陆地棉子叶色素腺体延缓形成种质系的育成及其遗传研究

用（亚洲棉×比克氏棉）F₁双二倍体作母本与陆地棉单节显性系1（Gl₂Gl₂gl₃gl₃）进行杂交，获得具有比克氏棉子叶色素腺延缓形成性状的[(亚洲棉×比克氏棉)F₁双二倍体×陆地棉]F₁种间三元杂种。种间三元杂种高度不育，PMC减数分裂中期I的染色体构型为2n=52= 41.45I +4.38 II+0.55 III+0.04，二价体交叉值为1.19。用Gl₂Gl₂gl₃gl₃作轮回亲本对种间三元杂种进行连续回交，在BC₈群体中发现2株带目标性状的可育植株。对其进行自交和筛选，育成具有子叶色素腺体延缓形成特性的陆地棉种质系——ABH-0318。该种质的色素腺体性状稳定，休眠种子除子叶边缘处有小量稀小的色素腺体外，基本无色素腺体，其棉酚含量为0.0175%，属于典型的低酚棉类型；种子萌发后，子叶及植株主要器官含有大量的色素腺体，棉酚含量与一般有酚棉品种相似，即植株为有酚棉类型。遗传分析结果表明，该种质的子叶色素腺体延缓形成性状受位于Gl₂和Gl₃位点的二对基因互作控制，其中位于Gl₂ 位点的基因来源于比克氏棉，对已知的陆地棉色素腺体等位基因（Gl₂和gl₂）为显性，但对Gl₃则表现为隐性上位，暂定其基因符号为Gl₂^b；位于Gl₃的基因为隐性基因，来源于陆地棉。     

色素腺体和棉酚在陆地棉体细胞培养中的作用

以陆地棉3对色素腺体近等基因系、陆地棉标准系TM－1和棉花组织培养的模式品系珂字棉312为材料，研究了色素腺体和棉酚对陆地棉体细胞培养效果的影响。结果表明，外植体的色素腺体性状和棉酚含量对于棉花愈伤组织诱导和生长有显著的抑制作用，无色素腺体棉的出愈率和单块愈伤组织重均显著高于相应的有色素腺体近等基因系，并较有色素腺 体棉容易获得再生植株。外植体中的棉酚含量与其出愈率成显著负相关（γ=0.84)。培养基中加入外源棉酚对于棉花愈伤组织诱导和生长均有明显的抑制作用，特别是无色素腺体棉。但较低的外源棉酚（0.1mg/L）可使无色素腺体棉愈伤组织生长稳健，并有较多的胚性细胞，并可显著地促进体细胞分化，提高无腺体棉体细胞培养的植侏再生频率。此外，还讨论了珂字棉312幼苗棉酚含量的变化特点，以及幼苗棉酚含量变化与组织培养的关系，并提出了用外源棉酚来改良棉花体细胞培养体系的可能性。     

棉花[AG]复合染色体组异源四倍体的人工合成

棉籽不仅产纤维和食用油,棉仁中富含蛋白质高达45—50%,是极有开发价值的高蛋白食品和饲料资源.但棉仁中因含有毒的棉酚(棉毒素)而难以利用.因此,选育低酚棉或选育种子无棉酚(无腺体)而植株含棉酚(有腺体)的棉花,日益受到国内外棉花育种学家的重视.原产大洋洲的野生二倍体比克氏棉(Gossypium bickii)具有种子油腺延缓形成的特性,即种子不具腺体,不含棉酚,待种子萌发后才形成腺体,产生棉酚.自1980年始,我们以栽培的     

海岛棉Gl2e显性无腺体基因的精细定位

Gl₂^e基因是控制棉花植株和种子无腺体的一个基因, 是低酚棉育种中一个重要的基因资源. 本研究利用陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉无腺体突变品系海1构建的1599个F₂单株, 对无腺体突变基因Gl₂^e进行了精细定位. 遗传研究进一步证明, 该基因是一不完全显性单基因. 结合本实验室的棉花海陆种间遗传连锁图谱, 利用SSR标记将Gl₂^e基因定位在CIR362和NAU2251b, NAU3860b, STV033之间, 遗传距离分别为9.27和0.96 cM.     

