基于分子标记的野生大豆居群遗传多样性估算与取样策略

遗传多样性是生物多样性的基础和最重要组成部分, 正确评价物种及其居群的遗传多样性是有效保护和利用生物种质资源的必要条件. 以一个野生大豆自然居群(面积约为10000 m²)为研究材料, 从中随机选取了100棵植株, 分别用3种分子标记AFLP, ISSR和SSR对其遗传多样性进行分析, 并采用计算机模拟方法, 从这100棵植株中随机抽取不同大小(5~90个个体)的样本(抽样群体)各50次, 对其主要遗传多样性参数进行了计算, 旨在探讨利用不同分子标记检测该野生大豆居群的主要遗传多样性参数, 即位点的预期杂合度(H_e)、Shannon多样性指数(I)和多态位点百分率(P)的差异和变化趋势以及随抽样群体样本量的不断增加这些参数的变化规律. 结果表明, 不同分子标记检测到同一野生大豆居群的各种遗传多样性参数值不同; 同一居群中的不同样本量对遗传多样性参数的估算值有较大影响; 用不同分子标记进行遗传多样性参数的估算时, 多态位点百分率相对具有可比性; 选用不同的遗传多样性参数来反映居群90%以上的总体遗传变异时需要不同的样本量, 当选用多态位点百分率(P)时, 30~45个植株才能代表总体90%以上的遗传变异. 本研究为评价植物居群遗传多样性和采用合理的保护取样策略提供了科学依据.     

中国栽培及野生大豆的遗传多样性、地理分化和演化关系研究

栽培大豆的起源和演化是大豆生物学和农学基础研究的重要命题之一. 本研究选用60对细胞核SSR标记(nuSSR)和11对叶绿体SSR (cpSSR)标记, 在检测由393份地方品种和196份野生材料组成的全国代表性样本的细胞核、叶绿体基因组变异的基础上, 分析了栽培、野生地理生态群体间的遗传演化关系. 结果表明: (ⅰ) 野生群体核、质遗传多样性都明显大于栽培群体, 核、质等位变异数分别为1067:980和57:44个; 栽培大豆980个核等位变异中有377个(38.5%)为驯化后新生等位变异, 44个质等位变异中出现了7个(15.9%)新生等位变异. (ⅱ) 栽培生态类群中, 以南方3个地理生态类群(中南、华南、西南)遗传多样性较高; 野生生态类群中以长江中下游野生类群遗传多样性较高. (ⅲ) 从分子方差分析、遗传聚类与地理类群间关联分析及群体特有等位变异三方面证实我国栽培、野生大豆地理生态分化有其遗传分化的基础. (ⅳ) 以材料为单位的聚类结果表明与栽培大豆近缘的野生材料大多来自长江中下游及西南-中南野生地理类群; 进一步分析地理群体间的遗传距离, 并作UPGMA聚类, 发现各栽培地理类群与长江中下游野生大豆群体的遗传距离一致, 小于与包括本区在内的其他野生群体的距离, 结合该区野生群体特有的cpDNA等位变异NTCP10-117在所有栽培生态类群中都有分布的现象, 推论在南方野生群体中的长江中下游野生祖先可能是栽培大豆共同的野生祖先.     

中国一年生野生大豆(Glycine soja)核心资源构建

对我国国家种质资源库中保存的6172份一年生野生大豆(Glycine soja)资源进行了系统的遗传多样性分析, 比较了核心种质构建中常用的随机取样、恒量取样、比例取样、对数取样和遗传多样性取样5种取样策略, 确认对于一年生野生大豆, 遗传多样性取样策略是最简单有效的取样策略. 根据起源和生态类型对一年生野生大豆资源进行分组, 应用遗传多样性策略和层次聚类, 构建一个野生大豆核心资源. 该核心资源包括652份材料, 取样比例为10.65%. 代表性验证表明, 质量性状指标代表性为100%, 平均指标代表性为98.4%; 13个指标群体结构相似系数为0.96; 遗传多样性代表性为81.38%; 20对SSR引物扩增299份材料, 分析结果代表性为83.64%.     

