供了参考。

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33. 谷子HAK/KUP/KT钾转运蛋白家族全基因组鉴定及其对低钾和高盐胁迫的响应

代书桃, 朱灿灿, 马小倩, 秦娜, 宋迎辉, 魏昕, 王春义, 李君霞

作物学报 2023, 49 (8): 2105-2121. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24194

摘要（316）

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KT/HAK/KUP (HAK)家族是植物中最丰富的钾转运体家族, 对植物的生长和环境适应具有重要作用。谷子是抗逆耐瘠研究的模式植物, 然而, 谷子中HAK家族缺乏系统研究。本研究基于基因组序列信息, 鉴定出29个谷子HAK基因(SiHAKs), 并对该家族成员的基本特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制、表达模式和逆境响应等方面进行了系统分析。结果显示, (1) SiHAKs分为5个进化簇(Cluster I~Cluster V), 成员数量分别为11、9、3、3和3。基因结构和蛋白保守基序分析表明, 谷子HAK家族具有较高的保守性, 不同Cluster的保守性依次为: Cluster III = Cluster V > Cluster II > Cluster I > Cluster IV。(2) 串联复制是SiHAKs扩增的主要原因, 15个SiHAKs位于串联重复中。(3) 171个转录因子可能结合到不同SiHAKs的启动子上, 这些转录因子包含ERF、NAC、MYB和WRKY等家族中的大量成员, 可能授予了SiHAKs对非生物胁迫多样的响应机制。(4) 基因表达聚类将SiHAKs分成3组: Group I、Group II和Group III, 多数SiHAKs在张谷和豫谷1号2个品种中的表达模式具有一致性; 不同Cluster表达水平总体表现为: Cluster III > Cluster V > Cluster II > Cluster I > Cluster IV。(5) 根系中表达水平较高的11个SiHAKs用来检测对低钾和高盐胁迫的响应。在低钾胁迫后, 8个SiHAKs的表达水平显著升高, 1个SiHAK显著降低, 2个SiHAKs变化不明显; 而高盐胁迫后, 3个SiHAKs的表达水平显著升高, 2个SiHAKs显著降低, 其余6个SiHAKs变化不明显。SiHAK15受到低钾和高盐胁迫的响应最为强烈, 其表达量分别为对照的151倍和22倍。(6) 基因表达谱的差异反映出不同Cluster间SiHAKs的功能差异。Cluster I主要在根系中表达, 可能参与谷子根系K⁺的吸收; Cluster II不具有组织表达特异性, 推测其参与K⁺的吸收、转运和生长发育等多个生物过程; Cluster III受到低钾和高盐2种胁迫的诱导, 显示出维持谷子K⁺/Na⁺平衡和抵御盐胁迫的潜在作用; Cluster IV在被检测的多个组织中几乎不表达; Cluster V不同成员对低钾和高盐胁迫的响应存在差异, 可能发生了功能分化。研究结果不仅为深入解析谷子HAK家族的功能奠定了基础, 而且为植物中钾高效利用和耐盐机制的研究提供了重要线索。

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34. 一个新的玉米 Miniature1基因等位突变体的鉴定与遗传分析

王娟, 徐相波, 张茂林, 刘铁山, 徐倩, 董瑞, 刘春晓, 关海英, 刘强, 汪黎明, 何春梅

作物学报 2023, 49 (8): 2088-2096. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23059

摘要（316）

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籽粒发育是决定玉米产量和品质的关键因素, 但目前对其遗传调控机制的研究还相当不完善。我们在田间筛选到一个玉米籽粒发育突变体, 表现为籽粒灌浆不充分, 胚和胚乳变小, 成熟籽粒干瘪或“空果皮”。该突变表型受单个隐性核基因控制。通过图位克隆的方式将候选突变基因定位到2号染色体1.1 Mb的区间内, 进一步研究发现, 该区间内Miniature1 (Mn1)基因在第1个外显子处发生hAT转座子插入, 导致Mn1基因表达下调和无义突变。此插入突变与突变体籽粒灌浆缺陷表型完全连锁, 该突变体被命名为mn1-m2。通过与mn1-89突变体进行等位测验, 确认mn1-m2即为Mn1基因的等位突变体。因此, 本研究鉴定了一个新的mn1等位突变体, 其突变位点及方式与已知mn1突变体均不相同, 完善了玉米籽粒突变体的种质资源信息, 也为Mn1调控籽粒发育机制的解析提供新的遗传材料。

