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2011年重点实验室年报
发布时间:2013-05-14

目  录
一、 实验室基本信息
二、 实验室概况
三、 实验室学术委员会
四、 实验室构成
五、 实验室2011年主要工作进展
(一) 科研项目、科研经费
(二) 获奖成果
(三) 发表论文
(四) 获批专利
(五) 人才引进和研究生培养
(六) 国内外学术交流和会议
(七) 运行管理

附录:

2011年部分博士、硕士论文摘要

农业部重点实验室工作年报

一、 实验室基本信息

专业性(区域性)重点实验室名称:油菜遗传育种重点实验室
所属学科(领域)名称:油料作物生物学与遗传育种
依托单位名称:华中农业大学
通讯地址:湖北省武汉市洪山区狮子山街1号
实验室主任:周永明
实验室学术委员会主任:官春云
邮政编码:430070 
联 系 人: 熊秋芳
联系电话: 027-87281507
传   真: 027-87280009
E-mail:  xiongqf@mail.hzau.edu.cn

二、实验室基本概况
1、实验室基本概况
(1)学科和人才队伍
本专业实验室的油菜遗传改良研究始于上世纪50年代初,由我国油菜科学的奠基人刘后利教授从美国获博士学位后回国创立,是国内开展油菜遗传改良研究最早的单位之一。上世纪60年代中期,以刘后利教授为学术带头人、本实验室学术带头人傅廷栋院士等为主成立了华中农业大学油菜研究室,他们在黄籽油菜和杂种优势等领域开展了多项国内外首创的研究工作,为本群体日后的发展奠定了坚实基础。1980-1994年,吴江生、孟金陵、周永明、李再云、杨光圣等一批具有博士学位的青年教师陆续充实到油菜研究室,形成了以傅廷栋院士为学术带头人的研究集体。90年代后期以来,涂金星、马朝芝等年轻学者加盟,进一步加强了前沿学科领域的研究力量。近年来,又有一批30岁左右的博士充实到实验室的不同研究方向。目前,主要学术骨干围绕油菜遗传改良的总体研究目标,已在新品种选育与推广、品质遗传改良、分子生物学、基因组学、种质创新、杂种优势的理论基础与利用新途径等方面形成了自己的研究特色。
长期以来,本专业实验室一直是我校作物遗传育种学科的主要支撑力量,该学科于1989年以来一直是国家重点学科,刘后利教授、傅廷栋院士先后担任本学科的学术带头人。1992年,本团队作为主要支撑之一,参与了作物遗传改良国家重点实验室建设,并成为其重要组成部分。作物遗传改良国家重点实验室1996、2001和2006年均被评为优秀国家重点实验室。2002年,以本研究集体为主要依托,先后建设了国家油菜工程技术研究中心、国家油菜武汉改良分中心、华中杂交油菜研究中心等研究平台。2004年,以周永明教授为学术带头人,本研究集体入选教育部优秀创新团队。
目前实验室共有固定研究人员24人,其中有中国工程院院士1人,教授10人,副教授7人,讲师4人,其中具有博士学位的教师18人,占75%。46-55岁6人,占25%;35-45岁7人,占29%;35岁以下8人,占33%。具有高级职称的教师70%以上为留学回国人员。实验室现有中国工程院院士1名,第三世界科学院院士1名,国家百千万第一、二层次人才1名,国家和省部级有突出贡献的专家4名,教育部跨(新)世纪人才4名,973首席科学家1名,973课题主持人4名,形成了一支老中青结合、主要学术骨干研究方向相对稳定、密切合作、勇于创新、具有蓬勃生机和重要影响力的研究集体。
实验室长期致力于油菜杂种优势利用及基础研究、生物技术辅助油菜品种改良、油菜种质资源创新与利用、油菜基因组学和重要基因分离、油菜功能基因组学、油菜育种和品质检测新技术等方面的研究。先后发现和研究了黄籽甘蓝型油菜、波里马细胞质雄性不育、生态型雄性不育、核不育的定位与克隆、亚基因组间杂种优势、芸苔属与诸葛菜属间杂种中的遗传规律及新材料创造、芥菜型细胞质H阿(6-102A)雄性不育类型等,选育优质油菜新品种为全国各科研、教学单位培养、输送了200多名与油菜研究相关的高级专业人才(主要是硕士、博士),是国内培养油菜研究方向博士、硕士最多的单位,也是人事部、农业部油菜科技人员培训基地。目前每年有160多名油菜研究方向的硕士、博士研究生从事油菜研究工作。
(2)承担项目情况
“十一五”期间,本专业实验室人员共承担国家各类科研课题50多项(见附件清单)。其中主持国家“973”项目1项和课题3项,参加“973”课题2项;主持“863”计划项目5项,参加5项;主持国家科技攻关/国家支撑计划课题10项;国家科技重大专项5项;主持国家自然科学基金21项;主持公益性行业科研课题2项;现代农业产业技术体系专项3项。获得国家科技进步二等奖1项,湖北省科技进步一等奖2项、湖北省技术发明奖1项,省部级二等奖2项,植物新品种保护 项,授权专利11项。发表论文200多篇,其中SCI收录115篇。近五年通过审定油菜新品种26个,累计推广面积约近亿亩,创造了巨大的经济和社会效益。本团队在油菜遗传改良和品种选育方面处于国内领先、国际先进水平。
(3)主要研究成果
1、波里马细胞质雄性不育(pol CMS)的发现、研究与利用为我国及世界油菜杂种优势利用作出了重要贡献
杂种优势利用是实现作物高产的最重要途径,而授粉控制系统是杂种优势利用的基础。本实验室傅廷栋院士1972年在欧洲引进的甘蓝型油菜品种“波里马”中发现细胞质雄性不育材料(简称波里马细胞质雄性不育,pol CMS)。对pol CMS育性遗传及分子机理进行了系统分析,并在此基础上提出了有效利用的育种方法。pol CMS被国际上认为“是第一个有实用价值的油菜雄性不育类型” (Robbelen, 1991),pol CMS的发现及其研究推动了世界油菜杂种优势的利用。1985-1994年间,世界主要油菜生产国注册的17个注明不育系来源的油菜杂交种中,13个是利用pol CMS育成的。美国2001年双低杂交油菜面积的61%种植的是用pol CMS培育的新品种(2001,CANOLA VARIETY MARKET WATCH)。我国目前三系油菜杂交种超过60%都是利用pol CMS育成的。
利用pol CMS,傅廷栋及其团队选育出一批三系杂交种并在生产中大面积推广。其中傅廷栋选育的双低杂交种‘华杂4号’连续4年(2001-2004年)居全国单个品种推广面积第一位。利用pol CMS育成饲料油菜杂交种“饲油一号”,并在西北地区推广麦后复种饲料油菜的新技术,有效地解决了西部地区饲料供应问题,对我国西部地区农业和畜牧业持续发展及水土环境保护发挥了重要作用。pol CMS的发现及其研究利用先后获得国家教委科技进步奖一等奖、湖北省科技进步奖一等奖、国家科技进步奖一等奖、国家科技进步奖二等奖和国际油菜科学界最高荣誉奖——GCIRC“杰出科学家奖”以及发展中国家科学院“农业科学奖”等国内外奖励。
目前中国种植的油菜杂交种中,仍有50%以上(超过3500万亩)是Pol cms杂交种,年增产5-6亿公斤油菜籽。如傅廷栋院士及团队成员育成的37个“华杂”系列品种、青海农科院育成的全部“青杂”系列品种、中国农科院育成的大部分“中油杂”系列品种等都是Pol cms杂交种。到目前为止,各国学者发表的与Pol cms有关的文章共有750多篇,国内外与Pol cms有关的授权专利共62项(国外45项)。从发现Pol cms至今30多年,国际杂交油菜从无到有,到杂交油菜面积 E 面积的40%(中国已占70%),Pol cms的发现、研究及利用对世界油菜杂种优势利用这种发展速度和成就贡献十分突出。为了表彰“傅廷栋教授发现油菜Pol cms和对发展杂交油菜作出的杰出贡献”,1991年国际油菜研究咨询理事会(GCIRC,巴黎)授予他国际油菜科学界最高荣誉奖——GCIRC杰出科学家奖(四年评1人,20多年来,傅是唯一的亚洲获奖者)。授奖仪式上,大会主席Röbbelen教授代表GCIRC委员会致词说:“傅廷栋教授首次发现的Pol cms,为油菜利用杂种优势铺平了道路。……欧洲人毫无保留地将这归功于中国人”。“油菜波里马细胞质雄性不育的发现、研究与利用”于1996年获国家科技进步一等奖。2003年,第三世界国家科学院为了表彰“傅廷栋在杂交油菜研究方面的杰出贡献”,授予他农业科学奖,评选委员会的同行评价:“傅廷栋是国际杂交油菜研究的学科带头人”。
 Pol cms还被国内外研究者转育到大白菜(陕西农科院)、小白菜(南京农业大学)、红菜苔(华中农业大学)、青花菜(Yorrow)等十字花科蔬菜上,如湖北省审定的“红杂系列”红菜苔杂交种就是用Pol cms育成的。Pol cms的发现不但对油菜,而且对十字花科蔬菜的杂种优势利用也做出了重要贡献。
2、育成一大批油菜高产优质油菜杂交种并在生产中广泛推广应用,促进了我国油菜生产由常规的非优质品种向低芥酸、低硫苷的优质杂交种转变
1982年,团队负责人傅廷栋教授从西德学习回国后,根据国外双低育种中存在的品质与产量的矛盾,结合我国Pol cms研究的特色,提出“杂优+双低(低芥酸、低硫苷)”的育种策略,这一工作成为此后几十年全国各油菜育种单位的主要目标。
80年代后期-90年代初,我国育成的双低品种产量比双高品种减产15%左右,推广十分困难。1992年,傅廷栋育成我国第一个Pol cms低芥酸油菜三系杂交种华杂2号,1994年育成我国第一个双低冬播油菜三系杂交种华杂3号,此后还育成华杂4号、华协1号、华协102等一批双低(芥酸﹤1%,硫苷﹤30μmol/g)杂交种。这些品种不仅比当时大面积推广的品种中油821(双高品种,芥酸﹥40%,硫苷﹥120μmol/g)增产10-20%,而且油的食用品质、饼粕的饲用品质都得到根本改善。“杂优+双低”策略推动了全国优质杂交种的育种工作,由于解决了优质和高产的矛盾,大大促进了我国油菜双低化变革的进程,目前全国双低杂交种油菜面积已超过全国油菜总面积70%以上。据农业部农业技术推广服务中心发布的统计资料,1999、2001年全国推广面积最大的10个油菜品种中,傅廷栋育成的就有2个(华杂3号、华杂4号),其中华杂4号是我国2001-2004连续四年推广面积最大的油菜品种。华协1号在阿根廷(增产9-19%)、西班牙(增产18-28%)、瑞典(含油量达45.2-50.2%)等国表现优良。1990年以来,傅廷栋及其团队成员育成优质“华杂”、“华双”系列品种共43个(是全国育成油菜品种最多的单位之一),平均年推广面积1000多万亩,累计推广面积2亿多亩,创造经济效益约60多亿元,将科技成果及时转化为生产力,为国家油料生产作出了杰出贡献。
2004年以来,本实验室共育成品种31个,累计推广面积超过1亿亩, 获得了多项奖励。其中,实验室学术骨干杨光圣等人育成的高产优质抗逆杂交油菜品种“华油杂5号、6号和8号”的选育推广获得2009年度国家科技进步二等奖。优质高产抗耐病油菜新品种华双5号选育和应用获湖北省科技进步二等奖。
3、通过传统方法与等现代分子技术相结合,创造了一大批重要的种质资源
(1)新型芥菜型油菜细胞质雄性不育材料Hau CMS的发现与研究
这是傅廷栋教授在芥菜型油菜中发现的一个新的细胞质雄性不育类型。该芥菜型细胞质不育系(Hau CMS,00-6-102A)的不育性表现非常稳定、彻底,经过多年多点100多个组合测交,不育率、不育度均达100%。分子生物学研究已证明Hau CMS不育胞质与现有研究过的各种细胞质雄性不育类型均不相同,是一个新的不育性稳定的油菜不育胞质类型。此研究成果已于2006年3月通过成果鉴定,已获得了专利4项。
(2)自交不亲和油菜三系及应用
傅廷栋等(1975)在国内首先将白菜型油菜的自交不亲和基因导入甘蓝型油菜,得到甘蓝型油菜自交不亲和系“271”和“181”等,并实现自交不亲和系及其保持系、恢复系“三系”配套以生产杂交种;在此基础上,对利用盐水克服自交不亲和性进行了系统研究,得到一种能大量繁殖自交不亲和系的方法,并提出自交不亲和“二系”杂种的选育方法。团队成员马朝芝教授目前已利用该系统育成两个高产杂交种。
(3)pol CMS生态型细胞质雄性不育两用系
团队成员杨光圣等在甘蓝型油菜品种间杂交后代中发现了生态型雄性不育现象,并探明该雄性不育性是由相对高温引起的,而温度是通过细胞核内的温度敏感基因来调控细胞质线粒体基因atp6/0rf224的转录模式或RNA的加工来实现育性转换。因此,可以利用春播栽培条件的雄性不育性生产杂交种,秋播条件下繁殖生态型细胞质雄性不育系 E 不育体系是油菜杂种优势利用的一条新的更加简便有效的途径,于2003年获得国家发明专利,已选育出8061A等5个生态型雄性不育系并育成‘华油杂10号’等10多个通过审定的杂交品种。
创建了油菜核不育和pol CMS结合的育种体统,为植物杂种优势利用提出了一条新途径。该项研究已获得国家发明专利及湖北省科技发明一等奖等多项奖励。利用GCMS已育成 ‘华油杂5号’等4个杂交油菜品种并大面积推广。
(4)发现甘蓝型黄籽油菜,对黄籽油菜的遗传和分子机理进行了深入研究
黄籽油菜具有高油分、高蛋白质含量和低纤维素含量的优点,国际上十分重视黄籽油菜的研究。自刘后利教授首先在国内甘蓝型油菜中发现天然黄籽材料,并育成世界上第一个商用甘蓝型黄籽品种后,团队成员吴江生、涂金星等又先后获得了不同类型的黄籽材料,并对其遗传控制进行了深入研究,已育成黄籽三系杂种。
(5)创建了甘蓝型油菜亚基因组间杂种新资源,为进一步增强油菜杂种优势提供了基础材料
生产上大面积栽培的甘蓝型油菜(Brassica nupus AnAnCnCn, 2n=38)系白菜(B. rapa, ArAr, 2n=20)与甘蓝(B. oleracea, CoCo, 2n=18)之间天然杂交产生的异源四倍体。团队成员孟金陵提出利用亚基因组间杂种优势的新思路:将白菜型油菜的Ar基因组与甘蓝型油菜的Cn基因组结合在一起,或白菜型油菜的Ar基因组与埃塞俄比亚芥的(B. carinata, BcBcCcCc, 2n=34)的Cc基因组结合在一起,培育出染色体组型为ArArCnCn或ArArCcCc的油菜新种质,进而与自然的甘蓝型油菜AnAnCnCn杂交,组配超强优势的亚基因组间杂交组合。已培育出基因组构成为ArArCnCn和ArArCcCc的新材料,多年多点的研究证实了油菜亚基因组间杂种优势是显著提高油菜产量的新途径。该研究已获国家发明专利,并发表了系列研究论文,引起国内外同行高度关注。
(6)芸苔属—诸葛菜远缘杂交创造新种质
团队成员李再云通过远缘杂交,创造了芸苔属—诸葛菜的附加和代换材料、芸苔属亚倍体(具有部分染色体组成),为芸苔属作物育种及染色体组结构与进化研究提供了宝贵的新材料。他在芸苔属栽培种与中国特有植物诸葛菜的属间杂交中,发现亲本种染色体组分开的新遗传现象及其相应的遗传控制;这是继假配生殖、半配生殖和染色体消除之后植物远缘杂交中观察到的新染色体行为,揭示了新的细胞遗传学规律,丰富了植物遗传学的内容。该项研究发表SCI论文近20篇,被SCI引用100余次,有关研究先后在2003年获教育部自然科学一等奖,2008年获湖北省自然科学二等奖。
4、针对油菜品种选育和生产中的实际和重大科学问题开展基础研究并取得突出成就
本专业实验室研究团队坚持应用研究和基础研究相结合,在长期的工作中形成了自己的特色,并取得了国内外瞩目的成绩。
(1)油菜基因组学研究
在国内最早开展了遗传作图和基因组分析。利用多种不同的分子标记技术,用不同的作图群体构建了多张油菜分子标记遗传连锁图谱。其中用欧洲冬油菜品种Tapidor与中国的半冬性油菜品种Ningyou7(宁油7号)构建的TN DH群体已被“国际芸薹属基因组计划咨询小组”作为国际作图资源,保存在英国Warick大学的芸薹属基因资源库中。利用TN DH群体构建了含近千个不同分子标记的高密度遗传连锁图, 并与国际通用的油菜连锁群完全整合。已在TN图谱和其他图谱中定位了数以百计的控制油菜重要经济性状和品质性状的QTL。部分研究结果已发表在Genetics等国际主流学术期刊。
利用拟南芥全基因组芯片以及油菜表达芯片,进行了杂交油菜亲本和杂种、抗热处理后的基因表达谱等大规模功能基因表达分析。利用差异表达、芯片分析等方法,对显性、隐性核不育基因近等基因系育性特征开展了全基因组分析,鉴定了一批控制花器官发育和育性有关的基因。
   (2)重要农艺性状杂种优势的遗传和分子机理
利用多种分子标记精细定位了一批与杂种优势有关的数量性状位点(QTLs),发现在甘蓝型油菜中杂种优势和性状表现由不同的遗传体系控制。上位性位点对油菜杂种优势的形成起着重要作用,其中以加性效应的互作为主。纯合基因型群体(DH群体)的上位性位点与杂合基因型群体(IF2群体)的上位性位点存在较大差异,表明上位性位点的效应受遗传背景的影响。这些结果为深入了解杂种优势的基因控制提供了新信息。
将位于油菜产量相关性状QTLs区间的32个功能基因与水稻和玉米的相似序列及其邻近区域的QTLs进行了比较分析,发现部分基因能分别在这两种禾本科作物的染色体上找到功能相同的同源序列,其邻近区域也有产量相关性状的QTLs,说明不同作物杂种优势的产生可能具有某种共同的遗传基础,为深入阐明不同作物杂种优势的共性问题提供了新信息。
(3)重要品质性状改良的遗传基础
利用多个作图群体,定位了控制油菜种子主要品质性状芥酸、油酸、亚麻酸、硫苷、维生素E含量的基因/QTL。在硫苷含量QTL的定位中,共发现了32个控制硫苷总量和各组分的位点,其中硫苷总量4个QTLs位点解释的共同变异达73.9%。这是国际上对控制油菜硫苷含量遗传位点最为全面的图谱定位。通过对多个油菜作图群体的综合分析,鉴定出对含油量有重要贡献的QTL,为持续提高含油量奠定了基础。
(4)抗病性的遗传及分子机理
我国油菜生长发育最严重的生物胁迫来自于菌核病。采用抗病品种宁RS-1和中感病品种恢5200间杂交衍生的F2:3家系,定位了7个抗菌核病QTL。确证了数个拟南芥EST克隆以及两种硫苷分量分别与油菜抗性QTL存在着连锁关系。
利用拟南芥基因芯片进行了油菜抗病品种在核盘菌浸染时的基因表达谱研究,在鉴定出的36个显著上升表达的基因和25个显著下降表达的基因中,抗病及防御直接相关的11个,6个与茉莉酸途径相关;未知蛋白14个。
(5)高效硼高效、磷高效基因型鉴定及遗传分析
土壤缺磷和缺硼是我国油菜主产区主要的两大非生物胁迫因素。通过筛选获得甘蓝型油菜硼高效品种8个,低效品种3个。首次将硼高效基因BE1定位在油菜的第9连锁群中,并将其所在的区间定位在拟南芥第1染色体1个相距6.6 cM的区段内,发现。油菜硼高效基因BE1在拟南芥第1染色体上Abe1-2的同源区段相一致。从226个品种中筛选出1个磷高效品种和1个磷低效品种。利用分子标记遗传连锁图,在3个连锁群上寻找到对磷高效有显著效应的QTL位点4个,贡献率分别为33.3%,42.5%,33.1%和40.2%。上述研究在国内外均属首次,已发表系列研究论文。

