籽粒性状直接影响水稻的产量和品质,因此,解析水稻籽粒性状的遗传机制对提高水稻产量和品质至关重要.本研究以籽粒性状差异较大的稽稻和广百香占为亲本构建定位群体,利用水稻1K mGPS SNP芯片对定位群体进行基因分型,构建了包含770个Bin标记的高密度遗传图谱,通过QTL定位分析,最终鉴定出17个调控籽粒性状的QTLs,其中粒长QTL4个,粒宽QTL3个,粒厚QTL3个,长宽比QTL2个,千粒重QTL5个,LOD值介于2.55～42.44之间,表型贡献率介于4.73％～29.63％之间.在这17个QTLs中,9个为已知粒型基因位点,8个可能是新鉴定位点,分别为粒长qGL6,粒宽qGW5、qGW10和qGW12,粒厚qGT10,长宽比qGLWR5-2,千粒重qTGW10和qTGW11.根据新发现粒宽QTL(qGW5)定位区间内的基因注释、与拟南芥的同源基因比对、时空表达分析、激素响应分析和序列分析,最终筛选到1个编码CCCH类锌指蛋白的调控水稻粒宽的候选基因Os05g0195101.本研究为进一步开展水稻籽粒性状基因的克隆和遗传调控的解析奠定了基础.

以籼型水稻RH003与华占构建的106个重组自交系后代作为试验材料,对海南陵水和安徽合肥两季稻米的粒长、粒宽、长宽比、垩白粒率和垩白度5个外观品质性状进行相关性分析和QTL定位,研究发现垩白与长宽比相关性最高,呈极显著负相关,其次为粒宽,呈显著正相关,粒长与垩白相关性较小,仅合肥试验点的粒长和垩白度达到负相关显著水平,其他均未达到显著水平;QTL定位共检测到17个QTL位点,两季重复检测到的QTL位点有6个(qGL2a、qGL2b、qGW2b、qGLW2、qCR4和qCD4),且LOD值和表型贡献率较高.其中,粒型QTL 4个,均位于第二染色体,垩白度和垩白粒率QTL各1个,均位于4号染色体且位置相近.研究可为外观品种性状的基因发掘和分子育种提供参考.

蚕豆(Vicia faba L.)是我国重要的食用豆作物,在我国南方为秋播作物,主要生产大粒鲜食型蚕豆,对该地区蚕豆资源进行粒型性状关联分析,发掘与其关联的分子标记,有助于鲜食型蚕豆分子标记辅助育种.本研究以90份秋播区蚕豆资源为材料,于2019年和2020年对其粒型性状进行了表型鉴定;采用67对多态性的SSR标记对群体进行基因型鉴定,共扩增出278个等位变异,平均等位基因数目为4.1,聚类分析将该资源分成3大类,其中粒长、粒宽和百粒重3个性状值较大的品种主要分布在A类群.在群体结构分析的基础上,利用TASSEL软件的MLM(Q+K)模型分析了 67个SSR标记与粒型性状的相关性,通过关联分析共检测到50个与粒型性状显著相关联的分子标记(P＜0.001),其中有29个标记P值小于0.0001.在多年多点的分析中,ICS48和ICS455同时与粒宽和粒重显著关联.根据关联分子标记的稳定性和贡献率,得到3个与粒型相关的优势等位位点:ICS48-H1、ICS51-H1以及ICS455-H3(P＜0.0001;r2＞18％).本研究将有助于我国秋播区蚕豆的分子标记辅助选择和分子设计育种.

为探讨核桃SnRK1 蛋白激酶对种子油脂合成与积累的调控机理,本研究以'香玲'核桃种仁cDNA为模板,克隆分离得到SnRK1 蛋白激酶α亚基的一个编码基因JrSnRK1α1.1,其CDS序列全长为 1 539 bp,编码 512 个氨基酸.构建植物超表达重组载体PBI121-JrSnRK1α1.1,转化并获得了超表达核桃JrSnRK1α1.1基因的拟南芥株系J-1、J-2 和J-3.与野生型拟南芥相比,转基因植株表型无明显差异.采用数码显微镜对转基因拟南芥株系种子进行观察,结果显示,相对于野生型,转基因拟南芥株系的种子瘪小、表皮皱缩;株系J-1、J-2 和J-3 瘪小种子占比分别为 43.69%、60.80%和 45.87%,显著高于野生型WT(8.43%);种子的千粒重比野生型降低了 27.95%-29.32%,差异显著;种子平均粒长和粒宽也显著变小;因此JrSnRK1α1.1 可能参与了种子的发育进程.进一步对种子的粗脂肪含量进行测定,结果表明,与野生型相比,转基因拟南芥株系J-1、J-2 和J-3 的种子粗脂肪含量显著下降,分别比野生型下降 9.66%、23.86%和 17.61%.荧光双分子试验结果表明,核桃JrSnRK1α1.1 与油脂合成关键转录因子JrWRI1 互作.综上所述,超表达核桃JrSnRK1α1.1 对拟南芥植株生长发育影响不明显,显著影响了拟南芥种子的发育,负调控种子油脂的合成与积累过程.

