【目的】生育期相关性状是玉米育种研究的重点之一。作为重要的生育期性状,开花期(抽穗期、吐丝期和散粉期)的提前,可保证玉米充分脱水,适宜机收;也为中国黄淮海地区小麦-玉米一年两熟耕作模式下的小麦播种减轻压力。转录因子是转录水平基因表达调控的重要上游因子,对目标基因发挥转录激活或转录抑制的作用。在全基因组水平上解析转录因子对玉米开花期的调控作用,获得开花期提前且不影响产量的玉米转录因子单倍型组合,进而挖掘优异种质资源,可为培育开花期适宜的玉米育种研究提供基因资源。【方法】使用候选基因关联分析方法,对开花期相关转录因子及显著SNP进行分析;并利用DAP-seq技术捕获了关键转录因子的结合位点和下游基因;随后对转录因子调控的下游基因进行GO分析,探究转录因子通过影响其下游基因对开花期进行调控的基因网络。【结果】玉米开花期3种性状(吐丝期、散粉期、抽穗期)中,与吐丝期和抽穗期性状以及吐丝期和散粉期性状同时关联的转录因子显著SNP均为75个,与抽穗期和散粉期性状同时关联的显著SNP为128个,同时关联到3种表型的显著SNP为58个。表明开花期3种性状可能受相同的转录因子调控。选取含有3个及以上开花期相关显著SNP的转录因子基因,通过DAP-seq,捕获了这些转录因子结合的关键基序及调控的下游基因。转录因子结合的下游基因显著富集于转录因子活性、DNA结合、RNA结合、有机氮化合物的合成代谢过程、与生殖有关的发育过程等;不同的转录因子存在共同调控的下游基因,生育期相关性状关键调控性转录因子为ARF、MYB和NAC。对关键上游转录因子进行单倍型分析,发掘了玉米生育期提前,同时对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。【结论】运用DAP-seq技术并结合前人研究绘制了全基因组水平上转录因子对生育期相关农艺性状的调控网络,并发掘了既提前玉米生育期又对产量无负向影响的转录因子最优单倍型组合。

【目的】全基因组水平鉴定并解析玉米Dof(DNA binding with one finger)基因家族。【方法】基于玉米V3基因组数据鉴定玉米Dof基因家族,并从基因的结构、系统发育关系、染色体的位置分布、玉米不同组织和不同生理发育阶段基因的表达谱以及在充足氮(sufficient nitrogen,SN)和低氮(limiting nitrogen,LN)条件下V3期叶组织基因的差异表达5个方面分析玉米Dof基因家族。【结果】玉米参考基因组中存在46个Dof结构域基因,命名为Zm V3Dof1—Zm V3Dof46。通过系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为8个亚类(Subgroup)S...

【目的】根系作为植株吸收水分和养分的重要器官,对玉米生长及产量的形成至关重要。研究玉米根系结构的遗传机制指导玉米高产育种实践。【方法】以111份玉米优异自交系为材料,于2017年在北京、陕西永寿、山西定襄和河南原阳4个环境下对玉米地下节根层数(RLN)、地下节根总条数(TRN)、地下节根角度(RA)、地下节根面积(RS)、地下节根体积(RV)和地下节根干重(RDW)等6个玉米根系相关性状进行调查。取4个环境的平均值作为6个根系相关性状的表型数据,对6个相关性状进行统计分析和相关性分析,对不同年代、不同类群自交系的地下节根相关性状进行差异分析。基于该群体全基因组152 352个高质量SNP标记,利用FarmCPU模型进行全基因组关联分析获得显著关联SNP位点,并在LD衰减距离范围内查找候选基因,对候选基因的功能进行富集分析。【结果】表型分析表明,6个地下节根性状均呈现正态分布,且均显示出较高的遗传力;相关性分析结果表明,地下节根层数和总条数均与地下节根角度和面积呈负相关,地下节根的角度、面积、体积和干重等4个性状之间相互呈现显著正相关关系;不同年代的玉米地下根系结构存在差异,地下节根层数和总条数在年代的更替间表现出下降的趋势,地下节根角度和面积在年代更替间表现出上升的趋势,根干重和根体积在各年代间无显著差异;玉米地下根系结构在类群间也存在差异,旅大红骨类群的6个地下节根性状值均高于其余类群。全基因组关联分析共检测到26个SNP位点与地下节根层数、总条数、体积和干重性状显著关联(P<0.00001),其中11个显著关联位点定位于前人报道的根系QTL区间内,2个显著关联SNP在地下节根层数和总条数中均被检测到。基于显著关联SNP位点共挖掘到177个候选基因,其中135个具有功能注释,Zm00001d037368可能为控制地下节根层数和总条数的一因多效候选基因。候选基因功能的富集分析结果显示,候选基因的功能主要涉及植物体内的代谢调节、应激反应、运输活性、催化活性、结合蛋白及细胞成分等。【结论】玉米自交系的根系结构在不同年代间和不同类群间存在不同程度的差异,采用全基因组关联分析策略挖掘控制玉米根系结构的相关遗传位点及候选基因,共检测到26个显著关联的SNP位点。