(4)实验室特色和优势
与国内外同行相比,本专业实验室具有突出的研究特色和优势,主要体现在:
1、研究方向稳定、系统性强。本专业实验室在杂种优势、品质性状的遗传改良、远缘杂交等方向都有30年以上的工作积累,在研究材料、平台建设、成果产出方面优势突出。近年来通过引入新的研究方法和技术,使原有的工作进一步深入。
2、具备在学科前沿领域取得突破性进展的综合实力。本专业实验室加强了在分子生物学、功能基因组等前沿领域的研究,并在人才、技术平台构建和研究等方面取得了很大进展,有了较多积累,已在这些领域具备了较强的国际竞争能力。
3、基础研究与应用研究密切结合,服务国家重大需求效果显著。我们已建立从分子水平、细胞水平到品种选育和推广应用的整套体系,可围绕重大科学问题开展深入的基础研究,并将研究结果有效地用于指导解决作物遗传改良的实际问题,及时将科技成果转化为生产力,为国家油料生产发展做出了贡献。

2、总体目标和主要研究内容
(1)发展目标
本实验室的总体研究方向定位是:立足油菜产业需要,采用多学科研究手段,为油菜生产提供高产优质高效新品种并在生产上大面积应用推广,为保障我国食品安全作贡献。通过研究油菜高产、优质、抗逆、高效新品种选育中的重大科学问题,为作物遗传改良提供新理论、新技术、新方法,新材料,培养高水平人才。根据上述定位,本实验室的发展目标是:
1、围绕我国油菜生产和产业发展的重大需求,以品种改良为主线,通过知识创新和技术创新,建成国内外一流的油菜遗传育种专业实验室,为我国油菜生产提供高产、优质、高效新品种,并将其最大限度地应用与生产。
2、瞄准国际上油菜遗传改良的发展趋势,通过创新发展,继续保持本专业实验室已形成的优势和特色领域(油菜杂种优势利用)在国际上领先的优势,进一步提升在学科发展的一些战略性领域(如油菜基因组学)和对我国油菜品种改良有重大影响的领域(产量、品质、抗性、营养高效)等方面的总体研究,使之到达国际先进、国内领先地位。
3、建立起一个较为完整的多学科结合的油菜科研体系。我们将围绕油菜遗传改良的总目标,利用华中农业大学油菜研究学科较为齐全的优势,建立起一个以本专业实验室为核心,农学、植保、作物营养、产品利用、农业经济等多学科交融的科学研究“联合舰队”,紧紧围绕油菜重大科学问题及生产问题协同攻坚,并不断地产生新的学科生长点。
4、培养和吸收具有发展成为国际一流科学家潜力的青年人才。采用请进派出、国际合作培养和国际合作研究等多种形式,不断充实和提高研究队伍的素质和科技水平,使本专业实验室成为我国油菜遗传改良研究与应用、高级科技人才(博士、硕士)培养和国际科技合作与交流并在国际学术界有重大影响的研究基地。

(2)主要研究内容
本实验室将围绕油菜遗传改良总体目标,将分子生物学技术与常规技术紧密结合,力争在已形成优势的特色领域和对油菜遗传改良关系重大的重点领域取得新进展,在学科发展具有战略性的前沿领域取得突破,使本实验室在这些领域的总体研究水平在国际国内形成优势,培育出优质、高效、有利于可持续发展的油菜新品种,为油菜产业提供品种保证,为全国的油菜育种研究培养人才,提供技术服务和和技术培训,为保障我国油菜产业的可持续发展作贡献。

1、油菜杂种优势利用及相关基础研究
(1)高产优质高效杂交种选育和推广
利用本实验室发现并长期研究的Pol CMS、HAU CMS、自交不亲和、核不育等系统以及新引进的萝卜质不育系等授粉控制系统,选育生产上急需的高产优质高效油菜新品种,并通过产学研结合等方式,加快新品种的推广应用。并通过国际合作,将我们育成的杂交油菜新组合开拓国际市场。
(2)杂种优势的生物学基础
遗传距离与油菜杂种优势的关系:利用各种分子标记技术,广泛地检测中国×欧洲、中国×中国甘蓝型品种间杂种双亲间的遗传距离,并分析遗传距离与产量等杂种优势的关系,为克服选配杂交组合的盲目性,提高育种效率,为杂交油菜育种提供理论参考。
产量性状的QTL定位与杂种优势的遗传学基础:以“永久F2”等群体为基础,利用SSR、AFLP、SNP等分子标记构建遗传图谱,对油菜重要生物学和农艺学性状的杂种优势进行全基因组分析,定位决定油菜杂种优势的基因或QTL,分析杂种优势的遗传效应,比较不同组合中与杂种优势相关的QTLs及其互作关系,揭示油菜杂种优势形成的普遍性。
杂种优势与基因表达:以不同的高产杂交油菜组合及其亲本为材料,通过大规模基因表达谱分析,检测各生育阶段基因的差异表达,分析这些差异表达基因及其表达方式与杂种优势之间的关系,筛选出与杂种优势相关的基因。
(3)育性相关基因的定位、克隆及机理研究
利用SSR、AFLP、SNP等分子标记定位波里马细胞质雄性不育恢复基因、显性细胞核雄性不育基因及其恢复基因、隐性细胞核雄性不育基因及其上位抑制基因、温度敏感基因等,利用图位克隆、差异显示技术和芯片技术克隆这些雄性不育及其相关基因。
研究波里马和新型芥菜细胞质雄性不育恢复基因对细胞质线粒体不育基因表达的调控机理;研究生态型细胞质雄性不育基因在不同温度条件下表达模式的变化。
充分利用甘蓝和白菜自交不亲和性的研究成果,结合生物信息技术和分子标记技术定位克隆甘蓝型油菜自交不亲和基因及其抑制基因,对进一步解释自交不亲和机理和分子标记辅助选择自交不亲和系具有重要的意义。
2、生物技术辅助油菜遗传改良
针对油菜遗传改良目标及目前推广品种存在的问题,将分子标记技术、基因定位克隆技术、转基因技术、小胞子培养技术与传统聚合杂交技术结合,培育高产、优质(高含油量、高油酸、低芥酸、低硫苷、低亚麻酸、低纤维素和高蛋白质等)、抗逆(抗耐菌核病、抗虫、抗旱、抗寒、抗倒、抗裂角、抗除草剂、硼磷高效等)基因,综合经济性状优良的新品种。
3、基因组学研究
利用本实验室已构建的多个作图群体,继续加密已有的分子标记遗传连锁图,在5年内建成2个以上以SNP等新型标记为主的极高密度分子标记遗传连锁图,实现与国际通用的油菜连锁群完全整合,以充分利用国际社会的油菜基因组学信息奠定坚实的基础。在利用拟南芥cDNA基因芯片和全基因组芯片技术获得了一批某些重要性状特异性表达的序列的基础上,进一步通过油菜及近缘种的测序信息,以及拟南芥比较基因组研究的成果,阐明与已定位的控制油菜重要性状的功能基因和QTLs的直接或间接相关关系,并最终揭示出QTL的分子生物学实质。
利用新一代测序技术,开展甘蓝型油菜全基因组测序。分析芸苔属各近缘种基因组水平上的起源和进化规律,结合遗传定位研究结果,鉴别有重要价值的新基因。
4、抗逆性的生物学基础
通过油菜菌核病QTL定位,鉴定与抗病有关的基因位点,并通过分子标记辅助选择技术,将这些抗性位点转移到育种系中。利用已鉴定的油菜抗病品种在核盘菌浸染时的基因表达谱筛选抗病品种特异表达的未知功能的新序列,结合已定位的抗菌核病QTL,获得一批具有新功能的抗病基因或者已知抗病基因的等位基因,为改良油菜品种的抗性提供新基因资源。
利用在不同温度和水分胁迫条件下的基因表达谱分析,鉴定与抗旱、抗渍、耐高温、低温等抗非生物逆境有关的基因,研究分离到的抗逆候选基因的功能及其在育种上的应用价值。开展硼高效、磷高效品种(基因型)的筛选和相关的QTL定位,为这些基因的育种利用和分离克隆奠定基础。
5、优异种质资源筛选与新基因发掘
油菜远缘杂交新材料的研究和利用:从遗传组成、脂肪酸组分和育种表现等方面对从诸葛菜与芸苔属栽培种(特别是甘蓝型、芥菜型和白菜型油菜)的杂交后代中获得的属间新材料进行研究,以创建供油菜遗传育种和生产上利用的新材料。
新种质开发研究与利用:根据油菜遗传改良的发展方向和目标,我们对优异种质资源和新基因发掘的重点在高产、优质、高效、环保的基因筛选和发掘,获得具有目标性状的优异种质,并以优异种质为亲本与推广种配组鉴定、定位高产、优质、抗逆性状基因。预计5年内,可发掘定位雄性不育基因、恢复基因、黄色种皮基因、抗耐菌核病基因、硼磷高效基因、高油分基因和低硫苷基因等一批基因和基因型。

