以来源于内蒙古10个盟市及地区的143份冰草属种质资源为研究对象,通过变异系数、遗传多样性指数、相关性分析、主成分分析、聚类分析和灰色关联法等方法,鉴定了 143份内蒙古地区冰草属种质资源表型性状的多样性水平,并筛选了优异种质资源.结果表明:冰草属种质的17个表型性状变异较大,遗传多样性丰富,变异系数在11.47％～93.92％之间,平均为42.80％,其中叶片宽度的变异系数最高,种子长的变异系数最低;遗传多样性指数(H')为1.279～2.025,平均为1.721,其中颖长度的多样性指数最大,小穗长的多样性指数最小.相关性分析表明,17个表型性状间存在不同程度的相关性.主成分分析显示,前6个主成分因子贡献率为5.934％～20.885％,累计贡献率达69.866％.聚类分析将143份种质划分为3大类,第I类综合性状较好,小穗数和小花数指标突出,具有高产潜力,包含27份资源;第Ⅱ类综合性状一般,种子综合性状较好,包含23份资源;第Ⅲ类综合性状较差,株高较高,包含93份资源.采用灰色关联方法综合评价冰草属种质的表现,结果表明千粒重、小穗数、叶舌长度、叶片宽度和叶面积可作为种质评价指标,并筛选出编号18、22、23、24、25、35和43等优异冰草材料及编号92、136和142等多花冰草材料,综合性状协调,可供冰草属种质遗传改良与育种利用.

[目的]水稻的抽穗期对水稻地域适应性及水稻产量至关重要,对水稻抽穗期基因进行鉴定及功能分析,可以为水稻育种提供优异的基因资源.[方法]通过BSA-seq方法对一个黄化早抽穗突变体hz1(huangzao 1)进行基因定位克隆及连锁分析;利用RT-qPCR技术分析目的基因HZ1 的表达谱,并用水稻原生质体瞬时转化查明HZ1 的亚细胞定位;对突变体的抽穗期、叶绿素含量、过氧化氢含量等生理指标进行测定,详细分析其表型变化.[结果]田间表型观察发现hz1表现早抽穗,长日照(long-day,LD)及短日照(short-day,SD)条件下hz1 的抽穗期相同,分别比野生型(wild type,WT)早抽穗 43 d和 26 d,表明hz1 是一个光周期不敏感的突变体.同时hz1 表现黄化表型,相比WT,叶绿素含量下降.遗传分析表明hz1 由隐性单基因控制,F2 混池高通量测序将目的基因定位于水稻第 6 染色体上 17.8 Mb区间内,分析发现该区间内一个T-DNA插入位点LOC_Os06g40080 与hz1 目标性状完全连锁,LOC_Os06g40080 为已知的SE5 基因,编码血红素加氧酶 1(heme oxygenase 1,HO1).HZ1/SE5 在叶片中高表达,在LD及SD条件下具有昼夜节律性表达.亚细胞定位发现HZ1/SE5 蛋白定位于叶绿体中.表达调控分析表明HZ1/SE5主要通过调控水稻成花素Hd3a和RFT1 的表达来调控水稻的抽穗期;并通过调控叶绿素合成途径相关基因的表达水平影响水稻叶绿素水平变化.[结论]黄化早抽穗突变体hz1 由于血红素加氧酶编码基因SE5 突变导致其对光周期不敏感,HZ1/SE5 基因通过调控水稻成花素基因及叶绿素合成途径相关基因的表达而影响水稻的抽穗期及叶片的黄化.

玉米成熟期籽粒含水量(KMC,kernel moisture content)是影响玉米机械化粒收的关键因素,利用多位点全基因组关联分析(ML-GWAS,multi-locus genome-wide association study)挖掘与籽粒含水量相关性状显著关联的遗传位点,解析其遗传基础,可为适机收玉米品种的选育和遗传改良提供参考.本研究以205份玉米自交系为材料,在4个环境下测定成熟期籽粒、苞叶与穗轴的含水量,使用 mrMLM、FASTmrMLM、FASTmrEMMA、pLARmEB、pKWmEB 和 ISIS EM-BLASSO 6 种多位点关联分析方法结合分布于全基因组的76492个单核苷酸多态性位点(SNP,single nucleotide polymorphism)进行关联分析,挖掘其候选基因并进行基因注释.表型分析显示,205份材料的籽粒含水量相关性状的变异系数在10.47％～33.90％,广义遗传率在67.39％～81.24％.6种ML-GWAS方法共检测到26个、15个和23个SNP位点分别与籽粒含水量、苞叶含水量和穗轴含水量显著关联;其中3种及以上方法共同检测到14个显著关联SNP位点,表型贡献率(PVE,phenotypic variation explained)在1.13％～17.21％.6种方法中pLARmEB检测到的显著位点最多,FASTmrEMMA检测到的最少.基于3种及以上方法共同检测到且平均 PVE≥5％的显著 SNP 位点为 Chr1_9232728、Chr4_176596174、Chr8_57716249 和 Chr5_191021635,在这 4 个 SNP 位点上下游220 kb共挖掘到17个候选基因,主要富集到细胞解剖实体、新陈代谢过程和细胞进程与催化活性,推测这些基因通过调节细胞代谢与催化活性最终影响玉米籽粒、苞叶和穗轴的含水量.