水稻穗部突变体Cl的形态和定位分析

簇生穗突变体Cl表型为多数枝梗顶端有2或3个小穗簇生在一起. 利用扫描电子显微镜观察显示, Cl的功能与水稻枝梗顶部的发育有关, 同时Cl影响了顶端小穗的伸长; 而Cl突变体中穗粒数有一定降低, 提示Cl基因可能对水稻穗粒数也有一定的影响. 分别利用Cl与中花11及Cl与浙辐802 杂交的F₂群体对Cl位点进行遗传定位, Cl位点初步定位在第6染色体的CAPS标记CK0214和SS0324之间. 为了进一步精细定位Cl位点, 在CK0214和SS0324之间发展了5个CAPS标记, 连锁分析表明, Cl与其中2个标记R0674E和C12560紧密连锁, 遗传距离分别为0.2和2.1 cM, 并且Cl被定位在这两个标记之间. 以此为起点, 构建覆盖Cl基因区域的PAC 重叠群, 两个PAC克隆AP004571和AP004236将Cl位点覆盖, 物理距离为196 kb, 为最终克隆Cl基因奠定了基础. 等位性测定显示, Cl与另一个水稻簇生穗突变体Cl2是等位突变.     

水稻散生突变体的遗传和基因定位研究

分蘖角度是构成水稻理想株型和高产育种的重要农艺性状之一. 通过对水稻散生突变体的遗传学分析认为, 该散生表型受一隐性核基因控制, 与已报道的水稻散生突变体la等位, 故将此突变体命名为la-2, 而原突变体被重新命名为la-1. 利用la-2与w11和浙福802分别杂交产生的F₂群体对LA位点进行遗传定位, 发现其与第11号染色体上的微卫星标记RM202和RM229连锁, 遗传距离分别为10.0和8.0 cM. 通过进一步在两标记间发展的6个新的分子标记, 将该基因精确地定位于约0.4 cM的区间. 为进一步克隆LA基因和探讨水稻分蘖角度的控制机制奠定了良好的基础.     

我国普通小麦核心种质的构建及遗传多样性分析

用分布于21个连锁群上的78个微卫星标记(SSR), 对我国5029份普通小麦初选核心种质进行基因型分析, 收集了40万条SSR数据. 以此为基础, 采用适当调整的分层分组代表性取样法(即分区取样时, 对材料遗传多样性高的地区略增加取样量, 反之略减少取样量; 著名品种、重要育种亲本和携带稀有等位变异的材料优先入选), 构建了由1160份材料组成的小麦核心种质(库), 其中地方品种762份、育成品种348份、国外引进品种50份. 核心种质占初选核心种质的23.1%, 占整体种质(23090份)的5%, 遗传代表性估计值为91.5%. 核心种质中地方品种的遗传多样性明显高于育成品种. 群体遗传结构及主坐标分析均显示我国地方品种和育成品种是两个相对独立的组群. 来源于不同生态区的地方品种遗传分化十分明显, 而育成品种分化相对较弱. 此外还构建了由231份材料组成的微核心种质, 其占整体种质的1%, 但遗传代表性估计值接近70%. 最后就核心种质构建的意义和取样策略进行了讨论.     

鲤鱼3个亚种线粒体DNA ND5/6区段的PCR-RFLP分析及亚种间分子标记的确立

从鲤鱼3个亚种(Cyprinus carpio carpio, Cyprinus carpio haematopterus和Cyprinus carpio rubrofuscus)中选出具代表性的品系共10个, 运用PCR方法, 扩增出2.4 kb的mtDNA ND5/6区段. 共用9种限制性内切酶进行酶切分析, 结果表明, 每个亚种拥有一种单倍型, 有4种限制性内切酶 (DdeⅠ, Hae Ⅲ, Taq Ⅰ和MboⅠ)酶切后产生了能将3个亚种区分开来的诊断性限制性酶切位点. 可利用其作为鉴定3个亚种的遗传标记和遗传育种的辅助手段.     

以树轮晚材宽度重建公元1726年以来贺兰山北部5~7月降水量

通过分析早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、整轮宽度(TRW)、最小密度(D_min)和最大密度(D_max)共计5个树轮标准年表的统计特征及其各自气候响应, 最终以晚材宽度对贺兰山北部公元1726年以来5~7月的降水进行了重建, 方差解释量42%(R²_adj=0.41, F = 31.46, P < 0.000001). 11年滑动平均后, 方差解释量达82%(F=156.9, P<0.05). 重建降水序列在10年际尺度上与内蒙古东部白音敖包地区4~7月上旬降水具有相当好的一致性, 在一定程度上反映了东亚夏季风锋面强弱的变化. 谱分析检测出贺兰山北部5~7月降水序列主要存在11和22年的波动周期.     