三、 实验室学术委员会

农业部专业性(区域性)重点实验室学术委员会名单

主  任 
官春云 男  教授、院士      湖南农业大学

副主任  
王汉中    男  所长、研究员  中国农科院油料作物研究所
张献龙    男  副校长、教授     华中农业大学

委  员 

傅廷栋 男 教授、院士    华中农业大学
周永明 男 主任、教授    华中农业大学
李加纳 男 院长、教授    西南大学
李殿荣 男 研究员    陕西杂交油菜中心
杜德志 男 副校长、教授   青海大学
戚存扣 男 所长、研究员    江苏省农科院
胡宝成 男 副院长、研究员  安徽省农科院
蒋梁材   男 处长、研究员   四川省农科院
 
 

 
四、实验室工作纪要


(一)科研项目、科研经费
2011年实验室在研国家973、863、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等各类科研课题25项,其中详细情况如下:
序号 项目编号 项目类别 项目名称 主持人 起止时间 科研经费
(万元)
1 2011AA10A104 863 强优势油菜杂交种的创制与应用 沈金雄 2011-2015 3963
2 2011GB23600018 农业科技成果转化资金 高产优质杂交油菜新品种
禾盛油868中试与示范 杨光圣 2011.4-
2013.4 60
3 2011BBB018 省研究与开发计划 高产高油早熟甘蓝型油菜品种选育 杨光圣 2011 10
4 2010BAD01B03 支撑计划 早熟高产油菜品种培育 马朝芝 2010.1.1-2014.12 393
5 2011BAD358B04 国家科技技撑计划 油菜和花生新品种培育与扩繁 熊秋芳 2011-2015 100
6 2011EG234227 工程中心专项 多室油菜亲本材料选育及油脂低温精制技术 熊秋芳 2011-2012 36
7 2011-G23 948重点项目 基于油菜农艺性状定位信息开发高通量SNP芯片引进
• 傅廷栋
孟金陵 2011 200
8 4002112018 农业部农产品质量安全监管项目 油菜品种真实性及纯度分子检测技术研究
• 杨光圣 2011 20
9 4011-081106 产业体系
• 油菜改良与繁育研究室杂种优势科学家岗位
• 傅廷栋 2011 70
10 产业体系 油菜改良与繁育研究室分子育种科学家岗位 周永明 2011 70
11 2011CB109305 973计划 油料作物优异亲本有利基因等位变异与演变(参加) 李再云 2011-2012 19
12 20110146120031 新教师基金
 甘蓝型油菜半矮秆基因BnA3.dwf的克隆及功能分析 刘超 2012-2014 16.1
13 20110146110023
• 博士点基金
• 甘蓝型油菜自交亲和性的遗传机制
 马朝芝 2012-2014 12
14 31100876 
青年科学基金项目
• 杂交导致的油菜基因组胁迫与转座子激活的联系及其遗传效应
 邹君 2012.1-
2014.12 15.4
15 31130040
• 重点项目
 油菜隐性核不育分子机理及其在杂种优势中的利用
 涂金星 2012.1-
2016.12 260
16 31170166
• 面上项目
 油菜隐性细胞核雄性不育系9012AB不育基因Bnms3的功能分析
 杨光圣 2012.1-
2015.12 30
17 31171188
• 面上项目 甘蓝型油菜千粒重主效位点TSWA7b的精细定位与候选基因的鉴定
 范楚川 2012.1-
2015.12 30
18 31171583
• 面上项目 A基因组在甘蓝型油菜形成与进化中的遗传及表观遗传变化
 葛贤宏 2012.1-
2015.12 30.5
19
 30900903 国家自然科学基金 “甘蓝型油菜-诸葛菜全套附加系的创建及遗传研究”
 葛贤宏 2010-2012 19
20
 2009BADA8B01 国家科技支撑计划 油菜抗灾与节本增效关键技术研究与示范参加
 葛贤宏 2009-2011 10
21
 2011PY105 华中农业大学自主科技创新基金 甘蓝型油菜高抗菌核病新材料的创建及应用研究
 葛贤宏 2011.08-
2012.12 10
22
 31071451 国家自然科学基金 白菜型和甘蓝型油菜-菘蓝附加系的创建及遗传学主持
 李再云 2011-2013 38
23
 30830073 国家自然科学基金重点项目 新型甘蓝型油菜ArCc基因资源库的创建、评估和优异种质资源的选育 孟金陵 2009-2012 
24 31011120048 国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目,
 运用白菜基因组信息分析克隆油菜重要农艺性状的候选基因,国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目 孟金陵 2011
 8
25 湖北省科技攻关 高产优质抗逆油菜新品种选育 吴江生 2010-2011 30
 
(二)获奖成果

1. 获国家(省)的奖励成果

序号 成果名称 完成人 奖励时间 奖励等级
1. 高产优质抗逆杂交油菜新品种“华油杂9号”的选育和推广应用 杨光圣、万丽丽、张立武等 2011 湖北省科技进步一等奖

3 优质高产抗病油菜新品种华双5号的选育和应用 吴江生、张毅、汤松、鄂文弟、涂勇、王积军、张冬晓、姜福元、田新初、黄继武、卢明、程飞虎、刘磊、周广生、刘超 2011 神农中华农业科技奖二等奖
4 在油菜中克隆花粉外壁形成和绒毡层发育的关键基因 易斌 2011 武汉市自然科学优秀学术论文奖三等奖
5 《油菜优质高效栽培技术》 胡立勇、杨国正、周广生、鲁剑巍;顾问:傅廷栋 2011 湖北省科普先进工作者
6 油菜的遗传育种 傅廷栋、孟金陵、吴江生、周永明、杨光圣、李再云、涂金星、沈金雄、刘克德、徐芳森、马朝芝、熊秋芳、张椿雨、范楚川、刘平武、葛贤宏、洪登峰、易斌、文静、龙艳 2011 神农中华农业科技奖


2、2011年通过全国或省级审定的双低油菜新品种

序号 品种名称 完成人 审定单位 时间
1. 华杂62 傅廷栋等 国家农作物品种审定委员会(下游) 2011
2. 华杂油95 马朝芝等 国家农作物品种审定委员会(下游) 2011
3. 圣光86 杨光圣、刘平武、洪登峰 国家农作物品种审定委员会 2011
4. 天油杂3号 杨光圣,刘平武,洪登峰 湖北省农作物品种审定委员会 2011
5. 华双128 吴江生等 江西省农作物品种审定委员会 2011


• 3、新品种示范与推广

2011年度利用优良的不育系和恢复系共测配组合500多个,其中有7个杂种参加各省区试。
•   本年度由重点实验室选育的优质油菜新品种在内蒙、新疆、甘肃、湖南、湖北、安徽、江苏等地示范推广面积达1500万亩,新增社会经济效益。


