烟草白粉病抗性连锁分子标记开发及育种利用

  目的  提高烟草白粉病抗病育种效率,有效防止抗性丢失。  方法  通过烟草种质资源白粉病抗性鉴定获得抗源材料,利用F2和BCF1分离群体进行白粉病抗性遗传规律和分子标记连锁分析,开发与烟草白粉病抗性紧密连锁的分子标记。  结果  获得白粉病抗源材料2份,分别为台烟7号和KE1,其中台烟7号的白粉病抗性符合双基因隐性遗传规律。根据抗感亲本的NtMLO基因的差异开发了分子标记,利用分离群体证明该标记与白粉病抗性共分离,并应用于主栽品种的抗性回交改良。  结论  开发了与烟草Ntmlo白粉病抗性共分离的分子标记,可显著提高烟草白粉病抗病育种效率。      

烟草种质资源抗马铃薯Y病毒病基因型鉴定

  背景和目的  从作物种质资源中进行等位基因鉴定,特别是优异等位基因的发掘和应用,是使种质资源加速转变为基因资源的关键所在。  方法  采用苗期汁液摩擦接种的方法,对烟草种质资源的马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）抗病性进行鉴定;通过烟草隐性抗PVY基因eIF4E1（又称为感PVY基因eIF4E1）等位性测验、等位基因分子标记检测和RT-PCR扩增测序,对PVY抗病资源进行基因型分析。  结果  （1）从收集到的900多份来自国内外的烟草种质资源中筛选出19份高抗PVY资源。（2）根据等位性测验结果推断19份抗源所具有的PVY抗性均由eIF4E1基因所控制。（3）等位基因分子标记检测和RT-PCR扩增测序结果将19份抗源的eIF4E1基因区分为4种突变类型。  结论  本研究结果丰富了我国对抗PVY烟草种质资源的筛选和利用的内容,为后续烟草PVY抗性优异等位基因的发掘和育种利用提供了基础材料和信息支撑。      

沉默2b基因获得抗黄瓜花叶病毒(CMV)的转基因烟草

  目的  本研究利用dsRNA技术沉默2b基因,获得烟草品种云烟85的T₁代转基因抗CMV株系。  方法  构建含有CMV 2b部分序列反向重复的植物表达载体pBIN-2b（r）-In-2b（i）,以农杆菌介导的叶盘法转化普通烟草（Nicotiana tabacum）品种云烟85。  结果  抗性筛选获得112株T₀代转基因阳性植株,接种CMV进行抗病性鉴定,发现有46株T₀代转基因植株表现为抗病,其他66株表现为感病。Tas-ELISA检测表明,T₀代抗病烟株的病毒积累量显著低于感病烟株。选取10个T₀代抗病株系繁殖,接种CMV鉴定T₁代抗病性,发现部分T₁代烟株发生一定比例的抗感分离,T₁代抗性株率为46.7%~100%。Real-time PCR检测T₁代烟株,发现T₁代抗病烟株CMV 2b基因RNA积累水平显著低于感病烟株。  结论  基于以上策略及实验,获得抗CMV转基因烟草株系。      

烟草根黑腐病抗性位点RBRR1的InDel分子标记开发与分析

  背景和目的  RBRR1是通过远缘杂交与回交导入栽培烟草的一个单显性广谱型根黑腐病抗病位点,为了开发基于该位点的简单高效稳定且成本低的紧密连锁分子标记。  方法  在已有酶切扩增多态性序列（Cleaved amplified polymorphism sequences, CAPS）标记相关序列基础上,利用云晒1号基因组与抗、感根黑腐病材料重测序信息,基于其序列插入/缺失（Insertion/Deletion, InDel）多态性设计抗病相关分子标记,并开展遗传效应和遗传变异分析。  结果  筛选到4对具有良好多态性的引物,在目标单株的分子标记辅助选择中具备便捷、高效且呈共显性的特点。遗传效应分析表明,通过分子标记辅助选择导入RBRR1位点能够极显著提高栽培烟草根黑腐病抗性。遗传变异分析结果显示,在烟草核心种质资源中仅有白肋烟TN90和SoTa2携带有RBRR1抗病基因,并发现4对引物在普通烟草自然群体中呈现2种基因型。  结论  RBRR1抗病位点在我国尚未进行广泛利用,具有较高的利用价值;而开发的4个InDel标记可用于该抗性位点的分子标记辅助选择育种和后续抗病基因的精细定位与克隆。      