用SSR标记分析高州野生稻的遗传多样性

利用24对SSR引物比较了来自广东高州、江西、福建、云南等地区及东南亚不同国家共计240份普通野生稻材料的遗传多样性. 结果表明, 24对引物中平均有17个位点表现出了多态性, 平均多态位点比率为69%; 平均总等位基因数、平均每个位点的等位基因数和多态位点的平均等位基因数分别为51.1, 2.04和2.43; 平均基因多样性为0.8447. 高州野生稻5个居群间已经出现了较显著的分化. 上述遗传多样性参数均表明, 高州镇江镇朋山村(陂头洞)野生稻应该是高洲野生稻的一个遗传分化中心和遗传多样性中心. 高州野生稻很可能是广东普通野生稻、华南和中国普通野生稻最大的一个遗传分化中心和遗传多样性中心.     

中国梅花鹿(Cervus nippon)遗传多样性及与日本梅花鹿间的系统关系

在4个中国梅花鹿(Cervus nippon)种群45个样品的335 bp线粒体DNA控制区序列中, 共发现25个变异位点, 并定义了8种单元型. AMOVA分析表明, 中国梅花鹿种群间出现了显著的遗传分化(Φst = 0.744, P < 0.05), 但种群的遗传距离与地理距离间没有显著的相关性(P > 0.05). 系统进化关系分析也显示了中国梅花鹿单倍型的系统地理格局与地理分布区或亚种划分之间不存在明显的相关性. 基于最大似然法和最大简约法及最小跨度网络图的系统进化分析均表明单倍型聚类对应于中国、日本南部和日本北部的3个单系, 其中中国大陆种群和日本南部的梅花鹿之间亲缘关系较近, 与日本北部种群则较远, 而中国台湾种群与中国东北和四川种群间的亲缘关系较近, 与华南种群较远.     

千岛湖陆桥岛屿上黑腹狼蛛(Lycosa coelestris)遗传多样性及其受生境片段化的影响

人工湖泊型陆桥岛屿对于理解生境片段化后片段面积和地理隔离等因素对物种遗传多样性和遗传结构的影响提供了独特的机会.本文利用相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记法,对具有50多年片段化历史的千岛湖人工湖泊型陆桥岛屿上的黑腹狼蛛(Lycosa coelestris)种群遗传结构和多样性进行研究.利用5对SRAP引物对42份材料的基因组进行扩增,共得到大小为50~900 bp的85个可重复位点,其中84个为多态性位点,多态性比率达98.82%.不同岛屿种群的多态位点比例(PPB)为15.29%~38.82%;观测等位基因数(Na)为1.1529~1.3882,其中有效等位基因数(Ne)为1.0952~1.3392;种群间Nei’s基因多样性指数(H)为0.0582~0.1784,均值为0.0992;Shannon信息指数(I)为0.0881~0.2524,均值为0.1480;岛屿的面积、形状指数分别与多态位点比率、Shannon信息指数以及Nei’s基因多样性指数存在正相关关系.种群间遗传分化系数较高(Gst=0.7293),基因流值低(Nm=0.1856).AMOVA分析表明,57.33%的遗传变异存在于种群间,42.67%的遗传变异来自种群内(P0.001).Mantel检验表明,黑腹狼蛛各种群间地理距离与遗传距离间存在显著相关性(r=0.6465,P0.001).采用Structure 2.3.3软件以及PCA分析对14个岛屿上黑腹狼蛛种群的群体结构进行研究,结果表明,所研究岛屿可以分为6个类群,地理距离较近且属同一个岛群的岛屿优先聚在一起.上述结果表明,生境片段化初期岛屿面积和形状是影响黑腹狼蛛种群遗传多样性的主要原因,地理隔离是黑腹狼蛛种群产生遗传分化的主要原因.     