稳定遗传的雌性不育系是薏苡实现杂种优势利用的关键,雌性不育基因的利用也是实现轻简化杂交种制种的重要途径.本研究团队在资源鉴定过程中首次发现了在自然条件下产生的薏苡雌性不育遗传材料FS2106.以FS2106为试验材料,对其表型、花粉活力和染色体数目进行鉴定,以其为父本与2个可育薏苡材料配制杂交组合,观测雌性不育性、柱头颜色、叶鞘颜色和总苞质地4个性状在F1、F2群体中的性状分离情况,并通过x2检验揭示其遗传方式和遗传规律.结果表明,FS2106植株的株高、茎粗、分蘖数、叶长和叶宽的平均值分别为86.9 cm、4.9 mm、33.4个/株、34.3 cm和2.2 cm;开花期雌穗不发育、雄穗发育正常,产生正常活力花粉,雌性不育性状稳定;染色体数目为2n=20,倍性正常.x2检验显示,FS2106植株的雌性不育性属于单基因控制的隐性核遗传,其紫色叶鞘、紫色柱头颜色、总苞质地性状均为单基因显性遗传,而且总苞质地性状位点表现为杂合子.FS2106的发现及其雌性不育基因的挖掘为薏苡杂种优势利用和杂交制种提供了基础材料,叶鞘颜色、柱头颜色和总苞质地性状也可做为育种应用的重要标记性状.

芒是麦类作物穗部器官的重要组成部分,在提高籽粒产量、促进种子传播和防御虫害等方面具有重要作用.大麦具有丰富的芒型突变体,加之其二倍体的特性,成为麦类作物芒器官形态建成研究的理想作物.本研究报道了一个大麦芒型突变体材料calcaroides,表现为外稃顶端或是稃芒基部异形凸起,形成呈钩状不完全花器结构,属基部钩芒类型.突变体芒较短并伴随抽穗期推迟,株高、穗长和穗粒数显著降低等表型.遗传分析表明,突变体的芒型突变性状受单隐性基因cal-d控制.前期利用cal-d导入系BW106 × Bowman的F2群体,结合简化基因组测序(GBS,genotyping by sequencing)分析,将cal-d基因初步定位于3H染色体.进一步利用来自F2的杂合单株,包括13000株单株的F2∶3群体进行精细定位,最终将cal-d基因定位于3H染色体153～329Mb区间的近着丝粒区域.通过转录组混池测序分析结合大麦基因组和表达谱资源数据库,初步筛选了 9个候选基因.本研究结果为大麦芒型突变基因cal-d的克隆与功能验证奠定了基础,对于解析麦类作物芒的遗传发育机制具有重要的意义.

玉米穗长通过影响穗粒数,进而影响产量,是育种改良的重要目标性状之一.发掘与穗长性状相关QTL和基因对穗长性状的遗传改良具有重要意义.本研究以一对穗长具有显著差异的高世代姊妹系为亲本,构建F2群体并自交得到F2∶3,利用Maize6H-60K基因芯片分别对亲本及F2群体进行基因型分析,并通过ICIM、GCIM和dQTGseq 3种方法对F2和F2∶3群体的穗长进行QTL定位.结果表明,3种方法共定位到7个与穗长相关QTL位点和43个QTNs,解释了 2.04％～10.24％的表型变异.交叉分析不同方法得出的定位结果,在6号染色体上发现一个调控穗长的稳定QTLqEL6.01.根据定位区间内基因注释的结果,并结合参考基因的表达谱数据,共筛选出5个在雌穗中表达的候选基因:Zm00001d035514、Zm00001d035526、Zm00001d035537、Zm00001d035553和Zm00001d035535.本研究结果为玉米穗长基因的克隆及育种改良奠定了基础.