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35. 一个新的玉米细胞核雄性不育突变体 ms6的鉴定与基因定位

王兴荣, 张彦军, 涂奇奇, 龚佃明, 邱法展

作物学报 2023, 49 (8): 2077-2087. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23062

摘要（315）

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玉米雄性不育基因的定位、克隆和功能机理研究, 不仅能够加深我们对玉米雄花生长发育的分子调控机理的认识, 而且能够有效推动雄性不育技术体系的发展及在玉米育种和种子生产中的运用。本研究以玉米自交系Mo17为野生型背景材料, 经EMS诱变获得了一个玉米雄性不育突变体, 命名为ms6 (male sterile 6)。表型鉴定结果表明, ms6突变体植株能够正常抽雄, 但雄花颖壳不能正常开裂和散粉, 花粉粒干瘪, 表现为无花粉型不育。同时, ms6与Mo17野生型(wild type, WT)在株型、穗部性状以及籽粒粒形等相关性状上无显著差异, 说明该基因突变后, 仅影响植株的育性, 而不影响其他农艺性状。细胞学观察显示, ms6不育突变体的小孢子发育晚期出现异常, 表现为绒毡层细胞提前降解, 小孢子不能进行有丝分裂并逐渐裂解。扫描电镜观察表明, ms6花药外壁皱缩, 内壁无完整的花粉粒, 无乌氏小体的存在。遗传学分析表明, ms6突变性状受1对隐性核基因控制。以ms6 × B73 F₂遗传定位群体, 利用全基因组约200对多态性SSR分子标记, 结合表型与基因型连锁分析, 将ms6初定位于玉米6号染色体C6-19与C6-30两个标记之间, 进一步利用区间内10对新开发的多态性标记, 最终将ms6定位在分子标记M13~M14之间约480 kb的区间范围内。转录组测序结合qRT-PCR试验验证结果, 初步将Zm00001d035201确定为ms6的关键候选基因。Zm00001d035201基因编码一个酸性核糖体蛋白。本研究结果为ms6后续基因功能的研究打下了坚实的基础。同时ms6作为一个新的核不育突变体也为将来玉米新型核不育基因的生产应用提供了重要材料支持。

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36. 氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响

周琦, 李岚涛, 张露露, 苗玉红, 王宜伦

作物学报 2023, 49 (11): 3100-3109. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21070

摘要（315）

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探究施氮量和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响, 利用生态场理论揭示不同小麦群体竞争力差异及其与产量的关系, 明确冬小麦适宜的氮肥用量和播种量, 为冬小麦高产高效生产提供依据。2020年10月至2022年6月于河南省温县设置冬小麦氮肥用量和播种量双因素交互田间试验, 研究了施氮量(0、90、180、270、360 kg N hm^-2)和播种量(135、180、225、270 kg hm^-2)对冬小麦籽粒产量、氮积累量等的影响, 测定小麦株高、冠幅和单株分蘖等生长发育指标, 计算个体生态势和群体生态场并分析其与产量间关系。结果表明, 两年取得最高产量的播种量均为225 kg hm^-2, 施氮量分别为270 kg hm^-2和180 kg hm^-2, 较其他处理平均增产7.5%和18.1%; 施氮后小麦氮积累量提高57.3%, 生态势提高72.7%; 提高播种量后群体茎蘖数提高34.7%, 单株小麦发育水平下降, 生态势下降11.4%。施氮量和播种量通过共同影响株高和冠幅影响生态势影响距离, 其他处理较135 kg hm^-2播种量不施氮处理影响距离提高23.0%。冬小麦群体生态场面积与产量呈一元二次函数关系, 施氮和提高播种量, 冬小麦群体生态场面积分别提高116.7%和52.5%。本试验条件下, 通过氮肥用量和播种量调控冬小麦群体发育质量, 控制群体竞争力, 构建了理想群体, 实现了冬小麦高产与高效生产; 冬小麦氮密优化组合施氮量239.8 kg hm^-2、播种量228.7 kg hm^-2, 具有适宜的生态场和理想群体, 产量较高, 可在豫北地区推广应用。