【目的】全球气候变暖背景下，极端高温频发将会对农作物生产造成潜在威胁，因此，基于多种高温指标综合评估作物生长季高温时空分布特征对制定有效的灾害风险管理和适应措施至关重要。【方法】以我国玉米潜在种植区为研究区域，基于第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project,CMIP6）中2个共享社会经济情景（Shared Socioeconomic Pathways,SSP1-2.6和SSP5-8.5）下1981—2060年的逐日最高气温资料和玉米生育期资料，分析了基准时段（1981—2014年）和未来（2015—2060年）玉米开花期高温强度（HSI）、高温持续时间（AHSD）和累积高温度日（HDD）的时空变化特征。【结果】1981—2014年玉米开花期HSI、AHSD、HDD在黄淮海夏玉米区和西北灌溉玉米区最大（区域均值分别为32.3和33.8℃、8.4和9.8 d、22.9和40.3℃·d）。受气候变暖影响，未来气候情景下，特别是在SSP5-8.5气候情景下，我国玉米开花期高温发生范围扩大、强度增加，HSI和AHSD增加最大的区域为北方春播玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下，HSI的增加趋势分别为0.97和1.16℃·(10a)~(-1),AHSD的增加趋势分别为0.73和1.11 d·(10a)~(-1)。全区HDD增加最大的区域为黄淮海夏玉米区，SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下增加趋势分别为2.68和5.26℃·d·(10a)~(-1)。【结论】未来我国玉米开花期高温发生范围将扩大、强度将增加；且应重点关注黄淮海夏玉米区和北方春播玉米区的开花期高温，前者主要由于基础温度高，后者主要由于增温幅度较大。可通过选用抗高温品种、调整播种窗口、采用水肥及化学调控等综合措施降低高温威胁。

【目的】确定玉米大斑病菌转录因子StSte12在基因组中的位置,分析目的蛋白质StSte12的结构特征;明确StSTE12在病菌不同发育时期的表达情况;筛选可能受StSte12转录因子调控的基因,分析其匹配序列的结构特征,并比较它们在病菌的中表达情况。【方法】利用生物信息学方法,确定StSte12在玉米大斑病菌基因组中的位置并解析目的蛋白质StSte12的结构特征;利用Western blot技术分析StSTE12在病菌不同发育时期的表达规律;根据酿酒酵母Ste12转录因子的下游调控基因,筛选病菌中可能受StSte12调控的功能基因;并利用生物信息学方法得出下游调控基因的结合位点;利用RT-P...