救荒野豌豆(Vicia sativa L.)是一种粮菜兼用的食用豆类作物,也是重要的绿肥和优质牧草,具有重要经济价值和显著生态优势.目前关于西南地区救荒野豌豆资源的种子形态鉴定及萌发特性等相关研究存在空白.为了更好的保护和利用救荒野豌豆珍稀濒危野生种质资源,本研究对我国西南地区贵州、四川和云南三省的救荒野豌豆野生种质资源开展了调查收集,共调查了 20个县(区),收集到106份形态多样、耐逆性强的野生种质资源.对这些资源的百粒重、粒长和粒宽等8个种子性状进行了鉴定评价,发现百粒重变异系数最大(92％),百粒重最大的来自云南(9.18g),最小的来自贵州(0.31g).同时发现云南地区的救荒野豌豆与贵州和四川地区的资源在8个性状上均有显著差异.此外,对来自3个地区的3份代表性种质资源开展萌发特性研究,发现机械破皮和浓硫酸处理30 min均可有效打破休眠,显著提高救荒野豌豆野生种质资源的种子萌发率.以上研究结果为我国救荒野豌豆珍稀濒危野生资源的保护利用提供了重要理论基础和技术保障.

小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一,挖掘籽粒大小和形态性状的关联位点,筛选相关候选基因对于提高小麦产量具有重要意义.本研究以国内外具有代表性的300份冬小麦自然群体为研究材料,对千粒重、粒长、粒宽、粒厚、籽粒长宽比、籽粒面积、籽粒周长、籽粒形状和籽粒饱满度等9个籽粒性状进行表型鉴定,利用小麦90 K SNP芯片进行基因型采集,通过混合线性模型(MLM+Q+K)对籽粒大小和形态性状进行全基因组关联分析.研究结果表明,小麦籽粒大小和形态性状表现出丰富的表型变异,变异系数范围3.80％～26.06％,广义遗传力在56.25％～91.98％之间.通过GWAS检测出66个与籽粒大小和形态相关的稳定关联位点(P≤0.001),分布在除3D、4D、5D外的18条染色体上,可解释3.74％～14.34％的表型变异.检测到37个与两个及以上籽粒性状关联的一因多效位点,其中3B染色体的BS00022512_51标记同时与4个籽粒性状(粒长、粒宽、粒厚和籽粒长宽比)关联,具有最大的表型贡献率(7.06％～14.34％),6D染色体的wsnp_Ex_c4480_8055475标记同时与除粒厚、籽粒形状和籽粒饱满度以外的6个籽粒性状关联,表型贡献率为3.81％～8.25％.将 BS00022512_51和wsnp_Ex_c4480_8055475标记进行单倍型分析,发现位于6D染色体上的wsnp_Ex_c4480_8055475位点存在GC-Hap1、AT-Hap2和AC-Hap3三种单倍型,单倍型GC-Hap1为籽粒较大的高千粒重单倍型.3种单倍型的整体分布频率分别为65.58％、32.25％和2.17％,单倍型GC-Hap1在中国4个冬麦区品种(系)中被大量选育.对37个一因多效位点进行发掘,筛选到9个籽粒大小和形态性状相关的候选基因.

利用以栽培稻9311为受体、普通野生稻为供体的染色体单片段置换系CSSL182,检测到一个与粒宽相关的QTL.CSSL182与受体亲本9311粒型性状差异显著,且只在8号染色体有一个野生稻导入片段.构建CSSL182/9311的F2次级分离群体,将粒宽QTL初定位在8号染色体的标记RM447和RM264之间,贡献率达22.49％,将该QTL命名为qGW8.1.随后进一步设计区间内多态性分子标记引物,检测F2群体的2000株分离个体以及F2∶3群体交换单株,结合后代表型验证,最终将qGW8.1精细定位到8号染色体10 kb区间内.该区间内含有3个候选基因,基因测序发现这3个基因在双亲之间均含有丰富的变异.对双亲子粒颖壳细胞电镜扫描观察发现,CSSL182的颖壳细胞宽度比9311减少16.7％.这一结果表明qGW8.1中来自野生稻的等位基因通过改变颖壳细胞形状影响粒型.