4、2011年度,油菜团队获中华农业科技奖优秀创新团队奖
• 


(三)发表的论文

发表论文42篇,其中SCI 16篇

1. 沈金雄,傅廷栋,我国油菜生产、改良与食用油供给安全,中国农业科技导报,2011,13(1):1-8
2.  周永明;淮东欣;杨庆勇,甘蓝型油菜低芥酸分子标记及其制备方法与应用,【中国专利】华中农业大学, C12N15/11;C12N15/10;C12Q1/68
3.  周永明;傅廷栋;范楚川;蔡光勤,甘蓝型油菜粒重主效QTLs的分子标记及其应用,,【中国中专利】华农业大学,  C12Q1/68;C12N15/11;C12N15/10
4.  廖玉才;李和平;程琳;傅庭栋;瞿波;黄涛;涂金星,基于油菜子叶叶绿体转化的组织培养体系及获得转化植株的方法,【中国专利】华中农业大学, C12N15/82;A01H4/00;A01H5/00
5.  周永明;傅廷栋;范楚川;蔡光勤,甘蓝型油菜粒重相关基因的特异分子标记及应用,【中国中专利】华农业大学, C12N15/11;C12N15/29;C12N15/10;C12Q1/68
6. 傅廷栋; 谭正林; 李培武; 祝利霞; 孙秀丽,一种从油菜籽中检测蛋白质和氨基酸的方法,【中国专利】 华中农业大学 G01N21/35
7. 傅廷栋,油菜生产品种改良与机械化 ,【期刊】农业装备技术, 2010-04-10
8.  李媛媛; 陈庆芳; 傅廷栋; 马朝芝,利用SSCP技术分析甘蓝型油菜10个功能基因序列差异  ,【期刊】作物学报, 2011-11-07 10:46
9.  杨光圣,小孢子培养方法选育油菜温敏型波里马细胞质雄性不育两用系的方法 ,【中国专利】华中农业大学; 武汉联农种业科技有限责任公司,2011-10-19
10.  杨光圣,人工辅助授粉自交方式选育油菜温敏型波里马细胞质雄性不育两用系的方法 ,【中国专利】华中农业大学; 武汉联农种业科技有限责任公司, 2011-10-12
11. 杨光圣,油菜波里马细胞质雄性不育系繁育方法 ,【中国专利】华中农业大学; 武汉联农种业科技有限责任公司, 2011-08-17
12. 祝利霞等, 近年来我国冬油菜新品种的品质性状分析, 2011.3, 湖北农业科学
13. 陈伟, 范楚川, 钦洁, 郭振华,傅廷栋, 周永明 (2011) 分子标记辅助选择改良甘蓝型油菜种子油酸和亚麻酸含量. 分子植物育种 9:190-197
14. 王 芳, 刘 超, 吴江生*, 张忠明* (2011) 甘蓝型油菜热激蛋白Bnp23 相互作用蛋白的筛选和鉴定. 中国油料作物学报 2011,33(4): 318-324
15. 陈伟, 范楚川, 钦洁, 郭振华,傅廷栋, 周永明(2011) 分子标记辅助选择改良甘蓝型油菜种子油酸和亚麻酸含量. 分子植物育种 9:190-197
16. Zeng XH, Zhu LX, Chen YL, Qi LP, Pu YY, Wen J, Yi B, Shen JX, Mao CZ, Tu JX, Fu TD(), Identification, fine mapping and characterisation of a dwarf mutant (bnaC.dwf) in Brassica napus,Theoretical and Applied Genetics., 2011, 122: 521-428
17. Xiaoling Dun, Zhengfu Zhou, Shengqian Xia, Jinxing Tu () and Tingdong Fu, 2011, BnaC.Tic40, a plastid inner membrane translocon originating from Brassica oleracea, is essential for tapetal function and microspore development in Brassica napus, The Plant Journal, Volume 68, Issue 3, pages 532–545, November 2011, DOI: 10.1111/j.1365-313X.2011.04708.x
18. Zhengfu Zhou, Xiaoling Dun, Shengqian Xia, Jinxing Tu (), Tingdong Fu,2011,The BnMs3 regulatory pathway is required for tapetal function and pollen development in Brassica napus,JXB, (submitted)
19. Shengqian Xia, Ling Cheng, Xiaoling Dun, Zhengfu Zhou, Jinxing Tu (), Tingdong Fu, 2011, Mapping of BnMs4 and BnRf to a common microsyntenic region of Arabidopsis thaliana chromosome 3 using intron polymorphism markers, TAG, (accepted)
20. Chen JP, Ge XH, Yao XC, Feng YH, Li ZY. 2011. Synthesis and characterization of interspecific trigenomic hybrids and allohexaploids between three cultivated Brassica allotetraploids and wild species Brassica fruticulosa. Afr J Biotech 10: 12171-12176
21. Chen S, Nelson MN, Chèvre AM, Jenczewski E, Li ZY, Mason AS, Meng JL,  Plummer JA, Pradhan A, Siddique KHM, Snowdon RJ, Yan GJ, Zhou WJ, Cowling WA. 2011. Trigenomic bridges for Brassica improvement. Crit Rev Plant Sci 30: 524-547 
22. Meng J ,The Brassica rapa Genome Sequencing Project Consortium, 2011, The genome of the mesopolyploid crop species Brassica rapa, Nature Genetics 43:1035-1039.
23. Long Y, Xia W,  Li Y, Wang J, Shao M, Feng J, King GJ, Meng J, 2011, Epigenetic QTL mapping in Brassica napus, Genetics, 189: 1093-1102.
24. Bancroft I, Morgan C, Fraser F, Higgins J, Wells R, Clissold L, Barker D, Long Y, Meng J, Wang X, Liu S & Trick M, 2011, Genome dissection in the polyploid crop oilseed rape by transcriptome sequencing, Nature Biotechnology 29: 762-766.
25. Zou J, Fu D, Gong H, Qian W, Xia W, Pires CJ, Li R, Long Y, Mason AS, Yang T, Lim Y, Park B, Meng J, 2011, De novo genetic variation associated with retrotransposon activation, genomic rearrangements and trait variation in a RIL population of Brassica napus derived from interspecific hybridization with B. rapa, The Plant Journal, 68:212-224.
26. Shi J, Li R, Zou J, Long Y and Meng J, 2011, A dynamic and complex network regulates the heterosis of yield-correlated traits in rapeseed (Brassica napus L.), PLoS ONE 6(7):e21645.
27. Jiang C, Ramchiary N, Ma Y, Jin M, Feng J, Li R, Wang H, Long Y, Choi S, Zhang C, Cowling W, Park B, Lim Y, Meng J, 2011, Structural and functional comparative mapping between the Brassica A genomes in allotetraploid Brassica napus and diploid Brassica rapa, Theor Appl Genet, 123:927–941.
28. Xingguo Zhang, Dongmei Yin, Chaozhi Ma and Tingdong Fu,2011,Phylogenetic Analysis of S-Locus Genes Reveals the Complicated Evolution Relationship of S Haplotypes in Brassica ,Plant Molecular Biology Reporter,  Volume 29, Number 2, Pages 481-488
29. Fupeng Li, Chaozhi Ma, Xia Wang, Changbin Gao and Jianfeng Zhang, et,2011, Characterization of Sucrose transporter alleles and their association with seed yield-related traits in Brassica napus L,BMC Plant Biology, Volume 11, Number 1, 168
30. Xingguo Zhang, Dongmei Yin, Wei Zhu, Chaozhi Ma and Tingdong Fu,2011,Progress on characterization of self-incompatibility in Brassica napus L.,Euphytica, Volume 182, Number 2, Pages 147-155
31. Minggui Yang, Qingyong Yang, Tingdong Fu and Yongming Zhou,2011,Overexpression of the Brassica napusBnLAS gene in Arabidopsis affects plant development and increases drought tolerance,Plant Cell Reports,  Volume 30, Number 3, Pages 373-388
32. Yan Zhang, Xia Li, Wei Chen, Bin Yi, Jing Wen, Jinxiong Shen, Chaozhi Ma, Baoyuan Chen, Jinxing Tu and Tingdong Fu,2011,Identification of two major QTL for yellow seed color in two crosses of resynthesized Brassica napus line No. 2127-17,Molecular Breeding, 2 Volume 28, Number 3, Pages 335-342
33. Zhen Guo, Liping Zeng,Maoteng Li, Yan Long and jinling Meng ,Inheritance of DNA methylation in DH and its backcrossed lines of Brassica napus ,AFRICAN JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY Volume: 10 Issue: 40 Pages: 7736-7745 Published: AUG 1 2011
34. chunyu Zhang,Yong Xiao,Lingjuan Li,Yan Long and Maoteng Li,Methylation sensitive-sequence related amplified polymorphism (MS-SRAP) marker system and its application to de novo methylation detection in Brassica napus , AFRICAN JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY, 10 (17): 3340-3344 APR 25 2011 , 1684-5315
35. Chunyu Zhang, In-ae Park, Fangsen Xu, Maoteng Li, Yong Pyo Lim and Jinling Meng,Transcriptionally and phylogenetically analyzing the P protein gene of glycine decarboxylase for understanding the evolution of C(3)-C(4) species in Brassicaceae ,HORTICULTURE ENVIRONMENT AND BIOTECHNOLOGY Volume: 52 Issue: 4 Pages: 427-434 Published: AUG 2011 ,2211-3452
36. Liwu Zhang, Guangsheng Yang, Pingwu Liu, Dengfeng Hong, Shipeng Li and Qingbiao He,Genetic and correlation analysis of silique-traits in Brassica napus L. by quantitative trait locus mapping ,Theoretical and Applied Genetics Volume: 122 Issue: 1 Issue date: 2011 Publication year: 2011 Pages: 21-31
37. 邹君,孟金陵Association mapping of seed oil content in Brassica napus and comparison with quantitative trait loci identified from linkage mapping,GENOME, 53 (11): 908-916 NOV 2010,0831-2796,0831-279
38. Zhu, Yana,孟金陵  Analysis of gene expression profiles of two near-isogenic lines differing at a QTL region affecting oil content at high temperatures during seed maturation in oilseed rape (Brassica napus L.),Theoretical and Applied Genetics Issue date:  2011 Publication year:  2011 Pages:  1-17
39. 李海涛,杨光圣 Development and genetic mapping of microsatellite markers from whole genome shotgun sequences in Brassica oleracea MOLECULAR BREEDING 卷:28期:4页:585-596 DOI: 10.1007/sll032-010-9509-y 出版年:DEC 2011,1380-3743
40. Zhang L, Yang G, Liu P, Hong D, Li S, He Q. Genetic and correlation analysis of silique-traits in Brassica napus L. by quantitative trait locus mapping. Theoretical and Applied Genetics, 2011, 122: 21-31
41. 景兵等, A male sterility-associated cytotoxic protein ORF288 in Brassica juncea causes aborted pollen development, 2011.11, Journal of Experimental Botany
42. 李再云等,Synthesis and characterization of interspecific trigenomic hybrids and allohexaploids between three cultivated Brassica allotetraploids and wild species Brassica fruticulosa,African Journal of Biotechnology,2011,10:.12171-12176

(四)获批的专利

序号 专利类型 专利名称 完成人 申请(或获批)专利号 申请(或授权)时间
1. 发明专利 一种油菜细胞质雄性不育系的选育方法 傅廷栋、涂金星、马朝芝、万正杰、李兴华 ZL 200510086942.7 20110316(授权)
2. 发明专利 甘蓝型油菜低亚麻酸分子标记及其制备方法与应用 周永明 ZL 200910273437.1 2011(授权)
3. 发明专利 甘蓝型油菜高油酸分子标记及其制备方法与应用 周永明 ZL 200910273435.2 2011(授权)
4. 发明专利 甘蓝型油菜自交不亲和保持系的分子标记及制备方法与应用 马朝芝;唐家友;张幸果;高长斌;唐维 200810047237X 2011-5-11
5. 发明专利 一种繁殖甘蓝型油菜自交不亲和系的方法 马朝芝;高长斌;傅廷栋;涂金星;沈金雄 200810236719X 2011-5-11
6. 发明专利 油菜隐性核不育恢复基因BnCYP704B1及应用 涂金星;易斌;雷绍林;曾芳琴;傅廷栋;马朝芝;沈金雄;文静;李新华 2009100614623 2011-5-11

(五)人才引进和研究生培养

• 毕业研究生29人(其中博士6人、硕士23人);
• 在读研究生202人(其中在读博士77人,硕士125人)
• 
• 
• 2011年农业部油菜遗传育种重点实验室毕业研究生29人
• 
• 博士 付东辉、王芳、冯吉、尹团章、郑倩、周正富

• 硕士 董丽、李婧婧、文燕萍、夏秀云、李金博、
姜小燕、晏仲元、舒畅、叶威、刘建萍、张清华、曾细华、李静、陈艳丽、万兵喜、柳寒、涂江颖、郭震华、吕泽文、陈琳、徐灵芝、魏子立、曾丽萍


• 2011年实验室招收研究生58人(其中博士17人,硕士41人 !E  博士 李海涛、吴志坤、陈磊、周建男、付文琴、
杜春芳、付文芹、翟文、高界、洪美艳、
刘晟、秦毛毛、王瑗瑗、吴健、赵伦、
赵新旺、吴志坤
 
• 
• 硕士 王效华、张科巧、李娟娟、石柳柳、赵波、岳晓鹏、胡君、柳亮、罗彪彪、王转茸、
黄寿辉、康雷、刘颖、朱斌、党艳伟、杨易、安宏、谭晨、万何平、王直新、周攀、
徐超男、蔡梦鲜、陈丽、陈艺、骆翔、
唐珊、王红梅、王金芳、王津津、张艳琴
、张余、周贵龙、周李鹏、朱虹、王博
罗新平、张彤、张向向、章薇、战宗祥、


(六)访问学者

1、2011年10月-2012年3月  易斌博士赴澳大利亚昆士兰大学农业与食品科学学院Jacqueline Batley博士课题组学术访问,开展“通过高通量SNP技术鉴定控制甘蓝型油菜重要农艺性状的基因”研究。
学术论文Two duplicate CYP704B1-homologous genes BnMs1 and BnMs2 are required for pollen exine formation and tapetal development in Brassica napus入围第二届武汉市自然科学优秀学术论文奖三等奖。
2、刘平武博士 继续在美国从事博士后研究
3、2011年  洪登峰博士 在德国慕尼黑工业大学学术访问1年

四、 国内外学术交流和会议

2011年实验室共有5人次到国外短期合作研究、访问或讲学,在国内合作研究、访问或讲学2人次;共有科研人员14人次参加国际学术会议,其中作特邀报告1人次,大会报告4人次。邀请国内外专家来室讲学1人次,其中来自国外单位的专家2人。


(一) 实验室人员参加国内外学术会议
 实验室共有14人次参加国际(双边)学术会议,其中作特邀报告1人次,大会报告4人次

2011.1.14-19日
Plant and Animal Genome XIX (San Diego, CA, USA)
刘克德 墙报 Development of SNP markers in Brassica napus using next-generation sequencing
邹珺、龙艳参加会议

2011.6.5-9日
13th International Rapeseed Congress (Prague, Czech)
孟金陵 特邀报告 Illuminating rapeseed breeding with genomics
龙艳 专题讨论会报告 Gain and remove: genomic selection on seed oil content
邹珺 分组报告 Intersubgenomic heterosis research in rapeseed
刘克德 墙报 Genetic mapping of dominant yellow seed gene in Brassica napus
候锦娜, 孟金陵 墙报 Winter rapeseed originated from a transposon insertion in a flowering locus BnA10.FLC
洪登峰  在其中分会场做口头报告一次
傅廷栋、周永 !E 、马朝芝、李再云、洪登峰、葛贤宏等参加会议


2011.7.4-8日
The Second International Symposium on Genomics and Crop Genetic Improvement(Wuhan, China)
孟金陵 大会报告 QTL dissection in rapeseed: from individually towards group


2011.8.9日
Importance of Germplasm in Crop Genomics and Breeding(Korea)
李再云 大会报告 核仁显性与异源多倍体基因组稳定性

2011.10
2011年11月10-13日,
刘克德、李建洪和李国庆一行应邀访问了韩国东亚大学
刘克德 学术报告  Development of a simple and efficient protocol for SNP discovery in allotetraploid Brassica napus


 实验室共有3人次参加全国学术会议,其中大会报告1次
2011.8.18-21
第十二届全国植物基因组学大会(河南安阳)
孟金陵 大会报告 Why rapeseed flower at different time? - Dissecting QTLs of Brassica napus
葛贤宏 参加会议

2011年9月28日
国家植物基因研究中心(武汉)、湖北省遗传学会第一次学术联会
葛贤宏 参加会议

(二)实验室人员的国内外学术访问
1、2011年1月11-14日,应Dr. Mazourek邀请,刘克德访问了美国康乃尔大学植物遗传育种系,随后到San Diego参加了国际动植物基因组大会。
2、2011年10月-2012年3月  易斌博士赴澳大利亚昆士兰大学农业与食品科学学院Jacqueline Batley博士课题组学术访问,开展“通过高通量SNP技术鉴定控制甘蓝型油菜重要农艺性状的基因”研究。
3、2011年11月10-13日,刘克德、李建洪和李国庆一行应邀访问了韩国东亚大学,并作学术报告Development of a simple and efficient protocol for SNP discovery in allotetraploid Brassica napus
4、洪登峰在德国慕尼黑工业大学学术访问1年
5、刘平武继续在美国从事博士后研究

(三)外国专家来校学术交流情况
1、应我实验室刘克德教授的邀请National Academy of Agricultural Science, Korea的ParkBeom-Seok和Lee SooSeong做了报告,报告题目:Development and Signification of New Genus XBrassicoraphanus, Intergeneric Hybrid between Brassica rapa and Raphanus sativus
共有110名老师和学生参加学术报告会

