核桃早实性基因图谱的构建

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获奖名称：

科技进步奖

获奖区域：

新疆自治区

获奖等级：

三等奖

主要完成人：

王国安; 牛建新; 巴吾东·司马义; 张虎平; 虎海防; 买买提·艾力; 张强; 马斯特江

关键词：

早实性;  桃;  构建;  核桃;  早实;  基因;  图谱;  基因图谱; 

第一完成单位：

新疆林业科学院

获奖时间：

2006

项目名称：

核桃早实性基因图谱的构建

联系人：

王国安

联系电话：

0991-4638754;13999181037

电子邮件：

wangguoanxjlky@sina.com

邮编：

地址：

新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市河滩北路附60号

合作完成单位：

石河子大学农学院

单位电话：

0991-4656380;4638754

传真：

0991-4656522

网址：

推荐单位(专家)：

摘要：

核桃（Juglans regia L.）是新疆重要的经济林树种，栽培历史悠久。由于长期采用播种繁殖，在新疆核桃实生群体中，混生着早实和晚实2种性状类群，种质资源多样性较丰富。核桃一般每年开花一次，早实性强的核桃树具有二次开花的特性。开花较早的二次花所结核桃可以成熟，并具有播种繁殖能力。二次果后代生长发育情况与一次果播种苗无差异，且表现出早实特性。 一般早实核桃2～3年开始结果，晚实核桃8～10年开始结果。用二次果核桃进行播种育苗，所育苗木中出现的播种当年开花的植株，称之为当年开花核桃。从1995～2001年，我们选用早实性强的良种核桃作种子，连年进行了播种试验，选育并汇集234 株当年开花核桃植株；同时，通过人工隔离诱导对新疆早实核桃进行了孤雌生殖能力探讨试验，共获得孤雌生殖核桃480多个，通过播种得到150多株生长正常的实生苗。当年开花核桃的早实性在木本植物尤其高大乔木中极为罕见，是珍贵的表型性状资源，具有很高的科学研究和开发利用价值，也为实现林木品种遗传纯化奠定了物质基础。 为了进一步开展核桃早实品种遗传纯化，为开发和利用当年开花核桃这一珍贵的种质资源提供重要的科学依据和物质基础，自治区科技厅2001年下达了编号为200121108自治区自然科学基金项目“核桃早实性基因图谱的构建”。项目旨在以新疆当年开花核桃和晚实核桃2个类群为试材，利用RAPD技术，参照BSA法，寻找与核桃早实性状相关的RAPD分子标记，并进一步将该标记转化为特异性的SCAR标记，初步构建出当年开花核桃的基因图谱；同时，运用RAPD分子标记技术，对核桃孤雌类型进行鉴定，标记纯合基因型核桃植株。 1、本项目取得以下研究成果： (1) 运用RAPD技术，对新疆早实核桃的早实性状进行了标记，其早实性状相关基因的RAPD标记为OPG15759。 (2) 完成核桃早实特性相关的RAPD多态性标记的回收、克隆及测序，测序结果证明OPG15扩增的多态性片段为759bp。 (3) 用SCAR双引物检测早实、晚实基因池以及两类群体的单株，结果表明转化后的SCAR标记与 RAPD－OPG15759一致。 (4) 运用RAPD分子标记技术，对核桃孤雌类型进行鉴定，初步标记出纯合基因型核桃植株—“914单株”。 (5) 选育播种当年开花核桃植株265株，保存234株。 (6) 共获得孤雌生殖核桃的播种苗155株。 (7) 撰写、发表相关研究论文8篇。 2、主要技术指标： (1)从国家、自治区级认可的优良核桃品种中选择早实性强的品种，进行田间播种育苗，从中选出当年开花的植株； (2)运用RAPD分子标记技术，对早实核桃的早实性基因相关DNA片段进行标记； (3)对扩增出的早实性相关RAPD多态性标记片段进行回收、克隆、测序并进行分析，构建新疆核桃早实性基因图谱。 (4)运用RAPD分子标记技术，对核桃孤雌类型进行鉴定，标记出纯合基因型核桃植株。 3、关键技术： (1) 以STE为介质，采用低速离心法提取纯度较高、完整性较好的DNA。 (2) 筛选出与核桃早实特性相关的RAPD分子标记，并成功地转化为特异性的SCAR标记。 (3) 建立了核桃早实性状相关基因标记的RAPD和SCAR研究体系。 4、主要创新点： (1)对CTAB法进行了改良，有效地去除多酚和多糖的污染，获得了高纯度的核桃DNA；优化并建立了核桃RAPD分子标记的最佳反应体系；在国内首次建立了与核桃早实特异性状相关的RAPD和SCAR研究体系。 (2)在国内首次筛选出与核桃早实特性相关的RAPD分子标记OPG15759，并成功地转化为特异性的SCAR标记，取得了很好的检测效果。 (3)首次提出应从基因水平上依赖于蛋白激酶调控的细胞代谢和信号传递过程来研究果树童期的遗传机理。 5、适用范围： (1)本研究改良的CTAB法，可以有效去除多酚和多糖对DNA的污染，适应于富含多酚和多糖的多年生木本植物高纯度DNA的提取工艺。 (2)通过研究筛选出了新疆核桃早实特性相关基因的RAPD标记，并通过RAPD标记的克隆测序，设计了特异引物，这种设计出的特异引物，可以用于筛选早实特性相关基因分子标记。 (3)通过RAPD标记转化技术所获得的SCAR标记可作为早实核桃物理图谱的锚定点，在最终图位克隆分离该基因时可作为染色体步移（Chromosome walking）的探针，便于基因的分离，也可为早实核桃基因组的筛选提供进一步信息，为进一步克隆早实基因奠定基础。 (4)检测核桃特异性状的DNA探针可应用于新疆核桃优良性状的早期鉴定，缩短育种周期。 6、应用前景： (1)早实基因的标记、定位、测序、克隆，为核桃早实基因导入打下了基础，有望缩短培育早实优良品种的周期。 (2)利用优质纯合基因型植株，营建核桃纯种园，生产后代性状稳定的核桃种子，以利于促进核桃产业化的发展。 (3)利用特异优良性状纯合基因型植株，进行定向杂交，进一步培育新的核桃杂交品种，发挥其F1超强杂种优势。 (4)利用异质纯合基因型植株进行杂交，有助于在理论上探讨子代的遗传变异规律。 (5)核桃早实性相关基因的成功标记及成果转化，将为进一步开展核桃早实育种分子标记辅助选择（MAS）和早实基因定位与克隆打下基础，为核桃品种的遗传纯化找到了切入点，也为进一步研究、开发、利用核桃孤雌生殖和新疆早实核桃二次果等珍贵优质遗传资源提供科学依据和物质基础，同时也为木本植物特异性状的连锁基因标记和基因遗传纯化开辟了新的途径。