棉花GISH-NOR的初步探讨

在以棉花基因组DNA(gDNA)为探针的基因组原位杂交(genomic in situ hybridization, GISH)实验中, 观察到6个NOR(nucleolar organizer region)信号. 在对草棉或陆地棉的同一有丝分裂细胞分别进行以45S rDNA和gDNA为探针的原位杂交中, 发现以gDNA为探针所产生的NOR信号与以45S rDNA为探针所产生的NOR信号在数目、位置以及大小方面极其相似甚至相同, 由此将以gDNA为探针所产生的NOR命名为GISH-NOR. 在棉花GISH-NOR中, 陆地棉和雷蒙德氏棉全部为端部类型GISH-NOR, 而对于草棉变种阿非利加棉则为4个端部类型和2个着丝粒类型GISH-NOR. 陆地棉6个GISH-NOR中的2个位于A亚组染色体上, 其余的4个位于D亚组染色体上. 在以雷蒙德氏棉为靶DNA, 以其本身gDNA为探针的GISH中, 观察到6个GISH-NOR信号. 而在以阿非利加棉为靶DNA, 以其本身gDNA为探针的GISH中, 没有观察到GISH-NOR信号, 并且有一对染色体长臂近一半区域不显示信号. 在以陆地棉为靶DNA, 阿非利加棉为探针时发现, 如果用D基因组棉种作封阻, 则不出现GISH-NOR信号; 如果改用鲑鱼精DNA作封阻, 则出现GISH-NOR信号. 而在以D基因组二倍体棉种戴维逊氏棉为探针时, 即使用A基因组棉种作封阻, 也能观察到6个GISH-NOR信号. 对于这种现象, 可能由2种原因造成, 即rDNA的同步进化和D基因组棉种gDNA中的rDNA含量多于A基因组棉种. 此外, 还观察到陆地棉染色体上的所有GISH-NOR信号全都位于染色体短臂端部.     

陆地棉×索马里棉(G.somalense)杂种的研究和利用

棉属野生种索马里棉种(G.somalense,Hutch)原产于非洲东北部沙漠地带,属于E_2染色体组,2n=26.该棉种具有抗干旱和抗棉铃虫特性,目前,国内外对于该棉种的开发和利用,至今没有成功的报道.1984年我组采用种间杂交,施用植物生长激素(GA3,50×10~(-6)g,NAA40×10~(-6)g),杂种胚离体培养,及同步利用秋水仙碱溶液进行染色体加倍一正套技术,成功地得到可育的陆地棉与索马里棉(G. somalense)的杂种F_1植株,经过回交和多年人工选     

陆地棉红株基因(R1)的精细定位

利用陆地棉遗传背景的海岛棉染色体16置换系材料Sub16和陆地棉多基因标记系T586创建了含1259个单株的F₂作图群体, 结合本实验室最新的栽培四倍体棉种种间分子遗传图谱上染色体16的标记信息, 利用分子标记技术, 对红株基因R₁进行精细定位. 在F₂分离群体中, 红株性状分离比符合孟德尔1:2:1的分离, 进一步证明该性状是由一不完全显性单基因控制. 利用JoinMap 3.0连锁分析软件, 使用含237个单株的F₂小群体完成红株基因R₁的初级定位, 进一步利用含1259个单株的F₂大群体将该基因精细定位在NAU4956和NAU6752之间, 与最近标记的遗传距离为0.49 cM. 研究结果为进一步克隆该基因及培育红色彩棉转基因品种提供了研究基础.     