黑龙江野生莲遗传多样性及其地理式样

用RAPD和ISSR两种分子标记方法对黑龙江省的47份野生莲、俄罗斯兴安斯克保护区的2份野生莲和中国其他省份的27份栽培莲进行遗传多样性研究. 20条RAPD引物共扩增出113个位点, 多态位点占71.68%, 期望杂合度0.1583. 野生莲的多态位点占50.44%, 期望杂合度0.1241; 栽培莲的多态位点占53.98%, 期望杂合度0.1651. 16条ISSR引物扩增出90个位点, 多态位点占41.11%, 期望杂合度0.0851. 野生莲的多态位点占28.89%, 期望杂合度0.0661; 栽培莲的多态位点占32.22%, 期望杂合度0.0963. 野生莲中, 乌苏里江流域、松花江流域和黑龙江流域之间的遗传分化很小, 流域之间的遗传方差仅占21.68% (RAPD, Gst = 0.1312)和15.11% (ISSR, Gst = 0.1352). 在所有的遗传变异中, 野生型和栽培型之内的遗传方差占73.25% (RAPD)和81.11% (ISSR), 野生型和栽培型之间的遗传方差占19.17% (RAPD)和13.17% (ISSR), 而3个野生流域群和1个栽培群之间的遗传方差仅占7.58% (RAPD)和5.72% (ISSR). NJ分析表明, 黑龙江省的野生莲与其他地方的栽培莲有明显的分化. 在野生莲中, 松花江中游地区的野生莲可能是黑龙江野生莲的残遗中心, 由松花江中游向下游地区和黑龙江与乌苏里江流域扩散. 从黑龙江野生莲比较低的遗传多样性判断, 野生莲经历了瓶颈效应、建立者效应和再生效应(rebirth effect). 鉴于莲的古老性、遗传变异的稀少及其在湿地生态系统中的重要地位, 建议全面保护非常宝贵的黑龙江野生莲资源, 尤其是有可能为起源地的松花江中游地区的野生莲栖息地.     

甘肃武都万象洞滴水与现代石笋同位素的环境意义

初步研究了青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞中滴水的氢氧同位素和洞穴现代石笋碳酸钙的氧同位素组成, 发现万象洞内滴水的δ¹⁸O_dw和δ D_dw位于全球降水同位素网数据建立的地方性大气降水线范围之内, 说明滴水δ¹⁸O_dw与降水δ¹⁸O有密切关系. 利用δ¹⁸O_dw和洞内中部到距洞口较远处的现代管状钟乳石下部的δ¹⁸O_mc数据和碳酸盐古温度等式计算的温度范围在8.9~12.4℃之间, 平均值为10.7℃, 其中计算出距洞口较远处8个位置的温度在10.1~12.4℃的范围之内, 平均值为11.5℃, 这个值与洞穴内的观测值(10.99℃)一致, 略低于当地年平均气温(14.4℃), 说明现代石笋形成在同位素平衡条件下, 它们的同位素组成可以近似地反映其洞外大气年均温度.     

水稻含隐性抗白叶枯病基因xa5的24 kb片段的鉴定与基因预测

水稻xa5基因是具有重要研究和育种价值的隐性广谱抗白叶枯病基因. 利用水稻品系IR24及其近等基因系IRBB5(含xa5基因)杂交组合, 构建了含4892个单株的F₂定位群体. 同时, 利用与xa5连锁的RFLP标记筛查含xa5基因的水稻抗性品系IRBB56的BAC文库, 构建了一个覆盖目标基因位点的长约213 kb的跨叠克隆群. 根据国际水稻基因组和中国超级杂交稻基因组序列, 以及跨叠克隆群的部分亚克隆测序, 设计了一系列SSLP和CAPS标记对目标基因进行精细遗传定位. xa5基因定位在2个CAPS标记K5和T4之间且与T2共分离, 标记K5和T4之间的遗传距离为0.3 cM, 物理距离约为24 kb. 对xa5基因所在的24 kb片段DNA序列进行基因预测, 揭示出可能编码ABC转运蛋白和转录因子TFIIA小亚基的2个基因. 对这一区段及其编码基因的功能研究将阐明xa5抗白叶枯病的分子机制.     

