大豆根瘤固氮分子机制研究取得新进展

大豆根瘤共生固氮是一个非常重要的科学问题,也是一个关乎大豆产量和品质的重要农艺性状。最适的结瘤数量是决定最佳固氮效率的关键因子。已有结果发现结瘤因子诱导的信号转导途径和大豆超结瘤的自主调控途径控制最适结瘤数量。但是两个途径互作的分子机制还不清楚。中科院遗传与发育生物学研究所研究成果揭示     

花生杂交组合弗吉尼亚×西班牙花生杂交后代固氮能力的变异

提高共生固氮作用方法之一是增强寄主植物的固氮潜力。弗吉尼亚的花生(落花生Arachis hypcgacal)品种(密枝亚种ssp.hypogale密枝变种Var hypogala)和西班牙(spanish)类型(疏枝亚种ssp.fastigiataWaldron var.vulgaris.Harz)品种的固氮能力不同.本试验的目的是测定一个从弗吉尼亚品种和一个西班牙品种杂交所得的高代杂种中的固氮指标性状的变异和相互关系.由弗古尼亚品种、NC_(?)和西班牙选系922杂交得来的F_5和F_6代中的30个F_2家系的固氮活力指示性状的变异作了研究.试验分两年在两地进行,试验中取样三次,分别测定亲本品系和F_2家系的根瘤数,根瘤重用乙炔还原法测定固氮酶活性,专化固氮酶活性及茎叶重。果重在成熟期最后取样测定。品种NC_6,除专化固氮酶活性外,所有测定性状都优于922品系.各家系中观察到大多数性状都存在着显著的差异。根瘤数、根瘤重、固氮酶活性,茎叶重及果重的广义遗传力估算从中到高,这就表明在这样的群体中优良的基因型是能够而且容易被鉴定出.根瘤数和根瘤重相互间和固氮酶性间均呈正相关,这就表明仅仅测定固氮酶即可鉴定优良家系.阅氮酶活性的表现型和基因型相关同茎叶重的关系都显著,在各次取样期及其环境条件下,其基因型的相关系数的范围从0.66—0.89.但是,固氮酶活性和产量的相关值较小(F_5为0.36,F_6为0.57,世代间为0.47),这表明固氮酶活性对荚果重的影响比对茎叶重要小。因此,选择具有较大固氮能力的家系是可能的,而且将导致对产量的间接选择.     

“富思德”根瘤菌剂在花生上的应用试验

根瘤菌剂接种花生后．便与花生植株体形成了良好的共生结瘤固氮体系,能将空气中的分子态氮转变为化合态氮,供给根瘤和花生植物利用,它可以为豆科植物提供所需氮量的30％～66％（周平贞,胡济生,1990）。土壤中有效根瘤菌的数量是决定豆科植物产量的重要因素,而根瘤菌剂的使用可以有效地提高土壤中的根瘤菌数量（管凤贞等,2012）。     

种间距对不同结瘤特性套作大豆根瘤生长及固氮潜力的影响

为充分挖掘套作大豆的固氮潜力,本试验以玉米/大豆带状套作系统为对象,研究了不同玉豆间距(30 cm、45 cm、60 cm和75 cm)下不同结瘤特性大豆品种(贡选1号、桂夏3号和南豆25号)的根瘤生长及固氮潜力差异。结果表明,与单作相比,带状套作可延缓大豆根瘤数目和鲜重峰值出现的时间:玉豆间距60 cm处理下,各品种大豆根瘤数目和鲜重显著高于其他间距处理,并在达到峰值期后高于单作大豆;品种间表现为:南豆25号>桂夏3号>贡选1号。带状套作相对于单作会降低始粒期(R5)前大豆根瘤的单株固氮潜力,但玉豆间距60 cm处理下, R5期贡选1号、桂夏3号和南豆25号的单株固氮潜力2年平均较单作提高8.53%、16.40%和13.70%。不同大豆品种根瘤侵染细胞内含物积累过程差异较大,相较单作,玉豆间距60cm处理下,R5期类菌体数量增多,其中聚-β-羟基丁酸盐颗粒(PHB)增加,以南豆25号表现最优。因此,带状套作下适宜的种间距(玉豆间距60cm)可增加R5期大豆根瘤数目和鲜重,提高大豆根瘤类菌体和PHB的数量,增强大豆根瘤的固氮潜力,以强结瘤品种南豆25号效果最好。     