水稻不完全隐性卷叶主基因以rl（t）的精细定位

利用奇妙香（QMX）为轮回亲本，与卷叶珍汕97B（JZB）杂交并回交的BC4F2和BC4F3两群体为研究材料，对卷叶性状进行了遗传分析，并对卷叶基因进行精细定位．遗传分析表明，卷叶性状主要受1对不完全隐性主基因的控制，命名为rl（t），并同时受到数量性状基因和或环境的影响．利用500个SSR标记和新开发的15个InDel标记，通过BSA法在卷叶DNA池和平展叶DNA池间筛选到8个多态性标记，并用MAPMAKER／EXP3．0构建遗传连锁图．基因定位方法采用复合区间作图法（CIM）．利用BC4F2分离群体将rl（t）初步定位于第2染色体长臂，位于标记InDel 112-RM3763之间，两标记之间的遗传距离为2．4cM，rl（t）距离InDel 112约1．0cM．为精细定位rl（t），从BC4F2代经标记选择得到1个中度卷叶植株，自交扩繁成855株个体的BC4F3代株系，另发展4个新的InDel标记．连锁分析表明，InDel 112．6和InDel 113位于标记InDel 112和RM3763之间．利用BC4F3株系中分离出的191个卷叶株和185个平展叶株，将rl（t）定位于InDel 112、6-InDel113之间，物理距离为137kb、对该区段进行了初步的侯选基因分析，推测rl（t）可能参与了microRNA（miRNA）系统对叶片发育的调控．     

表达雪花莲凝集素(GNA)的转基因水稻纯系抗褐飞虱

利用基因枪法将含有潮霉素抗性基因pht,gusA报告基因和雪花莲外源凝集素基因gna的2个质粒（pWRG1515和pRSSGNA1)共转化粳稻品种鄂宜105号和鄂晚5号种子胚诱导的愈伤组织。从轰击的329块愈伤中共再生出61株独立转基因植株。PCR／Southern blot分析显示，79％的转基因植株含有所有3个外源基因。Western blot分析发现，48株含gna基因的转基因植株中有36株（75％）在不同水平上表达了GNA，GNA最高表达量占总可溶性蛋白的0．5％，遗传分析证实外源基因在转基因后代植株中大多以孟德尔方式遗传。从其R1代为3：1孟德尔分离方式遗传的后代R2代植株中，鉴定出含有并表达所有3个外源基因的5个独立转基因植株纯系。褐飞虱生物鉴定和喂养试验表明，转基因纯系对褐飞虱具有显著的抑制作用，具体表现为降低褐飞虱存活率和繁殖力、延缓褐飞虱发育进度及减少褐飞虱进食量，即表达GNA的转基因水稻纯系对褐飞虱具有抗性作用。     

大豆对灰斑病菌7号小种抗性的遗传分析及抗病基因的RAPD标记

对杂交组合东农91212（感7号小种）×东农9674（抗所有小种）的抗性分析表明,大豆对7号小种的抗性受单显性基因控制。运用BSA法筛选到3个与抗病基因连锁的RAPD标记。其中引物OPSO3扩增的2个标记OPSO3_(620)和OPSO3_(580)具有共显性的分离特点。OPSO3_（620）与抗病基因的遗传距离为8.7cM。根据该标记选择基因型纯合和杂合的抗病植株,其符合率分别达到100％和97.6％。     

反义Wx基因导入我国籼型杂交稻重点亲本

为改良我国籼型杂交稻稻米的食用品质，利用基因工程技术经农杆菌介导将反义蜡质基因导入保持系龙特甫B等3个高直链淀粉含量的籼型杂交稻重点亲本中，经潮霉素抗性筛选获得了较多的抗性植株。PCR和Southern杂交检测证明，反义Wx基因已整合进转基因水稻的基因组中，绝大多数转基因水稻植株的表型正常。成熟种子直链淀粉含量分析表明，部分转基因水稻T1和T2代种子中的直链淀粉含量已有不同程度的下降，最低的已下降至7％左右，与未转化对照相比下降了18．39％。此外直链淀粉含量改变后对稻米的胶稠度和湖化温度也有一定的影响。     

高赖氨酸含量基因在转基因小麦的表达及其赖氨酸含量分析

构建了含高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因的植物表达载体pBPC102,用基因枪导入京花1号、京411、优899和烟农15等受体品种的幼穗和幼胚,获得了100多株转基因小麦植株(T0)及其后代株系(T1～T2).PCR和PCR-Southern杂交结果表明,外源基因已稳定整合到转化植株To和T1的基因组中.进一步用RNA分子杂交的方法对高赖氨酸基因的表达及水平调控进行了深入研究,结果表明外源基因已在T2不同株系中获得了表达.植株叶片游离赖氨酸(Lys)含量和种子结合态Lys含量的测定和分析结果表明,有9个转基因植株后代株系叶片的游离Lys含量提高了2～3倍,4个株系的Lys含量提高了10%以上,小麦的营养品质得到了显著的改善.     