烟草PVY隐性抗病基因的分子标记及其适用性

马铃薯Y 病毒(Potato virus Y,PVY)是危害烟草的重要病害, 种植抗病品种是经济有效的防治措施。分子标记辅助选择可提高抗病育种效率。来源于X-射线诱变的Virgin A Mutante(VAM) 的隐性抗PVY 基因位点(va)被广泛应用于烟草抗病育种。为了提高va 位点的育种利用效率, 根据烟草隐性抗PVY 基因(感病基因)eIF4E-1 基因序列, 设计特异扩增的引物CF2GR11,开发eIF4E-1 基因的分子标记, 并检测了该标记与抗性的遗传距离和在常见烟草资源中的适用性。CF2GR11 在云烟87、红花大金元和K326 等感PVY 品种可扩增出500 bp 产物, 在NC102、NC55 和K326PVY 等抗病品种无扩增条带。以抗、感PVY 亲本构建的101 个F₂ 单株为定位群体, 遗传连锁分析表明, CF2GR11 标记与烟草PVY 感病基因的遗传距离为0.99 cM。对46 份PVY 抗性明确的栽培烟草资源的检测表明, 供试资源的标记检测结果与抗性的吻合度为100%, 表明CF2GR11 标记适用性高。该目的基因标记可用于抗PVY 育种的辅助选择和抗PVY 资源的鉴定。      

抗TMV普通烟中N导入片段的特异分子标记开发与交换单株筛选

  背景和目的  N导入片段赋予烟草品种对烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）抗性,但同时带来产量低等连锁累赘,为了筛选减少连锁累赘的交换单株。  方法  以普通烟草中的N导入片段为材料,利用茄科作物基因组序列数据和比较基因组学方法,开发了特异扩增N导入片段的系列分子标记,通过分子标记在种质资源和分离群体中筛选交换单株。  结果  开发出23个N导入片段特异的分子标记,将携带N导入片段的普通烟种质划分为Coker176、Samsun NN和Xanthi nc三种长度类型。供试90份抗TMV的普通烟资源中,85份属于N导入片段长度相对较短的Coker176类型,未发现比Coker176更短的种质资源。利用N导入片段末端分子标记TN5.51,从不含N基因的K326、Y87、5F、HD与Coker176配置的4个回交分离群体的22572株抗TMV单株中,筛选到11株N导入片段交换单株,Coker176类型的N导入片段在普通烟中的交换频率为0.049%。其中24-8H等3个单株的N导入片段缩短约一半,具有减少连锁累赘的潜力。  结论  本研究获得了普通烟中N导入片段的系列分子标记和长度缩短一半的交换单株,为解析N导入片段连锁累赘的分子机理、减少连锁累赘奠定了基础。      

烟草白粉病抗性基因型的多重PCR检测体系及其在回交育种中的应用

为提高烟草白粉病隐性抗病基因（感病基因）NtMLO1（M1）和NtMLO2（M2）在分子标记辅助选择育种中基因型的选择效率,根据已报道的M1和M2突变基因序列,设计4对单基因特异性引物,组成2个双重PCR反应体系,分别用于同时扩增M1和M2突变型或M1和M2野生型等位基因。结果表明,建立的2个双重PCR体系扩增的特异性片段与单重PCR体系扩增的片段完全吻合,突变基因纯合体只在突变基因多重PCR体系中产生191和306 bp的特异性片段,野生基因纯合体只在野生基因多重PCR体系中产生437和652 bp的特异性片段,杂合体在2个反应体系中均有特异性片段。利用该体系可经过1次或2次PCR扩增准确检测出回交转育过程中回交或自交后代M1和M2的基因型,加快抗病品种育种进程。      