对108份薏苡属种质资源的22个表型性状进行了多样性分析和分类.结果表明,全部材料涵盖了薏苡属的2个种和4个变种,除了花药色表现一致外,其他9个描述型性状(芽鞘色、叶鞘色、幼苗叶色、柱头色、幼果颜色、果壳色、喙的有无、总苞形状、总苞质地)的多样性指数在0.5519～1.6475之间,12个数值型性状(株高、着粒层、主茎粗、叶长、叶宽、总分蘖数、有效分蘖数、主茎节数、分枝节位、百粒重、粒长、粒宽)的变异系数范围为13.01％～60.09％.相关分析发现,大部分数值型性状间存在显著相关性,而主成分分析将表型性状分为5个主成分,累积贡献率为77.363％.聚类分析将108份资源划分为3个类群,类群Ⅰ主要分布在较高纬度地区,表现为植株矮小、叶片小、节数少和分枝节位低等特点;类群Ⅱ主要分布在中国的长江中下游、西南和南方地区及东南亚的较低纬度地区,表现为植株高度、茎粗、节数及叶片大小等表现中等、分蘖数偏低等特点;类群Ⅲ分布在中国西南地区,主要表现为植株茎秆高大粗壮、叶片大、节数多和分枝节位高、分蘖多、生物量大等特征.大部分材料均表现出比较明显的地域性和不同的表型特征,可以作为薏苡新品种选育和改良的优异亲本材料.

以自交系PHB47为轮回亲本,美国GEM种质YUCATAN TOL389 ICA为供体,构建包含115个株系的BC3F4群体为材料,利用玉米56K SNP芯片鉴定基因型,采用基于似然比测验的逐步回归分析法,对产量相关性状进行QTL定位分析.共获得7个稳粒数、穗长、粒宽、株高和穗位高加性QTL,解释3.72％～21.90％的表型变异;5个控制单稳重、百粒重、穗长和株高的显性QTL,表型变异解释率为8.40％～21.90％.同时,利用Meta-QTL分析方法,对2005-2018年已发表的不同环境条件下产量相关性状QTL的定位结果进行了整合分析.在正常田间管理条件和营养胁迫条件分别获得37个和16个MQTL.本研究中稳位高加性位点AX-116871591位于MQTL16区段内,并且与MQTLNP7位置相近,该区段内包含生长素/脱落酸转录因子IAA5.穗粒数加性位点AX-86281411,粒宽加性位点AX-86267702和株高显性位点AX-116875920均位于MQTLNP9区段内,该区段内包含NAC转录因子NACTF36.NAC转录因子、MYB转录因子和SOD基因均存在于两个环境条件MQTL区段内.

为探究中国库存大麦种质资源的表型多样性及其变异规律,同时挑选高生物产量的大麦遗传资源发展饲草大麦,本研究以来源于全国不同地区的102份库存高秆大麦种质为材料,通过Shannon-Weaver多样性指数、相关分析、聚类分析、主成分分析等方法对15个表型性状进行综合评价.结果 表明:15个性状中拔节期底部叶片黄化、倒伏性、灌浆期底部叶片黄化、千粒重变异较大,粒宽、株高变异较小,表型多样性指数范围为0.729～0.957,皮裸性、千粒重、籽粒周长、灌浆期株高等性状的遗传多样性较高.不同来源种质间表型多样性比较结果表明,冬大麦生态区表型多样性(0.721)高于西南及青藏高原裸大麦生态区(0.706).相关分析、主成分分析、聚类分析均表明,皮裸性是影响大麦种质表型差异的重要影响因素,而倒伏、拔节期和灌浆期底部叶片黄化等饲草相关性状相对独立.聚类分析将102份种质分为4类,相同来源地的种质聚在一起.本研究结果表明中国库存大麦种质资源具有丰富的表型多样性,从中筛选的高秆、大叶、抗倒伏等优异性状的大麦资源,为后续培育青饲、青贮专用型大麦品种提供了资源保障.