野生等位基因滲入四倍體花生作物中的作用（一）

將野生等位基因滲入四倍體花生作物中以提高水分利用效率，早熟和產量
文獻信息：
Wellison F. Dutra, Yrla?nia L. Guerra, Jean P. C. Ramos, Pedro D. Fernandes, Carliane
R. C. Silva, David J. Bertioli, Soraya C. M. Leal-Bertioli, Roseane C. Santos （2018）
Introgression of wild alleles into the tetraploidpeanut crop to improve water use efficiency,earliness and yield
PLOS ONE | June 11, 2018   https://doi.org/10.1371/journal.pone.0198776

摘要:
從野生物種中導入基因是育種人員很少用于改善商業作物的實踐，盡管它為豐富遺傳基礎和創造新品種提供了極好的機會。在花生中，這種做法正在被越來越多地采用。 在這項研究中，我們介紹了來自野生種Arachis duranensis和A. batizocoi的野生等位基因滲入改善了光合特性和產量的一系列結果，這些系得自于誘導的異源四倍體和栽培花生在水分脅迫下的選擇雜交。該測定法是在溫室和田間進行的，側重于生理和農藝性狀。為了對耐旱品系進行分類，采用了多元模型（UPGMA）。 幾條品系顯示出更高的耐受水平，其值與耐受對照相似或更高。突出顯示了兩個BC 1 F 6系（53 P4和96 P9），具有良好的干旱相關性狀，早熟性和莢果產量，對耐旱的優良商業品種BR1具有更好的表型特征。這些系是創建適合在半干旱環境中生產的花生品種的良好候選者。

概述：
適應干旱環境的植物栽培種的開發是改良計劃中的一項有價值的策略，并且由于復雜的遺傳遺傳而面臨著巨大的挑戰。為了簡化選擇過程，育種者可以使用替代性狀來幫助鑒定耐旱植物。
水分脅迫下的植物由于CO2的擴散限制而降低了氣體交換，降低了羧化效率，或者由于光抑制導致了葉綠體活性的限制。
植物自身有幾種保護機制，以平衡吸收的光能與光合作用。根據Kalariya等研究，非光化學淬滅（NPQ）是一個非常重要的特性，它是指通過葉綠體以非光化學方式釋放多余的能量，從而保護光合器官。在多種情況下，氣體交換和葉綠素a熒光是葉片生理狀態和植物生長的非常敏感的指標。 它們揭示了當前光合代謝的狀態，包括脅迫條件下的損傷和修復狀態。
花生（Arachis hypogaea L.）是許多國家種植的重要油料種子，可用于糧食和石油市場。 花生屬有80多種，多數為二倍體（2n = 2x = 20），代表了寶貴的遺傳資源，廣泛適應熱帶和半干旱環境。
花生野生種在改良計劃中的使用受到限制，這主要是由于物種之間的倍性差異和染色體障礙。 可以通過人工雜交A和B基因組野生物種，然后誘導染色體復制以恢復生育力和四倍體狀態來克服這一問題。通過結合A和B基因組來培育合成系，提供了一系列具有幾個優良特性的四倍體，例如對疾病和害蟲的抵抗力，并為花生改良開辟了新的機遇。

1、材料和方法:

1.1 植物材料
BR₁是一種早熟的直立品種，廣泛適應熱帶和半干旱環境。被選為父本，由于即使在缺水的情況下（間歇性和季節結束）也能生產成熟的豆莢，產能很高。誘導的異源四倍體[A. batizocoi K9484 x A. duranensis SeSn2848] 4x（在這里稱為BatDur），是使用EMBRAPA遺傳資源和生物技術的花生種質庫中的野生種質生產的。將BR₁和BatDur雜交，并將來自該雜種的F ₂后代與BR₁回交。 BC ₁ F ₁ s自交，產生281種子。 BC ₁ F ₂植物在溫室中生長（(Recife, 8?03’14”S 34?52’51”W, 7m）, 將種子播種在20升的花盆中，該花盆中裝有事先經過石灰處理和施肥（NPK，20：60：30，硫酸銨，單過磷酸鈣和氯化鉀）的砂質壤土。發芽后的第25天，將植物停水15天。只有87個植物達到完整周期，并根據收獲指數（HI 35％）和耐旱指數（DTI 0.7）選擇了13個植物。由于所有后代均處于脅迫狀態，因此將BR₁的平均值用作對照。 從13種選擇的植物中的每一種中選擇十個BC₁F₃種子用于進一步的田間測定。
 

圖1. 誘導的異源四倍體BatDur近交采用的選擇步驟。

1.2 田間初選和生理測定
在2015年雨季結束時，在田間試驗中種植了130粒BC₁F₃種子（Campina Grande，PB，7?13'50” S，35?52'52” W，551 m，半干旱氣候）（ 7月-10月）。將植物播種成5m行，間隔30厘米，出苗25天后要停水21天，然后恢復灌溉，在生長周期中保持相當于400毫米的澆水量。收獲時，根據收獲指數（HI 30％）從最初的130株植物中選擇64株。評估了64 BC ₁ F ₃植物的后代與干旱抗性和農藝性狀相關的生理響應。在干旱季節，植物生長在PB的Campina Grande的溫室中（十月/ 2015-Feb / 2016）。將BC₁F ₄植物種子播種在30L盆中，該盆中裝有事先用石灰和肥料施肥的沙壤土質地的土壤。 測定中添加了三種栽培基因型：BR1（瓦倫西亞直立，耐旱），塞內加爾55-437（西班牙直立，耐旱）和LViPE-06（弗吉尼亞州流浪者，對干旱敏感）。每天給植物澆水，保持田間容量。
在花期（直立品種為24–25天，亞種LViPE-06為34–35天），植物需忍受15天的水分限制。水分替代基于作物的蒸散量（ETC），通過溫室內安裝的蒸發罐和花生的作物系數來估算。 分析期間記錄的溫度范圍為18?C至44?C。 空氣的相對濕度平均為68％。
采用不完全隨機區組，重復10次。測量了以下生理特征：氣孔導度（gs），蒸騰速率（E），凈光合速率（Pn）和胞間CO₂濃度（Ci）。根據這些數據，估算了瞬時羧化效率效率（Pn / Ci）和瞬時水分利用效率（WUE），以比率Pn / E表示。使用紅外氣體分析儀（IRGA，ACD，LCPro SD，UK）和1600μmolm-2s-1的光源，在上午9:00和11:00 AM之間測量光合作用參數。 使用葉綠素熒光儀OS5p+（Opti-Sciences，Hudson，USA）測量葉綠素熒光特性。 使用Kramer模型評估非光化學淬滅（NPQ）。
使用軟件GENES 2013.5.1通過單變量和多元（非分層模型）方法分析數據。UPGMA方法被用作非分層模型。為了調整模型，估計了顯著相關系數。