异源nifA基因对苜蓿中华根瘤菌nifA突变体的互补分析

为深入研究苜蓿中华根瘤菌NifA的特性, 分别用组成型表达的慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌的nifA 基因互补苜蓿中华根瘤菌nifA 突变体, 观察其共生表型. 结果表明, 慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌nifA 基因不能互补苜蓿中华根瘤菌nifA 突变体的共生表型. 以苜蓿中华根瘤菌 nifA 突变体为遗传背景, 利用全基因组微阵列实验比较分析引入异源nifA 基因后产生的基因表达谱的变化. 结果显示, 苜蓿中华根瘤菌自身NifA蛋白引起238个基因的表达发生变化. 这些表达差异的基因分属共生、能量和中心代谢、持家、细胞结构与运输等生物学功能组. 慢生型大豆根瘤菌、紫云英根瘤菌和阴沟肠杆菌的NifA蛋白分别引起了20, 7和9个基因的表达发生变化. 这些基因主要是固氮相关基因, 但差异不及苜蓿中华根瘤菌NifA互补菌明显. 以苜蓿中华根瘤菌nifH启动子与lacZ融合基因为报道基因, 研究nifH的表达. 结果指出, 慢生型大豆根瘤菌和紫云英根瘤菌的NifA蛋白只能部分激活苜蓿中华根瘤菌nifH的表达, 激活水平分别为苜蓿中华根瘤菌NifA蛋白激活率的70%和50%, 与微阵列实验结果相符.     

广东黄坌早三叠世古地磁结果及其构造地质意义

对广东黄坌剖面早三叠世大冶组122个岩芯样品的岩石磁学和古地磁研究表明, 样品的载磁矿物以含钛的磁铁矿为主. 热退磁显示2~3组分量. 低温分量与现代地磁场方向一致, 100~400℃分离出一组叠加剩磁, 为燕山期的重磁化. 400~530℃退磁区间获得稳定的特征剩磁(层面坐标下D=51.1°, I=15.3°, α₉₅=5.0°), 并通过了广义的褶皱检验和倒转检验, 表明高温分量为原生剩磁. 对应虚磁极位置: 38.5°N, 212.7°E, d_p=2.6, d_m=5.1. 它与扬子地块同时代的极位置在95%的置信区间内重叠, 表明在早三叠世时, 南华地块与扬子地块已经拼贴. 已发表的南华地块上的早三叠世古地磁数据表明, 它们的磁倾角接近, 但偏角变化较大, 在投影图上早三叠世古磁极分布于一个以南华地块为中心的小圆上, 暗示了中国南方广泛存在的局部旋转导致各地的古地磁极不一致.     

国外种质拓宽中国大豆品种遗传基础的SSR标记分析

利用系谱追踪与SSR (simple sequence repeats)标记分析了大豆品种绥农14号和合丰25号的遗传组成, 旨在揭示国外种质在拓宽中国大豆优良品种遗传基础的贡献, 为有效利用国外种质培育大豆优良品种提供依据. 聚类分析结果表明, 利用日本种质十胜长叶和美国种质Amsoy作亲本育成的、包括绥农14号和合丰25号在内的中国大豆品种与其系谱中其他品种存在明显差异. 与其他祖先亲本相比, 十胜长叶与绥农14号或合丰25号有较大的亲本系数, Amsoy与绥农14号有较大的亲本系数. 绥农14号和合丰25号的遗传相似性高达60.58%, 在20个LG中, 以I, L和C2这3个LG上相似的染色体片段较长. 在两个国外种质特有SSR变异位点中, Amsoy有5个传递给绥农14号, 十胜长叶有3个传递给绥农14号. SSR标记与农艺性状的关联分析发现, 十胜长叶的 satt513与百粒重显著相关, Amsoy的satt192, satt545与油份显著相关, satt499与百粒重相关, 推测与国外SSR特有等位变异相关的优异性状经合丰25号传给绥农14号在我国大豆品种改良中发挥了重要作用.     