生防菌株LB-1对烟草白粉病的抑制效果及对病菌孢子萌发的影响

  目的  为检测近缘毛壳菌（Chaetomium subaffine）LB-1对烟草白粉病的抑制效果。  方法  以中烟90为供试烟草品种,分析了LB-1对烟草白粉病的抑制效果及对病菌分生孢子萌发的影响。  结果  LB-1菌悬液叶面处理对供试烟草盆栽苗和离体叶段白粉病的发生无明显影响,但LB-1发酵液叶面喷施盆栽苗和浸蘸处理离体叶段均能显著抑制烟草白粉病的发生,防效和抑制率分别为44.90%和53.11%;显微镜检发现,LB-1发酵液能够引起白粉病菌孢子的皱缩和畸形。  结论  近缘毛壳菌株LB-1可用于防治烟草白粉病。      

烤烟CMV抗性基因QTL定位

利用SSR 技术,在抗CMV 烟草中发掘与抗病基因紧密连锁的分子标记,目的是为抗病基因的定位克隆以及培育抗病新品种奠定基础。本研究以抗CMV 的烤烟品种台烟8 号、感病品种NC82 为亲本,构建BC₁ 代分离群体,对其进行抗性遗传分析。对分布于烟草24 条连锁群上的2317 个SSR 位点进行了多态性筛选,获得了62 个稳定多态性标记,利用这些标记对288 株BC₁群体分型数据,用WinQTLCart2.5 进行分析,找到一个与抗性相关的QTL,LOD 值为2.6。研究结论表明,台烟8 号对CMV 的抗性由多基因控制,标记53735 与抗性QTL 紧密连锁,遗传距离为0.1 cM,该QTL 位于10 号连锁群,贡献率为13%。     

五个烟草野火菌株的生理小种鉴定

  背景和目的  针对目前国内尚未以国际通行的抗性鉴别宿主区分烟草野火菌的生理小种, 首次基于抗性遗传规律鉴定了所收集野火菌株的生理小种归属。  方法  通过大田喷雾接种、温室浓度梯度接种、无损伤接种及同一叶片上的对比试验等4个平行试验, 将ATCC11528等5个野火菌株接种到黄花烟等6个不同抗源遗传背景的烟草上, 根据不同试验出现的不同病理反应对各野火菌株进行生理小种分类。  结果  所收集的5个野火菌株经多轮分子标签鉴定纯化, 可用于接种试验。野火菌株D151、ZD和M109、ATCC11528和W11分别被鉴定为0、1、3等3个小种。  结论  采用国际通行的抗性鉴别宿主和4个平行接种试验区分了5个野火菌株的生理小种归属。为培育野火菌小种专化抗病烟草和克隆烟草中小种专化抗病基因提供了重要基础。      

烟草野生种eIF4E1-S同源基因的多样性与马铃薯Y病毒抗性分析

[背景和目的]在栽培烟草中,真核生物翻译起始因子(Eukaryotic translation initiation factor 4E1,eIF4E1-S)的缺失或突变能够抗马铃薯Y病毒(Potato virusy,PVY)侵染.为了解烟草野生种eIF4E1-S同源基因的多样性和PVY抗性状况,预测野生种含有抗PVY...     

烤烟不同成熟度上部叶中抗性淀粉与淀粉组分的变化及其与基因表达的关系

  目的  为研究烤烟上部叶在成熟后期及烘烤过程中淀粉组分和抗性淀粉含量的变化。  方法  以烤烟品种云烟87上部叶为试验材料,分析不同成熟度鲜烟叶及其在烘烤过程中淀粉组分和抗性淀粉含量的变化,阐明抗性淀粉和淀粉组分的相关性,通过实时定量PCR探究不同成熟度烟叶中淀粉合成相关基因的表达模式。  结果  （1）随烟叶不断成熟,淀粉粒数量迅速变多、体积增大,烟叶变黄时,叶绿体开始解体,淀粉粒逐渐降解。（2）不同成熟度鲜烟叶中直链淀粉含量与支链淀粉含量:欠熟 > 适熟 > 过熟,而抗性淀粉含量差异不大;在烟叶衰老过程中,支链淀粉迅速降解,而直链淀粉和抗性淀粉缓慢降解。（3）在烘烤过程中,淀粉降解主要集中在变黄期。烘烤结束后,烤烟中未降解的淀粉约50%为抗性淀粉。（4）淀粉合成基因葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶小亚基3（AGPS3）、葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶大亚基（AGPL）、颗粒结合型淀粉合酶（GBSS）、可溶性淀粉合酶2（SS2）、1, 4-a-葡聚糖分支酶（SBE1）、2, 3淀粉分支酶2（SBE2）和异淀粉酶2（ISA2）在欠熟烟叶中的基因表达水平较高,随烟叶衰老表达水平下调,而异淀粉酶3（ISA3）的基因表达水平在烟叶衰老过程中持续上调。  结论  烤烟不同成熟度上部叶中存在抗性淀粉,烘烤过程的变黄期是烟叶内淀粉降解的主要时期,但大田期形成的抗性淀粉很难在烘烤过程中充分降解。因此,可以通过适当推迟烟叶采收,降低烤烟淀粉含量,从而提高上部叶可用性。      