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;

大斑病是一种世界性玉米叶部病害,可造成玉米产量严重降低,其致病菌大斑刚毛座腔菌(Setosphaeria turcica)可在叶片形成坏死斑,影响玉米品质并造成严重经济损失。效应分子在植物病原真菌对植物侵染过程中发挥着重要作用。根据玉米大斑病菌Et28A菌株全基因组信息,利用Signal P、TMHMM、Protcomp、big-PI Predictor和TargetP生物信息学软件和预测程序对玉米大斑病菌中11698条蛋白序列进行候选效应分子预测,再通过对上述蛋白半胱氨酸含量、信号肽长度及冗余性分析,获

【目的】通过对水稻抽穗开花期耐热性的遗传研究,为水稻耐热种质资源的利用及分子标记辅助选择育种提供理论和实践依据。【方法】以2个籼稻品种T219(对高温敏感)和T226(耐高温)为亲本构建的202个株系的重组自交系(RILs),利用人工气候室进行了2年的高温处理试验,对RILs在抽穗开花期的耐热性状进行了主效应QTL以及QTL上位性分析。【结果】利用181个在亲本间具有多态性的SSR标记,构建了覆盖水稻全基因组1559.6cM、标记间平均距离为8.3cM的遗传连锁图谱。2年共检测到7个抽穗开花期耐热性主效应QTL以及7对上位性QTL。2004和2005年分别检测到3个和4个QTL,共解释29%和...

【目的】筛选与玉米粒长紧密关联的SNP标记和候选基因，为分子标记辅助选择籽粒较长的玉米材料及克隆相关的功能基因奠定基础。【方法】以80个核心玉米自交系作为关联群体，在2014年和2015年分别将其种植在吉林省长春市和梅河口市，收获后考种。同时采用Illumina Hiseq PE150高通量测序仪对关联群体进行全基因组重测序，将获得的高质量SNP标记用于后续玉米粒长的全基因组关联分析。【结果】不同玉米自交系的籽粒长度遗传变异较大，广义遗传力为83.67%，说明该性状主要受到遗传因素的控制。经过全基因组关联

【目的】玉米株型性状与植株产量、光合效率、抗倒性等密切相关,是理想株型设计育种的基础,通过对玉米多个株型相关性状进行全基因组关联分析,构建玉米理想株型,为抗倒伏、耐密性的玉米新品种选育提供理论基础。【方法】以284份温带、亚热带和热带材料组成的关联群体为研究对象,在郑州与浚县2个环境下对玉米总叶片数(LN)、穗上叶片数(LNAN)、穗上叶片数与总叶片数比值(LNAN/LN)、株高(PH)、穗位高(EH)、穗位高与株高的比值(EH/PH)等6个玉米株型相关性状进行调查,借助覆盖玉米全基因组约56万个SNP标

为了阐明雄穗长的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用289份常用玉米自交系为试验材料,在自然条件下测量并分析玉米的株高、穗位高、雄穗柄长与雄穗长的相关性,并利用全基因组关联分析对雄穗长进行初步定位。结果表明,玉米雄穗长与3个农艺性状呈显著相关或极显著相关,其中与雄穗柄长关联最密切,相关系数最高达到0.717。同时共定位出13个与玉米雄穗长相关的标记位点,分别位于Bin1.05、Bin7.02、Bin8.03、Bin10.05处。采用全基因组关联分析的方法发掘雄穗长基因位点及候选基因,对揭示雄穗的遗传机理

为了阐述玉米叶夹角的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用289份常用玉米自交系为试验材料,在自然条件下测量玉米穗上叶夹角,对其进行性状分析,结果表明,各个环境的穗上叶夹角数据呈正态分布,并且各个环境间的数据呈极显著正相关。同时采用MaizeSNP50基因芯片进行基因分型,利用R平台下的farmCPU对叶夹角进行全基因组关联分析。在4个环境中共检测到42个与玉米叶夹角显著关联(P

碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子蛋白是一类在动植物及微生物中结构和功能均具有保守性的转录调控因子，为明确bZIP类转录因子在植物病原真菌中的功能及作用机制，进一步确定其与病菌生长发育及致病性的关系，以玉米大斑病菌01-23为材料克隆得到了StbZIP9基因(GenBank No.XM＿008032179.1),StbZIP9是bZIP转录因子家族成员之一，对该基因结构及蛋白质特征分析结果显示，该基因全长788 bp,开放阅读框为726 bp,编码241个氨基酸，其编码蛋白包含一个在真菌中高度保守的同源结构域BRLZ;对该基因在病菌生长发育及侵染宿主过程的RNA-seq数据进行分析，发现与菌丝时期相比StbZIP9在附着胞和芽管时期表达量升高2～4倍，在侵染玉米叶片24,72 h后基因表达从无到有且持续升高，表明StbZIP9与附着胞发育和芽管形成相关联并在病菌侵染宿主细胞过程中发挥重要作用；进一步利用生物信息学技术预测其结合保守基序及调控的靶基因，结合基序为NNTWACGTNN,包含bZIP类转录因子识别核心序列ACGT,并根据该序列预测StbZIP9下游靶基因，结合RNA-seq数据进行表达模式分析得到4个下游靶基因(JGI数据库中蛋白ID分别为：132893、163024、162798、40466),功能注释表明，其参与细胞壁组分聚合和运输、侵染宿主、孢子休眠等多种生物过程。为进一步阐明其在参与调控病菌侵染寄主的分子机制提供依据。

以冀豆12为母本,冀nf 58为父本通过杂交构建包含175个家系的F9:11重组自交系群体为试验材料。采用134个SSR标记,利用Kosambi函数绘制了一张包含117个标记,长度为1 373.6 cM的遗传图谱。运用QTL Cartogra-pher v2.5软件的复合区间作图法(CIM)和QTL Network 2.0软件的基于混合线性模型的区间作图法(NWIM)同时检测到2个控制开花期性状的QTL。其中,qFTO-1定位在O连锁群标记区间Satt581～Sat_190内,加性效应值分别为2.49和2.02,增效基因来自nf 58,贡献率最高为27.2%;qFTC2-1定位在C2连锁群标记...

【背景】开花期是大豆重要的生育期性状,不仅决定了大豆品种的适种范围,而且对大豆的产量和品质有重要影响。江淮地区是中国重要的大豆产区,目前对该地区夏大豆开花期性状遗传基础研究相对较少。【目的】利用2个夏大豆材料杂交衍生的重组自交系群体对开花期进行QTL定位,为分子标记辅助选择育种和基因克隆提供依据。【方法】以科丰35(KF35)和南农1138-2(NN1138-2)为亲本,构建了含91个家系(F2:8)的重组自交系群体(NJK3N-RIL),在6个环境下调查开花期性状数据。利用限制位点相关DNA测序(restriction-site associated DNA sequencing,RAD-seq)技术对群体亲本及家系材料进行SNP标记分型,并利用窗口滑动法进行bin标记划分。利用bin标记构建该群体的遗传图谱,结合多年多点的表型数据,使用QTL Network 2.2软件中的基于混合线性模型的复合区间作图法(mixed-model based composite interval mapping,MCIM)和Windows QTL Cartographer V2.5_011软件中的复合区间作图法(composite interval mapping,CIM)对开花期性状进行QTL分析。【结果】在大豆全基因组范围内共获得36 778个高质量SNP标记,被划分为1 733个bin标记。利用1 733个bin标记构建了一张覆盖大豆20条染色体遗传图谱,图谱长度为2 362.4 cM,标记间平均遗传距离为1.4 cM。利用MCIM法共检测到9个控制开花期的加性QTL、2对上位性QTL和1个环境互作QTL,3种效应累积贡献率分别为63.9%、4.6%和2.1%。利用CIM法共检测到10个控制开花期的QTL,其中qFT-8-1、qFT-11-1、qFT-15-1、qFT-16-1能在3个及以上环境检测到。综合2种分析方法,共检测到12个开花期QTL,其中qFT-8-1、qFT-11-1、qFT-15-1、qFT-16-1、qFT-16-2、qFT-20-1和qFT-20-2等能够被2种方法检测到。同时qFT-5-1、qFT-8-1、qFT-8-2、qFT-13-1、qFT-15-1和qFT-20-2等是本研究新检测到的开花期QTL。【结论】夏大豆开花期遗传构成复杂,但加性QTL效应占绝对优势,上位性互作及环境互作效应对开花期影响较小。qFT-8-1、qFT-11-1、qFT-15-1、qFT-16-1能够被2种方法在多个环境中检测到,是NJK3N-RIL群体中控制开花期的重要位点。