五、发表的主要学术论文

1、 杨明贵,周永明 Overexpression of the Brassica napus BnLAS gene in Arabidopsis affects plant development and increases drought tolerance,PLANT CELL REPORTS, 30 (3): 373-388 Sp. Iss. SI MAR 2011,0721-7714
2、 张立武,杨光圣Genetic and correlation analysis of silique-traits in Brassica napus L. by quantitative trait locus mapping,THEORETICAL AND APPLIED GENETICS, 122 (1): 21-31 JAN 2011,0040-5752
3、 顿小玲,涂金星BnaC.Tic40, a plastid inner membrane translocon originating from Brassica oleracea, is essential for tapetal function and microspore development in Brassica napus,PLANT JOURNAL  Volume: 68  Issue: 3  Pages: 532-545  DOI: 10.1111/j.1365-313X.2011.04708.x  Published: NOV 2011,0960-7412
4、 邹珺,付东辉,孟金陵De novo genetic variation associated with retrotransposon activation, genomic rearrangements and trait variation in a recombinant inbred line population of Brassica napus derived from interspecific hybridization with Brassica rapa,PLANT JOURNAL  Volume: 68  Issue: 2  Pages: 212-224  DOI: 10.1111/j.1365-313X.2011.04679.x  Published: OCT 2011,0960-7412
5、 邹君,孟金陵Association mapping of seed oil content in Brassica napus and comparison with quantitative trait loci identified from linkage mapping,GENOME, 53 (11): 908-916 NOV 2010,0831-2796,0831-279
6、 师家勤,孟金陵A Dynamic and Complex Network Regulates the Heterosis of Yield-Correlated Traits in Rapeseed (Brassica napus L.) ,PLOS ONE卷: 6  期: 7  出版年: JUL 1 2011,1932-6203
7、 张幸果,马朝芝 Progress on characterization of self-incompatibility in Brassica napus L.,EUPHYTICA  Volume: 182  Issue: 2  Pages: 147-155  DOI: 10.1007/s10681-011-0474-2  Published: NOV 2011,0014-2336
8、 张幸果,马朝芝 Phylogenetic Analysis of S-Locus Genes Reveals the Complicated Evolution Relationship of S Haplotypes in Brassica,PLANT MOLECULAR BIOLOGY REPORTER, 29 (2): 481-488 JUN 2011,0735-9640
9、 郭振,龙艳 Inheritance of DNA methylation in DH and its backcrossed lines of Brassica napus,AFRICAN JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY  Volume: 10  Issue: 40  Pages: 7736-7745 Published: AUG 1 2011,1684-5315
10、 张椿雨,栗茂腾  Methylation sensitive-sequence related amplified polymorphism (MS-SRAP) marker system and its application to de novo methylation detection in Brassica napus ,AFRICAN JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY, 10 (17): 3340-3344 APR 25 2011,
1684-5315
11、 曾新华,傅廷栋  Identification, fine mapping and characterisation of a dwarf mutant (bnaC.dwf) in Brassica napus,THEORETICAL AND APPLIED GENETICS, 122 (2): 421-428 FEB 2011,0040-5752
12、 张椿雨,Lim, YP (Lim, Yong Pyo)  Transcriptionally and phylogenetically analyzing the P protein gene of glycine decarboxylase for understanding the evolution of C(3)-C(4) species in Brassicaceae,HORTICULTURE ENVIRONMENT AND BIOTECHNOLOGY  Volume: 52  Issue: 4  Pages: 427-434 Published: AUG 2011 ,2211-3452
13、 张艳、涂金星  Identification of two major QTL for yellow seed color in two crosses of resynthesized Brassica napus line No. 2127-17,MOLECULAR BREEDING  Volume: 28  Issue: 3  Pages: 335-342 Published: OCT 2011  ,1380-3743
14、 Zhu, Yana,孟金陵  Analysis of gene expression profiles of two near-isogenic lines differing at a QTL region affecting oil content at high temperatures during seed maturation in oilseed rape (Brassica napus L.),Theoretical and Applied Genetics Issue date:  2011 Publication year:  2011 Pages:  1-17

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* 博士论文摘要 *
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甘蓝型油菜隐性核不育分子机理及相关基因功能分析
博士生:周正富   导师:涂金星、傅廷栋教授
甘蓝型油菜隐性核不育(RGMS)材料,由于其具有败育彻底、不育性表现稳定、细胞质来源丰富及恢复源广等优点,已成为利用油菜杂种优势的重要途径之一。目前,在生产运用中主要有双隐性核不材料S45AB和三隐性核不育材料7365ABC。由于7365A可以利用7365C来获得全不育群体,避免了拔除其50%可育株的问题,因而在生产运用上具有更大的运用前景。本研究所选择的材料是近等基因系7365AB,A和B材料的差异仅在BnMs3位点上,该基因的突变影响了7365A的育性。我们利用细胞学结合分子生物学的方法,阐述了7365A隐性核不育的的分子机理,首次提出了BnMs3在油菜花药发育中的功能角色。同时,还利用拟南芥T-DNA突变体的资源,分析了部分差异表达基因的功能。研究的主要结果如下:
1. 甘蓝型油菜7365A隐性核不育分子机理研究
利用半薄切片技术比较了不育材料7365A和可育材料7365B在花药发育细胞学水平上的差异,发现在减数分裂前期两者花药发育没有明显的差异;但进入减数分裂后期,不育材料的绒毡层细胞一直不停地增大和液泡化,且不能向分泌型转化。随后小孢子的释放受阻,导致大部分的小孢子不能从四分体中释放,而少数释放的小孢子也不能形成正常花粉外壁,使得花粉的败育更加彻底。随后的胼胝质壁检测实验发现小孢子不能正常分离的原因是由于四分体周围的胼胝质不能被及时地降解。
利用SSH技术构建了富含在可育材料中上调表达基因的文库,结合反向 Northern blot筛选,获得了76个差异表达的unigenes。我们从中随机选取了7个unigenes来通过Northern blot验证其有效性。同时我们发现根据其不同的表达模式,这7个差异表达的基因可以被分为两类。第一类在不育材料中不表达或在其相应的时期表达较弱;第二类基因在两种材料的花蕾中都表达,但与正常材料中相比,其在花药发育早期不育材料中的表达被延迟或抑制。利用拟南芥基因的功能注释信息,我们初步注释了所获的76个差异表达基因。unigenes结果其中8个不能利用拟南芥的信息注释,另外68个则可以通过拟南芥的基因信息来进行注释。进一步将这68个unigenes的功能进行分类发现,它们可以被分为8大类型。第一类的基因主要编码一些与代谢相关的酶类;第二类包括1个ABC转运蛋白和8个脂转运蛋白,这类基因参与到脂肪酸的转运过程。与拟南芥花药发育的spl/nzz,ems1和ms1突变体芯片数据相比,发现了一些共同下调表达的基因。此外,还发现这些差异表达的基因参与了绒毡层发育、小孢子分离和花粉外壁的形成过程。
由于拟南芥和油菜同属于十字花科,它们的读码框序列和基因功能具有高度的一致性。利用拟南芥花药发育调控网络中的基因信息,结合real-time PCR技术,我们发现,参与绒毡层向分泌型转化过程中的基因TDF1, AMS和MYB103在7365A中的起始表达量受到了明显抑制。此外,5个与绒毡层降解相关的半胱氨酸蛋白酶基因的表达在突变体中也受到相应的影响。小孢子的分离涉及到胼胝质的降解和随后的花粉母初生细胞壁的降解。A6和MSR66都编码β-1,3-葡聚糖苷酶,可能参与到胼胝质的降解过程,它们的表达量在7365A中也受到了抑制;QRT1,QRT2和QRT3参与到了初生花粉母细胞壁的降解过程,real-time PCR检测结果表明QRT1和QRT3在7365A突变体中减数分裂后期的表达量受到抑制。随后,与花粉外壁发育相关的基因NEF1, FLP1, CYP703A2, ACOS5, BnCYP704B1, BnCHS1 (At4g00040), CHS2 (At4g34850) 和MS2, 被用于real-time PCR分析,结果发现这些参与到孢粉素前体物质合成的基因,在7365A中的表达都受到了相应的影响。此外还发现,可能与孢粉素前体物质跨绒毡层质膜运输有关的MSR02(属于ABC转运蛋白家族)基因及可能与其长距离运输有关的脂类转运蛋白(LTPs)的表达在突变体中也都相应地下调。
基于半薄切片、差异基因分离和real-time PCR的结果,我们首次提出了BnMs3在油菜花药发育中的作用模式。
2. 育性相关基因的功能分析
为了进一步获得差异表达基因的功能,我们分析了3个unigenes (BnMSR02, BnMSR42和BnMSR53)对应拟南芥同源基因的T-DNA插入突变体的表型,发现只有MSR02是花粉发育所必需的。MSR02编码一个ABC转运蛋白,该类蛋白与脂类物质的运输有关。绒毡层合成的脂类物质具有两个去向,即向花药表皮(合成花药表皮角质)和向花粉外壁(合成孢粉素前体)。随后的扫描电镜和透射电镜的结果表明, msr02突变体的花粉外壁发育异常,而花药角质层的发育却并没有受到影响。这一结果暗示了MSR02可能仅参与了绒毡层合成的脂类物质向花粉外壁方向的跨膜转运,而没有参与脂类物质向花药表皮的跨膜转运。RT-PCR、启动子分析结合mRNA原位杂交的实验表明,MSR02仅在油菜花药的绒毡层细胞中特异表达。
 关键词:甘蓝型油菜;隐性核不育;BnMs3;差异表达;花药发育;ABC转运蛋白


细胞周期基因过表达对油菜生长发育的影响和拟南芥种子发育必需基因ASD的功能分析

博士生:尹团章    导师:周永明教授

甘蓝型油菜是世界上重要的油料作物之一,在我国食用油生产中占有重要地位。利用现代生物技术进行油菜的改良和改造,创造抗逆、高产和优质新资源,是油菜分子育种的重要内容。细胞周期基因能动地调节着细胞的生长和发育过程。其中AtCYCD3;1,AtCYCD2;1和AtCDKA;1构成的复合体作用于细胞周期中G1期向S期转折的进程。但如何在油菜遗传改良中有效地利用这些基因尚不清楚。本研究目的之一是在甘蓝型油菜中过量表达这三个细胞周期基因,观察转基因后代中细胞周期基因对油菜生长发育的影响,为这些基因的有效利用提供理论基础和技术支持。
通过比较筛选,确立了一种转化效率高的油菜转化程序,即以下胚轴为外植体的暗光培养法,并利用这种方法获得了一批转细胞周期基因的油菜转化系。在以AtCYCD2;1cDNA序列进行转化油菜时观察到转化株中存在转录剪切短接的现象,而来自AtCYCD2;1基因组序列的转化株的转录模式正常。在CYCD2;1转化株中,CYCD2;1基因的表达量和T-DNA插入的拷贝数与表型的强弱存在着一定的联系。在油菜中过量表达CYCD2;1促进了叶片细胞的G1-S转折期的进程,导致植株生育期延迟,植株的营养生长量变小。对转化后代的分析发现,在CYCD2;1转化株中,叶片生长的极性受到影响,导致叶片皱缩、卷曲,同时叶片下表皮细胞变小,细胞外廓未能充分发育。过量表达CYCD3;1和CDKA;1的转化株生长发育的变化不明显。
同时,为了研究双子叶植物种子发育的遗传控制,对一个拟南芥种子发育突变体asd开展了基因定位和功能分析。遗传分析确定该突变体是一个源于T-DNA插入、但由一个点突变所致种子致死突变体。通过图位克隆方法,把突变基因定位到第一染色体上臂的63KB范围之内。利用SALK T-DNA插入突变体分析进行了ASD突变基因的等位性分析,发现该区域内AT1G35680基因的T-DNA插入突变体能产生与asd相似的表型。图位克隆及突变体遗传分析最终确定在asd突变体基因(AT1G35680)的第982位存在一个碱基突变(A→C),导致该基因编码的蛋白质在147位发生了一个氨基酸由苏氨酸 (T)到脯氨酸(P)的改变。等位基因同一性测验和遗传互补测验证明AT1G35680基因点突变导致种子致死表型。进一步分析表型产生的原因发现,突变体的胚胎发育过程中,叶绿体的类囊体的发育受到抑制,从而导致叶绿体的发育异常,最终导致种子胚胎发育停滞在球形期。本研究首次证明ASD是一个叶绿体发生和种子发育必需基因。