北部冬麦区是我国重要的小麦主产区之一,对该麦区历年国审小麦品种进行回溯分析有助于小麦品种资源的合理利用.本研究基于产量与熟期、穗数、穗粒数、千粒重、容重、品质指数、抗病指数和抗寒指数等性状的组合,采用品种-产量×性状组合(GYT,genotype by yield×trait)双标图方法对2003-2023年期间北部冬麦区47个国审小麦品种进行了综合分析和分类评价.结果表明,47个国审小麦品种可划分为4个特征显著的品种类型.其中,Ⅰ型品种综合表现优秀,在产量与早熟性、抗病性、抗寒性、千粒重和容重等性状组合上表现突出,在产量与穗数、穗粒数和品质指数组合上表现优良,在生产上推广应用价值最高,主要包括京麦179、京农16和津麦3118等8个品种.Ⅱ型品种综合表现优良,在产量与品质指数、穗数组合上表现突出,在产量与抗病指数、抗寒指数组合上表现稍差,在生产上推广应用价值较高,但应注意生产安全,主要包括京麦202、京农19和轮选158等13个品种.Ⅲ型品种的产量与抗病和抗寒指数组合最好,但在其余性状组合上表现差,综合生产应用价值有限,可作为抗性亲本.Ⅳ型品种综合表现较差,可选择单性状表现优良的品种作为育种亲本应用.根据各品种在GYT双标图ATA轴上的投影位置,筛选出综合表现优良的京麦179、京农16、津麦3118、京麦189、京麦202、京花12号、京农19、轮选158和中麦623等品种.本研究采用GYT双标图分析方法基于"产量-性状"组合水平对北部冬麦区小麦品种进行综合评价和分类研究,为其他作物和地区的类似研究提供了参考.

大麦属(Hordeum)隶属于禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae),自然群落分布广阔、生态迥异,部分物种具有重要的经济利用价值.由于大麦属各物种之间在形态上辨识度低,同名异物、同物异名的现象时常发生,降低了野外资源考察鉴别物种的效率和准确度.构建完整且详细的分组分种检索表及各物种电子名片,将为物种分类检索及快速识别大麦属物种提供重要的参考模本以及实践数据,推动大麦属植物资源的调查、收集、评价和利用.本研究选取32个大麦属物种的38份材料,于2020和2021年度开展大麦属各物种的温室种植试验,调查统计了 45个质量性状和15个数量性状.通过对整株、穗部、三联小穗等重要表型性状拍照以及各物种细微差异比较,可以精确区分大麦属各个物种,并构建了大麦属物种分组分种检索表和各物种的电子名片.

穗顶部退化型在生产中十分常见,它影响穗粒数、结实率和单株产量,需要在育种实践中尽量避免;而直立密穗型是一种能够适应密植栽培的穗型.分离和克隆这两个性状的相关基因对水稻的分子设计育种具有重要意义.本研究报道了一个水稻穗部突变体zhao1的研究结果.zhao1表现为密穗和穗顶部退化的双重表型,利用该材料与IRAT129杂交,F2群体中分离出穗型和顶部退化两个独立遗传的性状.遗传分析表明,直立密穗性状为单基因显性性状,而穗顶部退化性状可能涉及不多于两对的基因.分别对这两个性状开展了连锁分析和图位克隆,发现密穗性状的候选基因为DEP1,其突变方式与dep/的突变方式相同.穗顶部退化性状的连锁和图位克隆结果将穗顶部退化候选基因确定在第3号染色体6.85～6.93 Mb区间内.该区间包含8个推测的基因,其中基因LOC_Os03g12790的表达量下调了 27倍,是可能的候选基因,为最终克隆穗顶部退化候选基因奠定了基础.

qPh-3D为1个控制株高的主效QTL,可在科农9204×京411衍生的重组自交系群体(KJ-RILs)的14组环境数据中被稳定检测到,定位于科农9204基因组3D染色体KN3D:515.08～539.08Mb区间内,其降低株高的等位基因来自京411.本研究继续深入分析该QTL降秆机制,并利用包含187个家系的KJ-RILs群体及316份育成品种(系)组成的自然作图群体,对其进行遗传效应解析,进一步明确其对产量性状的影响.基于KJ-RILs群体分析结果 表明,来自京411的qPh-3D降秆基因型通过降低穗部以下各节间长度进而显著降低株高,但对穗长无显著影响.qPh-3D在降低株高的同时,可一定程度降低单株产量.在qPh-3D靶区间内选择2个紧密连锁的标记AX-110160363和AX-111109273,对316份自然作图群体进行产量性状遗传效应和靶区段选择效应分析.结果表明,降秆基因型在降低株高的同时,对穗长具有一定正效应,但对单株产量具有显著负效应.qPh-3D靶区段育种选择效应分析结果 表明,北京和陕西对qPh-3D降秆基因型利用率较高;而四川、青海、山东以及国外地区对其利用率较低,且在不同年代中,降秆基因型利用率均较低.随着时间的推移,qPh-3D的增秆基因型利用率呈上升趋势.此外,本研究还开发了 1个与qPh-3D紧密连锁的基于PCR技术检测的InDel分子标记.研究结果可对未来qPh-3D分子育种应用提供理论参考.