缺硼对大豆植株生长和根瘤固氮活性的影响

以普通结瘤大豆Ｂｒａｇｇ ｃｖ．（Ｇｌｙｃｉｎｅ ｍａｘ（Ｌ．）Ｍｅｒｒ．）及其超结瘤突变体ｍｔｓ３８２为试验材料,用营养液培养方法研究了缺硼对大豆植株生长和根瘤固氮作用的影响,结果表明,在缺硼条件下,植株根系生长受到抑制,变粗变短,颜色加深;地上部生长点坏死,使植株长得矮小,干重降低;根系结瘤能力和根瘤固氮活性明显下降,说明硼不仅对维持植株的正常生长,同时对根瘤的形成及其固氮活性都起着重要作用。     

不同营养元素对共生固氮潜力影响的研究进展

生物固氮是一个全球性的战略课题,而共生固氮又是生物固氮的主体部分,因此研究豆科植物－根瘤菌共生固氮体系（根瘤）的固氮潜力具有重要意义。本文介绍了大量营养元素和微量营养元素对根瘤固氮潜力的影响的研究现状和主要进展,阐述了各营养元素影响根瘤固氮潜力的机制,并对根瘤固氮潜力研究的前景进行了展望。     

大豆蛋白含量主效位点qPRO-20-1的精细定位

蛋白质含量是大豆重要的品质性状,受多基因控制,定位大豆蛋白质含量相关位点并挖掘候选基因,对定向培育高蛋白含量大豆品种具有重要意义。本研究以优良品种黑农88作为母本与高蛋白优异种质P73-6B作为父本杂交,构建了一个由265个单株组成的F₂群体,利用中豆芯1号对F₂群体进行基因型鉴定并构建图谱,结合蛋白质含量表型数据,采用IciMapping 4.2软件在20号染色体上定位了一个QTL,物理距离为2.46 Mb,在区间附近筛选出11个多态性SSR标记并分析群体,将定位区间从2.46 Mb缩小至100.8 kb。增加Gm20＿28349696、Gm20＿30805913、Gm20＿31341532和Gm20＿31483719共4个SNP位点,进一步将区间缩小到95.8kb。对区间内包含的4个基因的9个不同组织在Phytozomev13.1和PPRDRNA-seq2个数据库中的表达量分析得到了2个候选基因,分别为Glyma.20g081800和Glyma.20g082000基因,本试验结果为大豆蛋白质含量基因克隆及蛋白质调控机制研究提供了理论基础,...     

缺磷对已结瘤大豆生长和固氮功能的影响

磷对大豆生长起着非常重要的作用,然而区别磷在大豆生长和根瘤功能中的影响非常困难。为阐明根瘤形成后缺磷对大豆植株生长和固氮功能的影响,采用水培方法,营养液中供给正常磷酸盐浓度(30 µmol L^-1)条件下,待根瘤形成后,将营养液中的磷水平分别转换为0 µmol L^-1 (无磷)和4 µmol L^-1 (缺磷),研究缺磷对大豆生长和结瘤固氮的影响。结果表明,大豆根瘤具有固氮功能后,进行营养液中不同浓度的磷酸盐处理,从处理第9天开始,缺磷对大豆生物量的影响才表现出来,而缺磷对根瘤形成和生长的影响从处理开始就比较明显。处理第9天,无磷、缺磷和正常磷处理根瘤数比处理第3天分别增加11.8%、15.4%和20.0%,单位植株豆血红蛋白含量和单位根瘤豆血红蛋白含量都随磷浓度增加而增加。该结果表明,在保证大豆形成一定数目的根瘤后,缺磷会明显影响根瘤生长和固氮能力。     

玉米种子休眠性的QTL定位

选用两个种子休眠性差异较大的普通玉米自交系R08与A318组配的F2群体共331个单株,构建了包含137个SSR标记的分子遗传连锁图谱,覆盖玉米基因组2 076.7 cM,平均图距15.2 cM。采用复合区间作图法对F_2:3家系种子休眠性数据进行分析,共检测到7个QTL,分别位于玉米第1、3、5和10染色体上。7个QTL的贡献率在2.45%~26.     