肺炎克氏杆菌固氮酶双突变株的构建及其对底物还原的特性

通过定点突变及基因替代技术, 将肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae, Kp)野生型菌株的固氮酶钼铁蛋白α亚基中铁钼辅因子(FeMoco)周围多肽链的Glnα190和Hisα194分别置换为Lys和Gln, 并构建成2个单突变株,命名为Kp-Qα190K和Kp-Hα194Q. 将上述2个突变分别引入Kp-nifV突变株(与FeMoco相连接的高柠檬酸被柠檬酸置换)获得另外2个双突变株, 命名为Kp-Qα190K-nifV^&#8722;和Kp-Hα194Q-nifV^&#8722;. 对上述4种突变株进行诱导培养和细胞的固氮酶活性分析表明, 4种突变株都失去了固氮活性, 乙炔(C₂H₂)还原活性也大幅度降低, Kp-Qα190K单突变株的乙炔还原活性比Kp-Hα194Q单突变株下降得多; Kp-Qα190K-nifV^&#8722;双突变株几乎完全丧失了活性, 而Kp-Hα194Q-nifV^&#8722;野生型菌株10%的乙炔还原活性. 突变株将氘代乙炔(C₂D₂)还原成氘代乙烯(C₂D₂H₂)的情况是: Kp-Qα190K和Kp-Hα194Q-nifV^&#8722;突变株的C₂D₂还原产物中, 反式-1,2-二氘代乙烯比例比Kp野生型增加了1倍, 表明固氮酶催化加氢的立体构型选择性降低. 以上结果表明, 固氮酶活性中心周围多肽环境中Glna190残基, 及与FeMoco相连的高柠檬酸, 可能直接参与质子和/或电子向活性中心FeMoco的传递. 推测Glna190和与FeMoco的Mo原子相连的高柠檬酸, 在质子和/或电子通过Mo位进入FeMoco起关键作用. 这种双突变株所产生的固氮酶, 有利于在体外研究固氮酶的催化机制, 可以通过分析用于还原底物的电子和质子进入活性中心FeMoco的位点, 推测出底物在活性中心中的络合和还原的部位.     

宝山堇菜(Viola baoshanensis)——一种新的镉超富集植物

通过野外调查和温室试验, 发现并证实宝山堇菜(Viola baoshanensis)是一种Cd超富集植物. 自然条件下, 宝山堇菜地上部Cd平均含量为1168 mg/kg, 变化范围为465~2310 mg/kg; 地下部Cd平均含量为981 mg/kg, 变化范围为233~1846 mg/kg. 地上与地下部Cd含量比值变化范围0.41~2.22, 平均为1.32. Cd生物富集系数变化范围为0.7~5.2, 平均为2.38. 营养液培养试验研究表明, 宝山堇菜地上部Cd含量随生长介质中Cd浓度的增加而呈线性增加. 营养液Cd浓度为50 mg/L时, 地上部Cd平均含量达到4825 mg/kg, 在Cd浓度为30 mg/L时, 生物量达到最大值; 地上与地下部Cd含量的比值变化范围为1.14~2.22, 平均为1.67, 显示宝山堇菜不仅可以超量吸收Cd, 而且可以从地下向地上部有效输送. 宝山堇菜的发现将为Cd超富集植物的生理、生化、遗传和进化及其在Cd污染土壤修复方面的研究提供新的重要材料.     

梧州繁殖中心圈养黑叶猴遗传多样性分析和野外放归种源选择

采用线粒体控制区和微卫星DNA分子标记,对梧州繁殖中心圈养黑叶猴的遗传多样性、圈养个体来源地以及个体间的亲缘关系进行分析.在355 bp线粒体控制区序列中发现了35个核苷酸变异位点,包括3个转换、29个颠换和3个插入/缺失,这些变异位点共定义了13种单倍型.圈养黑叶猴核苷酸多样性(π)为0.027,单倍型多样性(h)为0.627.采用11对微卫星引物对圈养黑叶猴DNA进行扩增,共检测到47个等位基因,每个座位的平均等位基因数为4.18.平均期望杂合度(He)为0.559,观测杂合度(Ho)为0.551.与其他濒危灵长类动物相比,圈养黑叶猴遗传多样性处于中等水平.将贵州、广西、越南野生黑叶猴和圈养黑叶猴单倍型进行比较,发现梧州繁殖中心圈养黑叶猴个体来自广西境内和广西与越南交界地区.采用微卫星数据分析了圈养黑叶猴亲缘关系和遗传距离,选取3只雄猴和7只雌猴组建了3个家庭单元用于野外放归.