甘蓝型油菜硫苷代谢网络的遗传分析

博士生:冯吉  导师:孟金陵


甘蓝型油菜是我国的主要油料作物之一。油菜籽榨油后的饼粕含丰富的蛋白质,是良好的天然动物饲料。然而饼粕中的硫苷是一种有害成分,禽畜食用过多的含硫苷的饲料,会对禽畜产生毒害性。另一方面,硫苷的水解产物在油菜营养体中却可以对油菜起保护作用。因此,低硫苷油菜自身的抗虫抗病性随着籽粒硫苷含量的下降也显著的降低,不利于双低油菜的推广和应用。通过遗传育种的方法,培育出高叶片硫苷但低籽粒硫苷含量的材料,具有重要的现实意义。本研究以甘蓝型油菜TN DH群体(Tapidor为母本,Ningyou7为父本)为研究材料,对叶片、籽粒中各个硫苷分量和总量进行QTL定位和整合分析,将遗传学和基因组学的研究方法应用于代谢组学的研究,构建了甘蓝型油菜硫苷代谢网络和控制硫苷的上位性调控网络,揭示了叶片和籽粒硫苷不同的代谢调控机制。同时选出目标QTL位点,通过前景选择及轮回亲本的背景选择,构建了含有目标片段的的近等基因系。主要结果如下:
1 甘蓝型油菜TN DH群体及两亲本的叶片和籽粒硫苷含量的分析。  测定了四个不同环境条件下TN DH群体及两亲本的叶片和籽粒硫苷总量和分量。两亲本Tapidor和Ningyou7的叶片和籽粒平均硫苷总量均达到了显著性差异,尤其是脂肪族硫苷,在两亲本间的差异更大。而且Tapidor和Ningyou7的籽粒硫苷总量分别是它们叶片硫苷总量的15倍和20倍。在叶片和籽粒两器官中,Ningyou7硫苷总量分别是Tapidor硫苷总量的2.5倍和4倍。TN DH群体的叶片和籽粒中三种类型硫苷和硫苷总量呈现连续的偏态分布,这表明该硫苷性状受多种基因的控制。
2 甘蓝型油菜叶片和籽粒硫苷QTL的检测与分析。  利用MetaNetwork软件对四个不同环境下的叶片和籽粒硫苷性状进行了QTL定位。共检测到324个显著性QTL,其中277个显著性QTL是从籽粒中检测到, 47个显著性QTL是从叶片中检测得到的。由于这些显著性QTL相互重叠,于是利用元分析方法将显著性QTL进行整合。经过两步整合得到64 个代谢物QTL(mQTL)。其中大多数的mQTL(67%)只在籽粒中检测得到,表明这些QTL可能涉及到硫苷从营养器官向籽粒的转运。19%的mQTL同时在叶片和籽粒中检测得到,可能涉及到硫苷在营养器官中的合成途径。还有一小部分的mQTL仅在叶片中检测得到,这些mQTL可能反映了硫苷在叶片中特异的代谢调控。
3 目标QTL的确定和近等基因系的构建。  在64个mQTL中,有2个mQTL, q.mcG-A9b和q.mcG-A9c,控制着4-7个籽粒不同硫苷分量和总量,所解释的籽粒硫苷总量的表型方差均在20%以上,而且只控制籽粒硫苷的积累而不影响叶片硫苷含量,因此这2个mQTL是本研究的目标QTL。利用白菜A9连锁群的BAC和Scaffold序列信息所开发出来的分子标记加密了这2个目标mQTL所对应的遗传图谱置信区间,完成了目标QTL所对应的遗传图谱置信区间与白菜遗传图谱的比对,找到了q.mcG-A9b所对应的的候选基因。以TN DH株系衍生出来的BC2群体材料为基础,以Ningyou7作为回交亲本进行多次回交,得到高世代BC4回交群体材料。利用目标QTL所对应的遗传图谱置信区间内的分子标记,筛选BC4回交群体中含有目标片段为Tapidor带型纯合或杂合的单株。最终在BC4F3材料中筛选到6株含有不同目标片段长度的近等基因系材料。
4 甘蓝型油菜硫苷的代谢网络和上位性调控网络的构建。  基于QTL共定位的信息,利用MetaNetwork分析了12个不同硫苷分量之间的遗传偏相关性,并据此构建了甘蓝型油菜脂肪族和吲哚硫苷的代谢网络。发现了5个新的硫苷代谢调控相关性,它们可能反映了潜在的硫苷合成代谢途径。同时还检测到5碳脂肪族硫苷和3 -吲哚基甲基硫苷从叶片向籽粒运输的途径,推测硫苷运输可能存在特异性。
利用QTLmapper检测了不同硫苷分量和总量的上位性互作对,得到509个达到显著性的上位性互作对。然后将这些互作对连接到所对应的连锁群上,构建了控制叶片和籽粒硫苷的上位性调控网络。通过分析发现叶片和籽粒中硫苷的代谢调控机制存在巨大差异,在一定程度上反映了硫苷在不同组织中的不同代谢调控机制。
5 推测mQTL所对应的基因在代谢途径中的作用。  根据不同硫苷分量之间的遗传相关性及所构建的硫苷代谢网络信息,推测了mQTL和代谢途径之间的联系,并进一步推测了mQTL所对应的基因在相应代谢途径中的作用。结果显示,大部分mQTL联系到硫苷转运和侧链修饰途径,另外39%的mQTL联系到硫苷核心合成代谢,而很少的mQTL联系到硫苷碳链延长和降解途径。说明TN DH群体的两个亲本硫苷的代谢差异主要是由硫苷转运和侧链修饰途径中的基因变异所引起的。

关键词:甘蓝型油菜;硫苷;QTL;元分析;代谢网络;上位性互作;近等基因系

甘蓝型油菜亚基因组间杂种优势分子遗传基础研究

博士生:付东辉  导师:孟金陵

将芸薹属中白菜型油菜(Brassic rapa, 2n=2X=20, ArAr)的基因组片段导入到甘蓝型油菜(Brassic napus, 2n=4X=38,AnAnCnCn)中,形成一类新型的甘蓝型油菜(New type Brassic napus, 4X=38,Ar/nAr/nCnCn)。将新型的甘蓝型油菜与自然甘蓝型油菜(AnAnCnCn)杂交产生的杂交种Ar/nAnCnCn能表现出强大的杂种优势,这种优势我们称为亚基因组间杂种优势。多项研究已证实亚基因组间杂种优势的存在,但其产生的遗传机理仍未得到揭示。为了研究白菜基因组片段的渗透对甘蓝型油菜基因组的结构变异的影响,并揭示亚基因组间杂种优势产生的分子遗传机理,我们利用一个半冬性的甘蓝型油菜品种“华双3号”(简称H3, 2n=38)与一个中国半冬性白菜型油菜品种“天门油菜白”(简称TM,2n=20)杂交,然后再与白菜型油菜回交,通过染色体观察和单粒传的方式衍生了一个由138个F8新型甘蓝型油菜株系组成的重组自交系群体(简称TH-RIL群体)。将TH-RIL每个株系与原始甘蓝型油菜亲本H3回交建立了一个回交群体(简称TH-BC)。将TH-RIL群体、TH-BC群体和两亲本(H3兼作对照)进行了两年一点的田间试验。考察了种子产量、每角果粒数、千粒重、地上部分生物学产量、开花期、株高、分枝数和含油量等8个性状,另外通过上述性状计算获得了单株角果数和产油量两个性状值。
通过表型数据分析结果表明,在TH-RIL群体中,新型甘蓝型油菜千粒重性状与自然甘蓝型油菜亲本相比,变化最为明显。有77.5% TH-RILs株系的千粒重超过H3;近一半的株系在株高、全株角果数和干物质重超过H3;有20.3%的株系在单株产量上超过H3;不足30%的株系在其他性状方面超过H3。这说明白菜基因组渗透到甘蓝型油菜后,能够对甘蓝型油菜产生较广泛的变异。在TH-BC群体中,亚基因组间杂种优势表现突出。中亲优势(Mid-parent heterosis,MPH)变异范围从0.0%(千粒重)到 47.1% (产油量),而超亲优势(over parent heterosis ,OPH) 变异从-7.4%(分支数)到26.9%(产油量)。平均有97%左右的杂交组合的单株产量性状超过H3,群体平均产量中亲优势为28%。这说明,当白菜外源片段渗透到甘蓝型油菜时,表现比较明显的杂种优势。
利用545个SSR标记(289对引物扩增),28个IBAP(intron-based amplified polymorphism)标记,51个着丝粒特有的反转座子标记和248个非着丝粒特有的反转座子标记共872个多态性标记用来进行基因组结构变异分析和遗传图谱构建(命名为TH-RIL map)。构建了一个含有628个标记的新型甘蓝型油菜遗传图谱(TH map),包括A基因组上的10条连锁群,C基因组的7条连锁群(无C6和C7),其余的8条短连锁群无法与已发表的连锁群相对应。由于TH群体的C基因组供体仅来源于H3,部分C基因组上的连锁群的成功构建是由于部分同源染色体之间发生的同源重组而导致的。TH 图谱总长为2272.8 cM,标记之间平均遗传距离为3.9 cM。
利用该群体进行基因组结构变异分析,新型甘蓝型油菜中一方面被导入了白菜特有的等位基因;另一方面渗透诱发了大量新的基因组结构变异,如等位基因的变异(不同于双亲的新带(N-type)的出现以及双亲共同带的消失(D-type))。 分析表明新型甘蓝型油菜创建过程中可能有反转座子的激活。为了进一步验证反转座子的激活这一遗传现象,将TH-RIL群体中扩增出的92条新的反转座子片段进行克隆测序,通过与三个转座子数据库进行比对,获得含转座子片段的序列65条,说明这些片段的变异是由于转座子的激活而诱发。同时利用65条序列与芸薹属基因组信息进行比对,设计12个RBIP (retrotransposon-based insersion polymorphism)引物再次证实了其存在。通过基因GO(http://www.geneontology.org/)注释发现在65条新变异的序列中有45条变异序列涉及到功能基因,主要是与代谢,细胞加工和胁迫有关的基因。
利用QTL Cartographer V2.5分析软件对三套数据(RIL群体数据,BC群体数据和MPH数据)进行单位点的QTL扫描分析。9个性状共检测到了123个QTL,其中微效作用但可以重复检测到QTL(简称MR-QTL)有40个,达到显著水平QTL(简称SL-QTL)有83个。利用TH-RIL群体分析白菜基因组的渗透对新型甘蓝型油菜的作用,在TH-RIL群体中检测到58个QTL,有33个QTL定位在包含N-type等位点的区域,这些新检测到的QTL能解释64.2%的表型变异,并且大约40%的QTL对性状表现出正向作用。来源于白菜基因组的Ar等位基因的渗透也对产量和产量相关的性状产生重要影响,另外有6个QTL和1/5的单标记分析位点都来源于B. rapa亲本。
利用TH-BC群体和TH-MPH数据进行杂种优势分析,对在这两个群体中检测的66个QTL进行显性度分析,确定了63个QTL为从部分显性到超显性效应的杂种优势位点。其中包括7个部分显性,6个完全显性和50个超显性。所有的与杂种优势有关的等位基因将可以分成5类,Ar(直接来源于白菜型油菜), An(直接来源于甘蓝型油菜), An(间接来自于A基因组发生变异的等位点), Cn(间接来自于C基因组变异的等位点)和L(分布在未定位的连锁群的一类)。92.0% QTL (58个)分布在A基因组,作用最大的一类来源于新变异的等位点(An),占总数的47.1% QTL (32),并且起正向作用的位点比例为56.3%;其次直接来源于白菜等位基因的(Ar)有22.1% QTL (15个),并且起正向作用的比例为 86.7% (13个)。23.9%的QTL与转座子的激活有关,正负作用的比例大致相等。这说明转座子的激活可以诱导新的等位基因的产生,并且对表型产生一定的影响。
利用QTL mapper 2.0软件进行上位性互作效应检测,从三套数据中共检测到了536个非等位基因互作对。在TH-BC和TH-MPH数据检测的372个互作对中, A-A亚基因组的互作比例最高,为71.4%;其次是A-C 亚基因组的互作为26.5% 和C-C 互作(2.1%)。每个等位基因各来源于五类(Ar, An, An, Cn 和 L )中的一种,可组成15种类型的两位点互作。从互作模型看,比例最大的是Ar-An (20.8%) ,其次为An-An (19.3%) ,平均58.6%互作对产生正向作用。由此可知,从单位点和两位点模型来看,亚基因组间杂种优势首先来源于白菜基因组渗透到甘蓝型油菜中所产生的新的发生变异的等位基因的贡献,其次是直接来源于白菜等位基因的作用,并且正效应的比例略大于负效应。从遗传模式看,亚基因组间杂种优势遗传模式是上位性、显性和超显性效应多种效应的综合作用。
甘蓝型油菜为异源多倍体,A和C基因组的高度相似性(同源基因)为杂种优势固定的研究提供了有利条件。利用TH-RIL群体中检测的203个互作对来分析杂种优势,并存在6对部分同源染色体之间的互作,被认为是固定杂种优势对。TH-RIL群体中的固定杂种优势的研究可为直接提高新型甘蓝型油菜的表型,间接提高杂种优势提供理论基础。
在甘白杂交过程中,由白菜基因组渗透所诱导的等位基因的变异及转座子的激活,诱发新型甘蓝型油菜中大量新等位基因产生。这些新的等位基因所产生单位点效应,它们之间的互作效应,新等位基因与直接渗透的亲本等位基因之间的互作效应成为亚基因组间杂种优势利用的重要理论基础。甘蓝型油菜作为一个多倍体模式物种,其亚基因间杂种优势的机理研究和应用,对为其它物种的相关研究,特别是利用亲本种和近缘种改良栽培种的研究,具有重要的指导和借鉴意义。