植物标签技术

传统的正向遗传学主要用于克隆表型或功能已确定的基因。转座子标签突变体可用随机标签法从带有活性转座子的自交后代中筛选得到，或用定向标签法从杂交一代中筛选得到，即用目的基因的隐性突变统合体与具高度活性转座号的统合体杂交，极大多数的FI个体为正常表型，但其中会有极少量的表现隐性性状的转庄子插入突变体。正向基因标签和克隆法在利用异源和低拷贝数品系时尤其有用。采用反向fCR或热不对称交替PCR（TAIL－PCR）且很容易从单拷贝或低拷贝数品系中获得插入于两侧的基因组序列。TAIL－PCR由三轮连续的半巢式PCR组成，所…     

水稻茸毛基因GL6的遗传学分析与精细定位

叶片表面茸毛是水稻形态学特征上的一个重要农艺性状,对水稻的生长及生理特性有着重要的影响.应用叶片具有茸毛特征的水稻品种75-1-127,无茸毛水稻品种明恢63,光身稻品种Lemont,9311分别杂交产生F1及F1自交产生的F2群体对水稻茸毛基因进行遗传学分析,结果表明,水稻茸毛性状为一对细胞核基因控制的显性性状.应用75-1-127/明恢63的F2隐性分离群体,结合分离群体分析法(BSA)和隐性群体分析法(RCA),并通过Mapmaker3.0/MapDraw软件分析,将水稻茸毛基因GL6初步定位在水稻第6号染色体上,位于SSR标记RM20491和RM20547之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为7.2和2.2cM.进一步构建大的F2分离群体并同时挖掘新的SSR标记及插入缺失InDel标记用于茸毛基因GL6的精细定位,将茸毛基因GL6精细定位在插入缺失标记InDel-106和InDel-115之间,且两标记与该茸毛基因的相对遗传距离分别为0.3和0.1cM,结合GeneBank数据库分析,在该精细定位区域内,对应粳稻日本晴和籼稻9311的物理距离分别为79和116.82kb,分别注释有7个和8个预测基因,为进一步的基因克隆和功能研究奠定了基础.     

一个新的水稻叶片和雌蕊发育异常突变体的遗传分析及其基因的分子标记定位

一个水稻突变体呈现叶片无中脉、内稃比外稃长、内外稃不闭合和雌芯同源异型转化为雄蕊或雄蕊／雌蕊中间器官等突变表型。用该突变体作父本，02428，N625，中丹2号和CDR22为母本配制杂交组合进行性状遗传分析，根据F2代植侏的表型及χ^2测验结果证明突变性状是由单陷性基因控制的。选用突变体为父本，N625为母本杂交的F2群体作定位群体，利用SSLP标记和RFLP标记将与突变性状相关的基因定位在第3染色体短臂上2个相近的分子标记之间，暂称为dl(t)。     

高赖氨酸含量基因在转基因小麦的表达

构建了含高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因的植物表达载体pBPC102, 用基因枪导入京花1号、京411、优899和烟农15等受体品种的幼穗和幼胚, 获得了100多株转基因小麦植株(T₀)及其后代株系(T₁~T₂). PCR和PCR-Southern杂交结果表明, 外源基因已稳定整合到转化植株T₀和T₁的基因组中. 进一步用RNA分子杂交的方法对高赖氨酸基因的表达及水平调控进行了深入研究, 结果表明外源基因已在T₂不同株系中获得了表达. 植株叶片游离赖氨酸(Lys)含量和种子结合态Lys含量的测定和分析结果表明, 有9个转基因植株后代株系叶片的游离Lys含量提高了2~3倍, 4个株系的Lys含量提高了10%以上, 小麦的营养品质得到了显著的改善.     