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37. 控制玉米株高基因 PHR1的基因克隆

杨晨曦, 周文期, 周香艳, 刘忠祥, 周玉乾, 刘芥杉, 杨彦忠, 何海军, 王晓娟, 连晓荣, 李永生

作物学报 2024, 50 (1): 55-66. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.33011

摘要（315）

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株高属于玉米理想株型育种的一个重要指标, 不但影响玉米机械化收获, 更与玉米的倒伏性和生物产量密切相关。本研究以低剂量快中子(4.19 Gy)辐照诱变玉米自交系KWS39获得的矮秆低穗位突变体为研究对象, 该突变体命名为plant height reducing mutant-1 (phr-1), 开展了表型性状的田间调查分析, 并利用phr-1×B73获得的F₂分离群体, 借助极端性状混池测序分析法(BSA-seq)及目标区段重组交换鉴定的方法, 基于B73参考基因组对目标区段内的基因进行挖掘和功能注释, 定位候选基因。研究结果表明, 在1号染色体Bin1.06 区间可能存在变异位点, 进而利用大的分离群体结合目标区段多态性标记开发, 将目标区段精细定位分子标记到Umc1122和Umc1583a两个标记之间约600 kb区间, 该区段内存在一个控制株高的已知基因Brachytic2 (BR2), BR2编码一个调控玉米茎秆中生长素极性运输的糖蛋白。候选基因测序结果表明, phr-1是BR2基因在第4个外显子处插入了165 bp的序列, 导致第547位氨基酸变为终止子, 蛋白翻译提前终止。phr-1的基因突变位点和变异方式与已报道的br2-1单个碱基发生变异位点完全不同, 通过等位杂交实验证明了phr-1突变体就是br2-1的一个新等位突变体, 候选基因就是BR2基因。本研究为玉米BR2基因在玉米株高遗传改良中提供了新的种质资源。

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38. 小麦胚芽鞘长度QTL定位和GWAS分析

郝倩琳, 杨廷志, 吕新茹, 秦慧敏, 王亚林, 贾晨飞, 夏先春, 马武军, 徐登安

作物学报 2024, 50 (3): 590-602. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31034

摘要（313）

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在干旱条件下, 小麦(Triticum aestivum L.)适当深播可提高出苗率, 胚芽鞘长度决定了小麦播种的最大深度, 因此培育长胚芽鞘小麦品种至关重要。为了挖掘控制小麦胚芽鞘长度相关的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL), 本研究以275份豆麦/石4185重组自交系(recombinant inbred lines, RIL)群体和186份自然群体为材料, 根据90K SNP芯片的分型结果, 利用3个环境下小麦胚芽鞘长度表型数据进行QTL鉴定。采用完备区间作图法(inclusive composite interval mapping, ICIM)在RIL群体中鉴定到2个稳定的QTL位点, 分别位于4BS (30.17~40.59 Mb)和6BL (700.08~703.53 Mb)染色体上, 解释表型变异率(PVE)分别为26.29%~28.46%和4.16%~4.36%; 全基因组关联分析(GWAS)采用混合线性模型(Mixed linear model, MLM)方法, 共鉴定到36个稳定的QTL位点, 分别位于1A (3)、1B (3)、1D (2)、2A (1)、3A (2)、3B (2)、4B (11)、5A (1)、5B (3)、6B (4)、7A (2)、7B (2)染色体上, 在3个环境中重复检测到的显著关联位点有7个, 其中3个位点与已报道的位点重叠或邻近, 其他4个位点推测为新位点, 分别位于1A (499.03 Mb)、3A (73.06 Mb)、4B (648.74~648.87 Mb)、7A (36.31 Mb)染色体上, 预测了5个候选基因(TraesCS1A03G0748300、Rht1、TraesCS4B03G0110000、TraesCS4B03G0112200和TraesCS7A03G0146600)。在两个群体中均鉴定到位于4BS (30.17~40.59 Mb)染色体上的主效QTL位点, 该位点的候选基因Rht1已被证实能降低小麦胚芽鞘长度。该研究结果为挖掘控制小麦胚芽鞘长度的基因以及胚芽鞘长度相关性状分子标记辅助选择育种奠定了基础。

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39. 甘蔗 ScbHLH13基因的RT-PCR克隆与功能分析

莫广玲, 余陈静, 梁艳兰, 周定港, 罗俊, 王莫, 阙友雄, 黄宁, 凌辉

作物学报 2023, 49 (9): 2485-2497. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.24233