关键词:新型甘蓝型油菜;白菜型油菜;等位基因变异;染色体重排;亚基因组间杂种优势;产量QTL


拟南芥小G蛋白RabD2b的表达、定位及生理功能研究
博士生:王芳 导师:吴江生、刘克德

Rab蛋白家族是小G蛋白超家族中最大的一个家族,它们广泛存在于植物、动物及微生物中,调控细胞内不同的囊泡运输过程。Rab1类小G蛋白是Rab蛋白家族的一个亚家族,酵母和哺乳动物的Rab1类蛋白(Ypt1和Rab1)调控从内质网到高尔基体的囊泡运输过程。植物中Rab1类小G蛋白归属于RabD亚家族。拟南芥RabD亚家族又被分为功能不同的两个亚类AtRabD1(包括一个成员AtRabD1)和AtRabD2(包括三个成员AtRabD2a、AtRabD2b 和AtRabD2c)。目前,AtRabD1和AtRabD2a的功能研究开展较多,它们的功能类似于Ypt1和Rab1,调控囊泡运输过程。但另外两个成员AtRabD2b和AtRabD2c的细胞学和生理学功能还不清楚。本研究中,我们分析了AtRabD2b的表达谱和亚细胞定位,同时,利用基因敲除突变体和转基因植株对AtRabD基因的生理功能进行了研究。主要结果如下:
(1) 不同物种(拟南芥,酵母以及哺乳动物)Rab1类小G蛋白的氨基酸序列高度保守,而且它们都具有保守的功能结构域;AtRabD2b能够互补酵母温敏突变体ASY01(ypt1)的缺陷表型,表明AtRabD2b与Ypt1是功能上相似的同源蛋白;
(2) AtRabD2b主要定位在细胞内的点状结构上,其中大部分点状结构与高尔基体膜重合。通过定点诱变的方法获得了AtRabD2b的两种突变形式:组成性结合GTP的活性形式AtRabD2b[Q67L]以及不结合GTP或者GDP的非活性抑制形式AtRabD2b[N121I]。AtRabD2b[Q67L]仍旧定位在与高尔基体相关的点状结构上,而AtRabD2b[N121I]则弥散在细胞质中,表明AtRabD2b的不同核苷酸结合状态会影响它的亚细胞定位;
(3) RT-PCR结果显示AtRabD基因在植株的根、茎、叶、花、角果等组织中都有表达,表明它们是组成性表达的蛋白。GUS组织染色结果显示AtRabD2b在幼苗和成熟期的不同组织中都有表达,但是在幼嫩以及生长发育比较旺盛的部位中优先表达;
(4) atrabd2b单突变体和atrabd2b/atrabd2c双突变体没有出现异于野生型植株的表型。YFP-AtRabD2b [Q67L]的超表达植株出现矮化、莲座叶宽度增加以及花序轴上角果等异常表型。超表达YFP-AtRabD2b[Q67L]还导致了AtRabD2b基因的共抑制,产生了AtRabD2b,AtRabD2c和AtRabD1基因下调表达的转基因植株,这些转基因植株的茎顶端部分由绿变紫,并逐渐坏死,成熟期植株表现出矮化、丛生、不育等表型。这些结果表明AtRabD基因参与了植物的多个生长发育过程,而且AtRabD亚家族蛋白间存在着高度的功能冗余。
(5) 显微切片结果表明,共抑制植株茎段的坏死起始于细胞的死亡,坏死细胞首先在外围的表皮细胞层中发现,然后沿着切面在细胞和细胞之间蔓延。透射电镜观察结果表明在即将死亡的细胞中,叶绿体发育异常,内囊体片层膜数目减少,并且这些细胞中的细胞器被液泡逐渐吞噬。这些结果暗示了AtRabD基因在体内调控的囊泡运输过程对于维持植物某些组织的细胞活性有重要的作用。
AtRabD2b C末端结构域中保守半胱氨酸的缺失或者突变会造成C末端异戊二烯化修饰的改变,并引起AtRabD2b亚细胞定位以及功能的改变。

油菜溶血磷脂酰胆碱基转移酶基因分离及酶活性分析
博士生:郑倩   导师:吴江生、刘克德教授
磷脂酰胆碱(Phosphatidylcholine, PC)不仅是构成生物膜的重要成分,还是脂类合成的重要酰基供体以及植物细胞中脂肪酸修饰作用(如去饱和作用、羟基化)不可替代的底物。PC sn-2位点的酰基不断地发生着去酰基化反应和再酰基化反应,使PC快速地翻转和再修饰,该过程被称为“Land cycle”。溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶(lysophosphatidylcholine acyltransferase, LPCAT)是“Land cycle”中的一个关键酶,它主要催化溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine, LPC)酰基化形成PC。通过调控掺入PC sn-2位点的酰基种类,LPCAT能影响PC的脂肪酸组成和特性,也能影响PC和酰基库之间的酰基交换。已有研究指出LPCAT参与的酰基交换在三酰甘油(triacylglycerol, TAG)合成中起重要作用。因此,研究LPCAT在酰基交换中的作用机理,对改造植物中脂肪酸成分,特别是非常规脂肪成分,具有十分重要的意义。本研究中,我们利用异源LPCAT互补功能缺失的酵母突变体,成功分离到拟南芥和油菜中的LPCAT基因,并进一步分析了油菜LPCAT基因的表达谱以及油菜LPCAT的酶活性。主要研究结果如下:
1. 酵母LPCAT缺失突变体lca1∆对LPC的结构类似物——溶血血小板活化因子(lyso-platelet-activating factor, lyso-PAF)表现敏感。根据这一特性,我们用拟南芥幼苗cDNA文库转化酵母lca1∆突变体,通过功能互补,分离到已报道的2个溶血磷脂酰基转移酶(lysophospholipid acyltransferase, LPLAT)基因AtLPLAT1(At1g12640)和AtLPLAT2(At1g63050)。尽管拟南芥中还存在其他已确定的LPLAT基因,我们的结果表明AtLPLAT1和AtLPLAT2是拟南芥中仅有的2个能互补lca1∆突变体的基因,也说明了该互补筛选的方法是严谨和有效的。
2. 为了进一步分离油菜中的LPCAT基因,构建了油菜栽培品种Hero种子不同发育时期的cDNA文库,并用来互补酵母lca1∆突变体。通过互补实验分离到3个油菜LPCAT基因,分别被命名为BnLPCAT1-1,BnLPCAT1-2和BnLPCAT2。阳性克隆测序发现,BnLPCAT1-2在cDNA文库中存在多个具有单碱基差异的cDNA,而BnLPCAT1-1和BnLPCAT2的cDNA中不存在任何单碱基差异。序列比对显示,BnLPCAT1-1和BnLPCAT1-2是AtLPLAT1的直系同源基因,而BnLPCAT2是AtLPLAT2的直系同源基因。
3. 氨基酸序列分析显示,BnLPCAT蛋白属于膜结合O-酰基转移酶(membrane-bound O-acyltransferase,MBOAT)家族,含有溶血磷脂酰基转移酶活性所必需的3个保守MBOAT模体(motifs A-C)。在motif B中,存在一个高度保守的组氨酸残基,被认为是MBOAT家族中一个可能的活性位点残基。进化树分析表明, BnLPCAT的同源蛋白广泛分布在双子叶植物、单子叶植物、裸子植物、苔藓植物和藻类等不同的植物类别中。
4. 分析了BnLPCAT1-1和BnLPCAT2蛋白在不同溶血磷脂和脂酰辅酶A存在时的体外酶活性。用不同溶血磷脂作酰基受体时,BnLPCAT1-1和BnLPCAT2均对LPC有很强的活性,表明它们具有溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶活性。而且两者对16:0-LPC、18:0-LPC和18:1-LPC具有同等活性,说明它们对溶血磷脂sn-1位点的酰基没有明显偏爱性。用不同脂酰辅酶A作酰基供体时,BnLPCAT1-1和BnLPCAT2都偏爱不饱和脂酰辅酶A。两者均对22:1-CoA表现较低活性,说明了超长链不饱和脂酰辅酶A不是两个酶能有效利用的底物。在所有的酶活性分析实验中,BnLPCAT2的活性都明显高于BnLPCAT1-1。
5. 利用定量Real-time RT-PCR分析了BnLPCAT1-1和BnLPCAT2在不同组织中的表达水平。BnLPCAT1-1和BnLPCAT2在所有组织中都表达,而且BnLPCAT1-1的表达水平要明显高于BnLPCAT2。BnLPCAT1-1在生长1周的幼苗中表达量最高,其次是叶片、花蕾和花,而BnLPCAT2的表达量在花蕾中最高。

关键词:甘蓝型油菜;溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶;种子cDNA文库;功能互补;酰基交换;酶活性分析
 

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* 硕士论文摘要 *
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甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育上位抑制基因(esp)的分子标记开发与评价

硕士生:李婧婧   导师:杨光圣

   隐性细胞核雄性不育具有不育性稳定彻底、恢复源广和不存在胞质负效应等优点,成为油菜杂种优势利用的一条重要途径。
目前,国内外利用的油菜隐性核不育系主要有双基因隐性核不育和隐性上位互作核不育两种系统,其中后者是利用最为成功的一种。9012AB属于隐性上位互作细胞核雄性不育系统,其育性受2对隐性重叠不育基因(ms3ms3ms4ms4)和1对隐性上位抑制基因(espesp)互作控制,即两对隐性不育基因纯合时表现雄性不育,但任何一个不育基因为显性或上位抑制基因隐性纯合时育性恢复。根据这种遗传模式,隐性上位互作核不育系统可以实现”三系化”繁殖与制种,即通过“临保系”获得100%不育群体,避免杂交种生产过程中拔去母本行50%可育株的麻烦。然而,由于育性受3对基因控制并且基因之间存在互作,依靠传统的杂交、测交方式及其后代表型鉴定方法,选出性状优良的不育系和临保系将是一项繁琐低效的工作。
开发出与不育基因(ms3和ms4)和上位抑制基因(esp)连锁的分子标记,然后进行分子标记辅助选择(Marker Assisted Slection,MAS)将大大提高育种效率。本研究以甘蓝型油菜隐性上位互作核不育系9012AB及其临保系T45为基本材料,构建了一个类似F2的分离群体,并开发与esp基因紧密连锁的分子标记。同时,对22种基因型未知的不同油菜材料进行了遗传分析和Esp/esp位点的基因型预测。在此基础上,为了判断标记的有效性和适用性,我们使用32份不同来源的材料,对本研究中开发出的分子标记和实验室后期开发出的43个与Esp/esp位点连锁的标记进行评价,旨在为分子标记辅助育种提供参考。取得的主要结果如下:
1.采用AFLP(Amplified Fragment Length Polymorphism)与BSA(Bulked Segregation Analysis)结合的方法,筛选了1024对引物组合,获得5个与esp紧密连锁的AFLP标记(L1,L2,L3,L4,L5)。所有的标记都位于Esp/esp位点的一侧,其中L1,L3,L4,L5与esp基因的遗传距离均为0.8cM,L2与esp基因的遗传距离为2.9 cM。
2.与esp距离最近的4个AFLP标记之中的一个标记L1被成功地转化成SCAR标记SCL1,分析含有130个单株的大群体后,其与esp的遗传距离为0.8 cM。
3.对22种基因型未知的不同油菜材料进行遗传分析,最后推测出17种材料Esp/esp位点的基因型,只有一个材料的基因型为EspEsp,其余材料均为espesp4.对44个与Esp/esp位点连锁的标记在32种材料中进行评价,38个标记有多态性,其中12个标记的标记基因型与27种材料的遗传基因型完全相符,5个标记的符合度为96%,其余标记的符合度从11%到78%不等。


利用多重荧光SSR标记构建甘蓝型油菜品种的
DNA指纹图谱

硕士生:张清华  导师:刘克德

油菜品种DNA指纹数据库的构建在油菜品种纯度及真实性鉴定、品种权登记保护、区试及审定品种质量监控等方面具有重要应用价值,对理清我国油菜种质的亲缘关系、杂种优势群划分、种质创新及新品种选育具有重要指导意义。
本课题基于毛细管凝胶电泳和荧光SSR标记,建立了一套高通量油菜品种SSR检测体系,为大规模油菜品种鉴定和大规模油菜DNA指纹图谱的构建奠定了基础。本论文以SSR标记为技术手段,对多重PCR体系建立的基本过程及荧光标记多重PCR组合的确定等油菜DNA指纹库构建的关键技术环节进行了研究。本论文形成如下研究结果:
(1)根据本实验室已构建的甘蓝型油菜高密度遗传连锁图谱以及之前的引物筛选结果,初步挑选出52对多态性高、扩增质量好的SSR引物。将左右引物5’端分别加上M13F和M13R接头,通过聚丙烯凝胶电泳检测发现其中24对引物扩增效果较好,可入选多重PCR组合。同时记录各产物间的相对大小关系。
(2)对入选的引物进行多重PCR组合,探讨了多重PCR构建的基本过程。采用6-FAM和HEX荧光染料标记上游通用引物M13F,通过调整PCR体系中各反应成分的量和反应条件,最终确定了一套完整的多重PCR扩增和检测体系。在ABI3500 Genetic Analyzer上对扩增产物进行电泳分析,GeneMapper 4.1软件分析产物片段大小并进行分型。
(3)本实验以筛选到的16对SSR引物对179份油菜进行基因分型。16对SSR引物分别检测到2-9个等位变异,共检测到78个等位变异,平均每对引物检测到4.88个等位变异,各引物的PIC值分别为0.35-0.97,平均为0.82。聚类分析显示该供试品种的遗传多样性相对狭窄。(4)根据多重PCR组合的结果,结合PIC值和鉴别力,确定核心引物组合,构建179份甘蓝型油菜品种的指纹图谱。最后用9对SSR引物构建了179个甘蓝型油菜品种的指纹图谱。利用核心引物组合扩增的方法,可以鉴定油菜杂交组合及其亲本的真实性和纯度。


甘蓝型油菜黄化突变体的基因定位

硕士生:陈艳丽 导师:傅廷栋

叶片是植物进行光合作用的主要器官,在植物生长发育过程中起着重要的作用。叶色发生突变会影响植株的光合作用和生长发育。
叶色突变体不仅是研究高等植物光合作用不可或缺的重要材料,同时也对研究叶绿素的生物合成,叶绿体结构发育和遗传转化,了解核质互作等发面具有重要的作用。叶色突变体还可作为标记性状应用于杂交种子的纯度鉴定。
甘蓝型油菜黄化突变体bnaC.ygl是在甘蓝型油菜品系T6的EMS诱变后代中发现的,该突变体黄化性状受1对隐性核基因控制。bnaC.ygl基因被定位于甘蓝型油菜的N17连锁群。本研究以甘蓝型油菜黄化突变体系bnaC.ygl及其野生型T6为材料,研究其叶绿素含量和叶绿体的形态和发育。并对突变体bnaC.ygl进行了基因定位。主要取得的研究结果如下:
1.苗期测量bnaC.ygl和T6的叶绿素含量,结果表明bnaC.ygl的叶绿素含量较T6的表现下降,叶绿素a和叶绿素b分别下降40.3%和57.7%,说明bnaC.ygl黄化性状是总叶绿素含量的大幅度下降引起的。而叶绿素a/b却显著高于T6(P<0.05),表明叶绿素b的下降幅度大于叶绿素a。
2.运用透射电子显微镜观察突变体和T6的叶绿体形态和发育,结果显示,虽然bnaC.ygl叶绿体的形状和T6一样呈纺锤状,但是bnaC.ygl叶绿体的基粒垛叠少,内囊体膜明显减少。表明该突变体中叶绿体的发育受到一定程度的影响。
3.选取bnaC.ygl与丙409的F2、BC3和BC4作为定位群体。利用绿叶基因池和黄叶基因池筛选EM、PM和TE组合的AFLP引物,用在基因池中表现出多态性的引物扩增绿苗和黄化苗基因池中的单株。再用表现出多态性的引物扩增BC4群体中的2400单株。共得到28个与bnaC.ygl基因连锁的标记,其中的20个标记与目标基因距离较近,均为0.42cM。