烟草NtMHX1和NtMHX2基因的克隆及不同金属离子胁迫下的表达模式分析

  目的  研究Magnesium proton exchangers（MHX）基因在烟草（Nicotiana tabacum）中的特性与功能。  方法  采用同源克隆方法，从栽培烟草K326中克隆MHX基因，对其编码蛋白进行了生物信息学分析，采用实时荧光定量PCR检测MHX基因在不同烟草组织及金属离子处理0 d、1 d、2 d、4 d、6 d的表达模式。  结果  获得2个NtMHX基因序列，分别命名为NtMHX1和NtMHX2，开放阅读框全长分别是1623 bp和1641 bp，编码540和546个氨基酸残基，相对分子质量为60382.99 Da和60977.72 Da，均为包含11个跨膜结构域的酸性蛋白质，与野生番茄（Solanum pennellii）和马铃薯（Solanum tuberosum）的MHX蛋白相似度最高。NtMHX1和NtMHX2基因在根、茎、叶、花中均有表达，且均在茎中的表达水平最高。NtMHX基因的表达受到Mg2+、Mn2+、Ca2+、K+、Na+、Zn2+和Cu2+的诱导，并受到Cd2+的抑制。  结论  克隆得到2个栽培烟草MHX基因，在烟草不同组织中均有表达，并受到多种金属离子的胁迫诱导。      

NtMYB68基因对烟草苗期紫黄质和脱落酸生物合成及烟株耐旱性的影响研究

  目的  为探究烟草NtMYB68基因在类胡萝卜素和脱落酸合成生物合成中的作用及其对烟株抗旱性的影响。  方法  从烤烟品种K326中同源克隆NtMYB68基因,采用生物信息学分析NtMYB68基因序列特征,利用RT-PCR分析其在烟草不同组织的表达模式。利用基因编辑手段创制NtMYB68敲除材料,并分析NtMYB68基因敲除后对烟株类胡萝卜素合成及抗旱性的影响。  结果  NtMYB68基因有2个拷贝,NtMYB68-1和NtMYB68-2。NtMYB68在烟草根、茎、叶、花中均有表达,NtMYB68-2的表达水平显著高于NtMYB68-1。NtMYB68敲除材料与对照相比,紫黄质合成基因NtZEP显著上调,紫黄质含量显著增加,脱落酸（ABA）合成基因NtNCED5表达量达到对照植株的4倍。干旱胁迫下,敲除材料幼苗与对照相比,叶片萎蔫程度更轻,长势更优,复水处理后生长状态恢复的更好。干旱处理前后,敲除植株中ABA的含量均显著提高。  结论  NtMYB68转录因子能抑制NtZEP和NtNCED5基因表达,敲除该基因可以提高烟叶中紫黄质的积累,促进脱落酸的合成,从而提高烟株抗旱性。      

普通烟草NtNAC042基因克隆、鉴定及功能分析

  背景和目的  NAC转录因子是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育、生物/非生物胁迫中发挥着十分重要的调控作用,在普通烟草中克隆NtNAC042基因。  方法  进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活试验和表达模式分析,以及基因功能分析。  结果  （1）生物信息学分析表明,NtNAC042基因编码蛋白具有高度保守的NAC结构域;（2）亚细胞定位和转录激活试验结果表明,NtNAC042定位于细胞核中,具有转录激活活性;（3）表达模式分析表明,NtNAC042基因在根和衰老叶片中表达量较高且受干旱胁迫、盐胁迫、H₂O₂处理诱导;（4）NtNAC042过表达烟草植株抗盐性显著提高。  结论  NtNAC042作为NAC型转录因子,在烟草衰老落黄及生物和非生物逆境应答中发挥着重要的调控作用。