摘要（312）

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bHLH转录因子是植物体内重要的调节因子, 对植物的生长发育、次生代谢以及花青素生物合成等方面具有调节作用。本研究以高粱bHLH13 (XM_002440799.2)为探针序列, 从甘蔗中通过RT-PCR克隆获得一个ScbHLH13基因, 并对其在不同胁迫响应转录组数据中进行表达模式分析, 同时对该基因及其所编码蛋白进行了理化性质预测以及系统进化、原生质体亚细胞定位和实时荧光定量PCR表达量分析。结果显示, ScbHLH13所编码蛋白包含586个氨基酸残基, 以无规则卷曲和α螺旋为主, 亲水且不稳定, 呈弱碱性; 具有典型核定位信号, 无跨膜结构; 其序列内包括bHLH-MYC、HLH 2个典型保守结构域, 属于bHLH超家族成员。在系统进化中ScbHLH13属于III (d+e)类组, 与高粱亲缘关系最近。在转录组数据中, ScbHLH13的表达在甘蔗品种ROC22上受低氮胁迫和黑穗病菌侵染抑制, 轻微受高粱花叶病毒侵染诱导; 而在Badila受低氮、在YC05-179受甘蔗黑穗病菌侵染诱导。亚细胞定位结果显示, 在烟草表皮细胞中瞬时表达ScbHLH13定位于细胞核和细胞膜, 在甘蔗原生质体瞬时表达ScbHLH13则定位于细胞核。qRT-PCR分析表明, ScbHLH13在甘蔗原生质体中过表达并不能诱导花青素合成代谢通路上主要基因的表达, 说明ScbHLH13与甘蔗中花青素合成相关下游基因表达调控相关性较低。本研究借助甘蔗原生质体瞬时表达系统上对ScbHLH13进行了初步的表达调控探究, 为进一步研究甘蔗功能基因研究以及bHLH基因家族的结构与功能研究奠定了一定的基础。

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40. 带宽和株距对带状间作大豆物质积累分配及产量形成的影响

袁晓婷, 王甜, 罗凯, 刘姗姗, 彭新月, 杨立达, 蒲甜, 王小春, 杨文钰, 雍太文

作物学报 2024, 50 (1): 161-171. DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.34070

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间套作系统中合理的田间配置能改善作物生长环境, 增加系统产量。为进一步完善西南地区大豆-玉米带状间作系统高产高效的田间配置技术, 本研究以大豆-玉米带状间作为研究对象, 采用二因素裂区试验设计, 综合分析2.0 m (B1)和2.4 m (B2) 2个带宽与9 cm (P1)、11 cm (P2)、14 cm (P3)、18 cm (P4) 4个株距对大豆物质积累分配、籽粒灌浆和产量的影响。结果表明, B2带宽下各株距处理的净光合速率均高于B1, 其2年平均值在B2下较B1增加14.26%; 相同带宽下净光合速率在B1P4和B2P4达到最大, 开花期较B1P1和B2P1增加13.57%和25.21%。2个带宽下大豆群体物质积累均随株距增加呈先增后减的趋势且分别在B1P3和B2P2下达到最大, 完熟期B2较B1增加9.82%~22.08%。同时, 带宽与株距的增加促进了大豆花后物质的积累与向籽粒的转移, 与B1相比, B2处理使大豆花后干物质积累量与干物质转移量分别增加13.82%~28.01%和13.38%~37.76%, 籽粒物质积累占比增加到41.80%~44.26%。物质积累的增加改善籽粒灌浆过程, B2带宽下籽粒灌浆活跃期(D)较B1延长2~3 d; 2种带宽下平均灌浆速率均在P4达到最大且分别较P1增加5.80%和6.58%。产量结果表明, 大豆-玉米带状间作模式中, 带宽和株距的增加降低了群体有效株数, 增加了单株粒数和百粒重; B2带宽下的大豆产量较B1增加22.32%~36.87%, 2个带宽下分别在B1P3和B2P2达到最大值, 2年间较B1P1和B2P1增加17.83%~26.44%和10.71%~10.76%。综上所述, 2.4 m带宽下大豆株距为11 cm时能有效改善大豆花后干物质积累和分配, 促进籽粒灌浆, 增加单株粒数和百粒重, 提高大豆群体产量, 实现大豆-玉米带状间作系统的高产高效。

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