甘蓝型油菜花叶性状的遗传及基因定位

硕士生:晏仲元  导师:吴江生

花叶是油菜的一种叶片形态,可应用于杂种鉴别、纯度鉴定以及遗传学研究等。前人关于油菜花叶的遗传学研究表明:花叶受一至两对质量基因控制,遗传关系相对简单,但至今未见对该性状进行基因定位的研究报道。本研究以4个甘蓝型油菜品种(系)配制的组合Ⅰ(No.2127-17/花叶恢)和组合Ⅱ(YZ001-6/G350)的P1、P2及其F1和F2共四个世代为材料,结合采用SSR与BSA方法,筛选与花叶主效基因紧密连锁的SSR标记,用于分析作图群体基因型并绘制遗传连锁图,实现花叶主效基因的初步定位。另外,比较了两个遗传图谱间SSR标记的共线性并对定位区域进行了生物信息分析。主要结果如下:
1.F1植株叶形表现为半花叶说明花叶是不完全显性性状。
2.遗传分析结果表明花叶性状受一对主效基因控制,将该基因命名为BnML (Mosaic-leaf in Brassica napus)。
3.组合Ⅰ花叶主效基因定位于分子标记BrGMS3707与SSR648之间,遗传图距分别为16.2cM和8.3cM;组合Ⅱ花叶主效基因定位于分子标记BrGMS4768和BrGMS4779之间,遗传图距分别为4cM和6cM。
4.利用BrGMS3705与SSR648在两个组合遗传图谱间的共线性,将花叶主效基因BnML定位于甘蓝型油菜A10染色体,即分子标记BrGMS4768和BrGMS4779之间10cM遗传图距范围内,为BnML基因的精细定位及克隆奠定了基础。
5.通过标记序列与白菜基因组序列的比较分析,进一步将定位区域缩小至白菜拼接序列上975kb的物理距离范围内。通过高度保守的蛋白质结构域搜索,在此区域预测到4条与拟南芥的叶形调控家族基因高度相关的候选序列,为后续研究提供了有益启示。


油菜抗草甘膦除草剂资源的鉴定及筛选

硕士生:柳寒  导师:周永明

油菜(rapeseed)是世界广泛种植的油料作物之一,是重要的食用油源和蛋白质饲料来源,也是重要的工业原料。我国油菜种植面积和总产量均居世界首位,然而每年的生物和非生物胁迫都对油菜的高产稳产造成严重威胁,提高油菜抗胁迫能力将能显著提高产量。草害是油菜最重要的生物胁迫之一,也是油菜高产的主要障碍之一,不仅造成油菜大幅减产,还花费了大量的劳动力除草。因此,对杂草的有效防治与根除对油菜生产具有重大意义。
影响油菜生产的杂草种类繁多,化学除草对施药时间和剂量都有严格要求,对作物有一定的适用范围,对杂草有一定的选择性,往往难以达到理想的效果。因此,培育和推广抗除草剂油菜品种可以有效控制草害,减少中耕除草用工,提高油菜产量,增加效益。
本研究一方面将人工合成改造的抗草甘膦基因cp4-epsp转化拟南芥和油菜进行抗性鉴定,另一方面对油菜种子进行甲基磺酸乙酯(Ethyl methanesulfonate, EMS)诱变,在M2代中筛选抗草甘膦突变体,同时还克隆了白菜型油菜中的5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase, EPSP合成酶)基因,其主要研究结果如下:
(1)获得了cp4-epsp转基因拟南芥和油菜植株,抗性鉴定结果表明转基因植株在稀释100倍的41%农达异丙胺盐制剂喷洒条件下仍能继续生长,而对照即使使用稀释400倍的同等制剂喷洒也不能存活。
(2)以湘油15号种子为材料,使用0.45%的EMS诱变剂处理后获得了诱变群体M1代。用稀释200倍的41%农达异丙胺盐制剂喷施M2代4-5片真叶期植株筛选抗草甘膦突变体,结果植株10天后全部枯萎凋亡,没有筛选到抗性株。
(3)在白菜型油菜Yellow Sarson中克隆到epsp基因的两个拷贝epsp384和epsp319。序列分析表明这两个拷贝的核酸序列同源性为92%,蛋白质序列同源性为95%。进化树分析显示epsp384与中国白菜中的epsp基因来源相同,epsp319与甘蓝型油菜中的epsp基因来源相同。与21个不同来源的EPSP合成酶蛋白质序列进行比对分析发现,其大部分氨基酸均高度保守。


芥菜型油菜多室性状的遗传分析及其基因的分子标记

硕士生:吕泽文   导师:沈金雄
油菜是我国重要的油料作物之一,每年大约有40-42%的食用植物油来源于油菜。培育优质高产的油菜品种是当前育种工作者的首要目标。多室角果油菜相比于两室角果油菜,其每果粒数显著增多,在油菜适宜密植、直播及机械化操作等生产与遗传改良中,多室性状无疑具有重要作用。目前已报道的多室油菜类型有白菜型油菜和芥菜型油菜。
研究结果表明,白菜型多室性状受一对隐性核基因控制,芥菜型油菜多室性状虽也为一对隐性核基因控制,但还为微效基因所修饰。白菜型油菜的多室性状位于A基因组上,遗传不够稳定,多室单株常表现为多室角果和两室角果嵌合存在现象;芥菜型油菜的多室性状基因位于B基因组上,其角果多室性状遗传比较稳定。
本研究所用的材料为芥菜型油菜,包含1个多室材料和3个两室材料,通过多室性状的遗传模式鉴别、多室和两室子房进行石蜡切片比较以及分离群体的AFLP、SCAR和SSR等标记技术分析,对芥菜型油菜多室性状遗传规律、产量性状特点以及多室性状基因定位等进行了初步研究,取得以下主要结果:
1.多室材料与两室品种正反交F1单株全部为两室角果,F2两室单株和多室单株的分离比为15:1,F1单株与多室亲本回交获得的BC1群体中两室与多室的分离比为3:1,说明多室性状受2对独立遗传的隐性核基因控制,且角果性状不因正反交方式不同而存在差别,证实多室性状无细胞质效应。这说明本研究供试用多室材料与已有文献报道的完全不同。
2.多室材料和两室材料角果和子房石蜡切片的观察发现,多室材料的角果由4心皮发育而来,4个果瓣包围种子,两个假隔膜平行(白菜型油菜多室角果假隔膜交叉呈十字形),将角果分隔成3个腔室(而不是4腔室),中间的腔室比较大,两侧的腔室稍小,且本研究用多室材料假隔膜发育无白菜型多室油菜发育障碍或中途退化而形成多室与两室角果嵌合现象。
3.对BC1分离群体中的多室单株和两室单株的主要产量性状进行了考察,发现多室单株的千粒重和单株有效角果数均小/少于两室单株,但每果粒数和单株产量显著高于芥菜型两室单株,说明多室单株中对单株产量增加贡献最大的是每果粒数。
4.利用AFLP技术结合BSA法对BC1和BC2群体进行标记筛选,在BC1群体和BC2中均筛选出9个AFLP标记,这些标记分布在目标基因的两侧,距目标基因6.3~26.5cM。将BC2群体中筛选到的AFLP差异片段测序,与白菜BAC序列进行比对,根据白菜BAC序列设计SCAR引物和SSR引物,获得了一个SSR标记SSR18和一个SCAR标记SCAR07,分别距目标基因11.5cM和14.9cM。将获得的AFLP、SCAR和SSR标记在扫描BC1F2群体,构建了两室性状基因Mc1的遗传连锁图,并根据白菜BAC信息,初步确定了Mc1基因所在的连锁群。
5.利用获得的与Mc1基因连锁的分子标记对分别含有Mc1和Mc2基因的BC2群体进行了鉴别,确定了这些群体的基因型,为进一步构建大的分离群体以精细定位、克隆Mc1和Mc2基因奠定了基础。


甘蓝型油菜双向导入系的构建及评估
硕士生:曾丽萍  导师:孟金陵
本实验室以欧洲甘蓝型油菜冬性品种Tapidor和中国半冬性栽培种宁油7号为亲本,构建TN DH群体,包含202个株系;并以该群体为母本,Ningyou7为父本,经过4次回交构建了导入系群体,称之为T-BC4群体。
本研究目的为构建甘蓝型油菜双向导入系,因此以Tapidor为父本,构建了世代平衡的回交导入系群体,称之为N-BC4群体。同时,对双导入系群体进行了初步评估,并利用N-BC4群体对A9硫甙性状相关QTL进行了分析和研究。
主要结果如下:完成甘蓝型油菜双向导入系的构建。以Tapidor为父本,构建N-BC4导入系群体。经过回交和自交的方法,得到包含大于4000个单株的BC4F1和BC4F2群体,完成了与T-BC4群体世代平衡的甘蓝型油菜双向导入系构建。另外分别得到来源于111个DH系对应239个单株BC2F1,360个单株BC2F2自交种;107个DH系对应501个单株BC3F,,105个DH系对应418个单株BC3F2自交种。以Ningyou7为父本的T-BC4群体,通过自交,得到来源于131个DH系对应BC4F2单株。经过回交,得到85个株系、133个单株的BC5F1回交种。对双向导入系进行了初步评估。结合开花时间,利用A10和C6 QTL区间内特异性分子标记对T-BC4群体和N-BC2群体进行了评估。调查两个群体约2000个单株开花时间,表明花期持续时间为30天,但即使来源于同一DH系的单株开花时间也有较大差异。
同时,通过14对C6和3对A10连锁群开花QTL区间内分子标记进行评估,结果表明在双向导入系中同一QTL的作用刚好相反。开花时间早晚是由于导入相应染色体片段引起的,初步证明导入系群体构建成功。加密A9连锁群硫甙性状相关目标QTL所对应的遗传图谱置信区间。同时,利用T-BC4群体,通过A9连锁群硫甙QTL区间内分子标记进行筛选,为构建分离群体做准备。基于早期研究对对叶片、籽粒中各个硫苷分量和总量进行QTL定位分析,共有2个mQTL,表型方差均在20%以上。
本研究利用白菜A9连锁群的BAC和Scaffold序列信息开发分子标记,加密QTL所对应的遗传图谱置信区间,完成目标QTL所对应的遗传图谱置信区间与白菜遗传图谱的比对。通过BAC和BAC-end共设计57对引物,其中3对定位到A9连锁群QTL区间内。经过QTL重新整合分析,目标QTL区间缩短为2cM。对来源于7个DH系810个BC4F2单株以及来源于11个DH系2000个BC4F3单株套袋自交,得到自交种,测定硫甙含量。同时利用目标QTL所对应遗传图谱置信区间内分子标记,对基因型进行筛选,结合基因型和表型,为构建分离群体奠定基础。
七、依托单位支持情况

1、运行经费支持情况

2、实验室面积

油菜遗传育种专业性实验室拟建于湖北省武汉市华中农业大学,依托于国家油菜工程技术研究中心、国家油菜武汉改良分中心和作物遗传改良国家重点实验室油菜分室。目前拥有4300平方米的实验室和2000平方米的挂藏室,2500平方米的晒场和盆栽场。油菜遗传育种专业性实验室拟建于油菜工程中心新油菜楼三楼和旧油菜楼二、三楼,面积约1500平方米,为该实验室的建设和运行提供了基础保障。

3、仪器设备

实验室现有设备总值3500多万元,拥有近红外光谱仪、高效液相色谱仪、气相色谱仪、荧光倒置显微镜、人工气候箱、光照培养箱、显微照相摄像系统、凝胶成像系统、荧光定量PCR仪、梯度PCR仪、普通PCR仪、酶标仪、遗传分析系统、高压灭菌锅、台式离心机、超低温冰箱、变性梯度凝胶电泳系统、垂直电泳仪、水平电泳仪、蛋白质电泳系统、分光光度计、温控摇床、超纯水制备仪及超净工作台等1100台(套),这些仪器设备为相关研究的开展奠定了良好的基础。
20万以上的大型仪器设备清单见附表一。

附表一:
20万以上仪器设备清单
序号  设备名称   型号           国别    购置日期  单价  存放点
1   原位PCR仪 PTC-225       美国   200309 ¥233,585.43 
2   高速离心机 J-251          美国   200210 ¥266,884.50 
3   气象色谱仪 A7890A       美国    201103 ¥277,980.00 旧油305
4 高效液相色谱仪 WATERS-2487-711-600 中国 200712 ¥342,312.00 旧油309
5 高效气相色谱 HP6890 美国         199912 ¥350,000.00 旧油309
6 高速离心机      J-30I 美国         199912 ¥376,280.00 分子楼409
7 近红外光谱仪 VECTOK22/N 瑞典    200210 ¥399,084.23 旧油309
8 高效毛细血管电泳仪 BEKMAN COULTER 中国 200712 ¥456,000.00 旧油309
9 遗传分析系统 4300S        美国    200501   ¥646,800.00 分子楼502
10 全自动基因分析仪 3130     美国     200701  ¥803,000.00 分子楼404