施氮对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响

采用框栽试验研究了施氮对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响,结果表明,施氮对大豆根瘤形成、生长和固氮能力有显著影响,随着N用量的增加,根瘤干质量、根瘤数量呈现先逐渐增加而后降低的趋势,而固氮酶活性和豆血红蛋白含量则表现为持续下降的趋势,适量施氮对根瘤生长有显著的促进作用,当氮素供应不足时则会抑制根瘤的生长,但当氮素供应过量时也会抑制根瘤的形成.从根瘤干质量和根瘤数量来看,各处理间表现为N100>N200>N50>N25>NO,以N100处理下根瘤干质量最大,根瘤数量最多,显著高于不施氮(N0)和其他施氮处理,从不同生育时期来看,根瘤干质量表现为从苗期到花期再到鼓粒期,大豆根瘤的数量呈现出先明显增加后逐渐减少的趋势,高峰出现在花期,而根瘤数量表现为花期>苗期.施氮显著抑制了固氮酶活性和豆血红蛋白含量,随施氮水平的增加,固氮酶活性和豆血红蛋白含量显著降低,表现为NO>N25>N50>N100>N200,表明施氮使大豆根瘤的固氮效率显著降低,因此,从大豆固氮效率来讲,施氮对大豆根瘤固氮具有抑制作用.方差分析结果表明,施氮和不施氮处理间均达到了5%的差异显著水平.因此,从大豆固氮和氮肥施用平衡的角度来看,应适量施用氮肥,既可以充分利用大豆的固氮功能,节约氮肥,又可以获得较高的产量.     

科技

华中农业大学在豆科植物共生固氮研究上取得新进展近日,植物学权威期刊《植物细胞》在线发表了华中农业大学农业微生物学国家重点实验室张忠明课题组豆科植物共生固氮方面的最新研究结果,该研究利用蛋白质相互作用等技术,在模式豆科植物中克隆到一个调控根瘤菌共生信号及根瘤形成的关键基因     

花生SSR标记与农艺性状的相关性

以农家品种四粒红和冀农黑3号构建的包含有251个家系的重组自交系(RIL)群体为材料, 在保定市和邯郸大名县两地进行表型鉴定, 利用Pearson’s相关和逐步多元回归分析了花生农艺性状之间及其与标记的相关性。结果表明, 多数农艺性状间存在显著或极显著相关, 其中相关性最高的为单株生产力和单株仁重(r=0.970), 其次是主茎高和第一侧枝长(r=0.918); 77对SSR标记与18个农艺性状显著相关, 每个性状相关标记数在2~16之间; 14个SSR标记与13个农艺性状关联, 解释的表型变异为5.2%~11.5%。以上结果为今后花生的常规育种和分子标记辅助选择奠定了基础。     

玉米抗甘蔗花叶病毒QTL的初步研究

以黄早四(抗)×掖107(感)的F2分离群体(184个单株)为作图群体, 构建了具有65个SSR标记位点的遗传连锁图谱, 覆盖玉米基因组1333.3 cM, 标记间平均距离20.5 cM. 通过人工接种鉴定评价184个F3家系对SCMV引起的玉米矮花叶病的抗性反应. 采用复合区间作图法对抗病数量性状位点(QTL)进行定位及遗传效应分析, 结果共检测到3个QTLs,     

花生荚果与种子相关性状QTL定位及与环境互作分析

花生荚果、种子性状与产量紧密相关,是重要的农艺性状。为挖掘与荚果、种子性状紧密连锁的分子标记,本研究以大果品种冀花5号和小果美国资源M130组配衍生的315个家系RIL8群体为材料,利用SSR、AhTE、SRAP和TRAP等标记构建了一张包含363个多态性位点的遗传连锁图谱。该图谱共包含21个连锁群,总长为1360.38 cM,标记间平均距离为3.75 cM。利用完备区间作图法对2017—2018年5个环境的荚果、种子相关性状进行数量性状基因座(quantitativetraitlocus,QTL)分析,共鉴定到97个与荚果、种子性状相关的QTL,可解释的表型变异为2.36%～12.15%,分布在A02、A05、A08、A09、B02、B03、B04、B08和B09等9条染色体上。其中, 9个与荚果长相关, 13个与荚果宽相关, 14个与荚果厚相关, 11个与种子长相关, 14个与种子宽相关, 13个与种子厚相关, 13个与百果重相关, 10个与百仁重相关; 4个主效QTL分别为qPWA08.1、qPTA08.3、qPTA08.4和qSWB08.5,可解释的表型变异分别为10.02%、11.06%、12.15%和11.97%;45个稳定表达的QTL在3个以上环境可被重复检测;连锁群A02、A08、B02、B04和B08上存在QTL聚集区。另外,检测到15对上位性QTL,可解释的表型变异为10.23%～51.84%。研究结果将为花生荚果、种子性状的分子标记辅助育种提供重要的理论依据。     

花生含油量的遗传基础与QTL定位研究进展

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。     

玉米抗矮花叶病QTL定位

利用玉米自交系X178（抗）和B73（感）组配的F2群体（234个单株）,构建了包含249个SSR和AFLP标记位点的遗传连锁图谱,图谱全长1 659.3 cM,平均图距6.58 cM。采用人工接种法对216个F3家系在苗期、拔节期和抽雄期分别进行玉米矮花叶病的抗性鉴定。应用复合区间作图法分析抗病QTL与基因效应。结果表明,在3个发育阶段检测到的     