栽培稻的紧穗野生稻抗褐飞虱主效基因的遗传定位

野生稻资源是水稻育种中获取有利外源基因的一个主要来源。紧穗野生稻（Oryza eichingeri,2n=24,CC)原产于非洲，具有高抗褐飞虱、白背飞虱和白叶枯病等多种有利性状。在紧穗野生稻与栽培稻（Oryza sativa,2n=24,AA)品种02428远缘杂交后代中，利用限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism,RFLP)和微卫星（simple sequence repeats,SSR) 等分子标记，对栽培稻背景下外源遗传物质的存在进行了跟踪鉴定，并对来自紧穗野生稻的抗褐飞虱基因进行了遗传分析和染色体定位。结果表明，紧穗野生稻的染色体片段已经易位到栽培稻中；抗褐飞虱性状由一对显性主效基因控制，位于第2染色体，在两个微卫星标记RM240和RM250之间，遗传距离分别为6．1和5．5cM，暂时定名为Bphl3(t)。该基因的发现和定位将有助于对水稻褐飞虱抗性的改良。     

偏头育的遗传：从性性状的遗传假说

偏头痛被公认为一种家族高聚集性神经系统疾病，尽管欧美白种人群的患病率远高于亚洲人种，但全球范围内的患病率女性是男性的2-4倍却是恒定的。临床及遗传医学仅仅沿用常染色体显性或染色体隐性遗传、多基因遗传及线粒体遗传理论均不能满意意地解释所有家系的特征，笔率先在国际上提出的从性性状遗传模式sex-conditioned genetic model（即男性为常隐、女性为常显遗传）似可较好地解释偏头痛复杂的“不一致”的遗传方式。自然界中的生物体内一条染色体的基因会对另一条染色体致病基因的表达实施功能调控，此种遗传疾病范例在遗传性秃顶、肝豆状核变性等症中已得到验证。当然对于环境的因素也有待考虑，时下对于复杂遗传病的研究正是最富有挑战性的。     

水稻白穗突变体基因的鉴定和染色体定位

从一个水稻籼粳交F₆后代自然群体中获得1例白穗突变体, 其成熟植株基部少数叶片中脉呈现白色, 抽穗后穗粒内外稃和枝梗均表现白色. 用突变体作母本与一粳稻恢复系品种制7杂交, 获得一个F₂分离群体. 初步的遗传分析表明, 该突变属单基因隐性性状. 利用已定位的微卫星标记进行连锁分析, 发现该基因位于水稻第1染色体上. 进一步根据已完成的水稻基因组序列寻找微卫星位点, 连锁分析显示, 该基因位于微卫星标记SSR101和SSR63.9之间, 分别相距2.3和0.8 cM; 并与微卫星标记SSR17呈共分离. 该基因暂定名为wp(t).     

水稻幼穗分化受阻突变体lhd的遗传分析与基因定位

从圭630/台湾粳的F1花药培养后代群体中发现了水稻幼穗分化受阻突变体lhd(leafy head), 其植株明显矮化, 叶片细小且丛生, 始终停留在营养生长阶段.遗传分析表明, lhd受一对隐性基因控制, 该突变基因拟命名为lhd(t).显然, LHD(t)是控制花序分化的关键基因.以lhd杂合体与明恢77和京花8号杂交, 建立了2个F2群体.在与京花8号杂交的F2群体中, 部分lhd植株表现出"中间类型", 说明遗传背景会影响突变性状的表现.利用已公布的水稻RM系列SSR标记及自行设计的SSR标记, 结合BSA和突变株(共498株)分析, 将LHD(t)基因定位在第10染色体长臂端, 其中标记SSR1, RM269, RM258, RM304和RM171位于一侧, 与LHD(t)的图距分别为6.4, 16.6, 18.4, 22.2和26.3 cM; SSR4和SSR5位于另一侧, 与LHD(t)的图距分别为0.6和2.2 cM.该结果为进一步对LHD(t)的克隆和表达研究奠定了基础.