花生重组近交系群体的遗传变异与高油种质的创新

花生是世界上食用植物油脂的重要来源之一, 提高含油量是花生育种的重要目标。以不同遗传背景的亲本远杂9102与中花5号杂交构建的花生重组近交系(recombined inbreed lines, RIL)群体, 进行含油量的系统测试和DNA多样性分析。结果表明, RIL群体家系的含油量范围(50.85%~62.11%)大于两个亲本的差异, 最高含油量家系比高油亲本中花5号高5个百分点以上。通过SSR技术分析RIL群体的DNA多样性, 发现家系间存在较大的遗传变异, 杂交重组产生的超亲高油种质分布在不同类群中, 含油量高低与荚果大小和青枯病抗性无明显连锁关系。鉴定获得了3组SSR遗传距离为0、含油量和主要农艺性状相似但青枯病抗性不同的家系。农艺性状和抗病性等鉴定试验筛选出了3份含油量高、农艺性状优良、高抗青枯病的新种质并已进入品种比较试验。     

利用SNP芯片结合BSA的方法定位花生黑色种皮颜色基因

种皮颜色是花生的重要农艺性状。本研究利用粉红种皮×黑种皮的两个分离群体(WH10/YH29,GT-C20/YH29)的F_(2:3)家系,分别构建了粉红色和黑色种皮的极端池,并利用花生二代SNP芯片(Axiom_Arachis2, r2)结合集群分离分析法(bulked segregate analysis, BSA)对花生黑种皮基因进行了定位研究。SNP芯片检测和生物信息学分析结果表明,控制花生黑色种皮的基因定位在Arahy.10染色体。在Arahy.10染色体上,总共146 (82%)的SNP位点富集在10～29 Mb和70～109 Mb两个区间内。生物信息学分析表明,在这两个区段内有5个SNP位点在外显子区,全部位于70～109 Mb区间。此外,本研究还在70～109 Mb内筛选到一个与黑种皮性状紧密连锁的SSR标记pTsaSSR107.16,表明该区间可能包含控制花生黑种皮的基因,该结果将为花生黑色种皮基因的精细定位提供参考。另外,本研究结果还表明SNP芯片结合BSA分析可以作为花生基因初定位的工具,其推广和应用将促进花生基因定位的研究进程。     

大豆品种郑97196抗疫霉病基因RpsZheng精细定位

大豆疫霉病是由大豆疫霉引起的一种重要大豆病害,可造成严重的经济损失。种植含有抗疫霉病基因的大豆品种是控制该病害最有效的途径。前人在大豆品种郑97196的3号染色体上鉴定了一个抗疫霉病基因RpsZheng。本研究的目的是验证幵精细定位抗疫霉病基因RpsZheng。以Williams和郑97196杂交衍生的188个F_(2:3)家系为作图群体,用大豆3号染色体上的SSR标记构建RpsZheng遗传连锁图,获得与RpsZheng紧密连锁的侧翼SSR标记SattWM82_39 (2.5 cM)和BARCSOYSSR_03_0269 (1.0 cM)。基于亲本间全基因组重测序数据鉴定和开发多态性InDel标记,进一步将RpsZheng候选区域缩小至105.2 kb,通过检测RpsZheng候选区域内的共分离标记特异性,获得了能够有效检测RpsZheng的分子标记WZInDel11。本研究明确了RpsZheng的候选基因组区间,鉴定出了能够有效用于基因功能研究和辅助选择育种的共分离分子标记。     

天府花生骨干亲本及其衍生品种的遗传和变异

天府花生品种是四川盆地主要的花生栽培品种,为明确各品种间的遗传和变异,我们对天府花生骨干亲本伏花生和罗江鸡窝及其37份衍生品种进行了表型性状考察及SSR引物扩增。14个表型性状中,百果重的标准差值最大,为19.98,存在较丰富的遗传变异;单株分枝数、二次分枝数、果数、果重和亚油酸含量5个性状的变异系数大,分别为20.68%、54.35%、21.47%、23.34%、15.02%,遗传分化显著。13对伏花生特有带型和15对罗江鸡窝特有带型中,分别有9对和6对引物特征带在各自衍生品种中遗传频率超过50%,遗传率较高。用77对具多态性的引物扩增,共扩增出229条多态性条带,每对引物产生1～6条,引物平均扩增2.97条。表型聚类和基于SSR标记的聚类中,聚类总趋势一样。这些结果提示我们天府花生骨干亲本及其衍生品种遗传差异较小,遗传基础较窄,在四川花生未来的育种中需引进更多优良性状的花生资源作为育种亲本。