基于无人机多光谱影像的花生氮高效种质资源筛选

氮素利用效率是影响作物产量建成的重要因素,筛选氮高效花生种质资源对于氮高效花生品种选育和机理研究至关重要。利用无人机多光谱影像快速获取花生生物量、氮素累积量,可为氮高效花生种质资源快速、精确鉴定带来新的契机。以22个大田种植的花生品种作为训练群体,利用多光谱无人机采集花生苗期多光谱影像,提取冠层反射率,然后通过构建11个植被指数对训练群体花生的生物量和氮素累积量进行准确测定;以与生物量、氮素累积量显著相关的植被指数为基础,采用逐步回归、K-邻近等算法构建了花生苗期氮效率相关反演模型,利用最优模型预测97个花生品种的生物量和氮累积量,并分析生物量、氮素累积量分别与花生产量的关系;此外,基于预测的苗期生物量、氮累积量分别对97个花生品种进行氮高效初步评价。结果表明,11个植被指数均与生物量、氮累积量显著相关。逐步回归模型估算生物量效果最好,模型验证的决定系数、均方根误差分别为0.63、2.76,为生物量反演最优模型;随机森林模型估算氮累积量效果最好,模型验证的决定系数、均方根误差分别为0.82、0.06,为氮累积量反演最优模型。利用模型预测的花生生物量、氮累积量,将97个花生品种分为氮高效、氮中效、氮低效3类。基于预测的花生生物量,筛选出GN001、GN007等15个氮高效品种;基于预测的花生氮累积量,筛选出GN018、GN037等18个氮高效品种。

高温高湿胁迫下茉莉酸甲酯对紫苏种子萌发及生理特性的影响

以紫苏品系GS011种子为材料,在温度为50℃、空气相对湿度为95%、时间为12h的胁迫条件下,研究不同浓度(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25mmol.L-1)茉莉酸甲酯(MeJA)对紫苏种子萌发、幼苗生长、叶片氧化损伤和抗氧化酶活性的影响。结果表明:0.15mmol.L-1 MeJA处理能显著缓解高温高湿对紫苏种子生长发育造成的胁迫伤害,使紫苏种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均达到最大值,分别为40.84%、31.83%、8.83和1.35;同时使其叶片MDA含量最低(0.15μmol.g-1),SOD、CAT、LOX、POD和APX活性均达到最大值,分别为0.27U.mg-1及4.7、5.7、4.9和8.9U.g-1.min-1。研究发现,MeJA在一定程度上能提高SOD等保护酶的活性,缓解高温高湿造成的氧化损伤,有效促进高温高湿胁迫下紫苏种子的萌发和幼苗生长。

甘蓝型油菜雄性不育系160S育性转换与利用

以甘蓝型油菜雄性不育系160S为试验材料,分别在自然栽种和人工控温条件下对其花器官形态变化、花粉育性转换和杂种优势等进行了初步研究,以探讨植物温敏雄性不育的发生机制。结果表明:环境温度对160S的花器官形态及育性转换具有明显的作用,高温可使花瓣变小,雄蕊退化,花粉活力、角粒数与自交有效结角率降低,表现为低温可育、高温不育,育性变化趋势表现为完全可育-半不育-彻底败育。160S恢复源广泛,且具有较好的配合力和杂种优势,为利用两系法生产油菜杂交种提供了一个较好的途径。

白菜SAUR基因家族的生物信息学分析

旨在为今后开展白菜SAUR基因家族的功能奠定基础。本研究利用生物信息学的方法对白菜生长素早期应答基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族的保守基序、氨基酸等电点、分子进化以及表达模式等基本性质进行了分析。结果表明,白菜143个SAUR蛋白质中,有111个蛋白质偏碱性,31个偏酸性,有1个呈中性;从对该基因家族构建的进化树中可以看出它分化出2个大的亚家族,其中一个亚家族还处在不断分化中;此外,找到61个SAUR基因的EST表达证据,且基因表达部位比较丰富。通过研究分析表明本研究可以得出结论基因重复是白菜SAUR基因家族的一大特点,143个基因中含有51个同源对。

芸薹属大白菜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。现主要从基因组水平研究白菜Aux/IAA基因的分布及特征。结果表明:从BRAD共检测到59条白菜Aux/IAA基因,不均等分布在白菜的全部10条染色体上。通过多重比对和基序探测结果显示,40条白菜Aux/IAA基因具有4个保守基序,其它基因的保守基序则有不同程度的分化。系统进化分析表明,Aux/IAA基因家族可分为7个亚家族。通过表达模式预测发现,白菜Aux/IAA基因家族表达模式也有较大差异。

利用特异性SNP位点鉴定花生杂交F_1代真假杂种

以鲁花14、Tifrunner和四粒红为亲本通过正、反交获得的杂种F_1代群体为材料,结合亲本间特异性单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism,SNP）位点,建立起一套利用限制性内切酶酶切方法鉴定花生杂交F_1代真假杂种的技术。结果表明,真杂种表现出父、母本带型,而假杂种只表现出母本带型;4个组合中F_1代真杂种率为10.5%-36.7%。因此,该技术能够有效应用于花生杂交F_1代的真假杂种鉴定。

花生NRT1基因对盐胁迫的响应

盐胁迫属于一类重要的非生物胁迫,抑制植物的生长发育,影响植物对营养元素的吸收利用。氮元素是构成生物体核酸和蛋白质的主要元素,在维持植物生命活动以及作物产量和品质等方面有重要作用。设置不同盐胁迫浓度,测定盐胁迫后花生叶片硝酸盐含量,分析NRT1基因家族特征及其对盐胁迫的响应。结果表明,盐胁迫抑制叶片中硝酸盐的积累,并随盐浓度上升叶片中硝酸盐含量下降,推测盐胁迫可能抑制了硝酸盐转运蛋白的表达。硝酸盐转运蛋白1(NRT1)家族是植物中最大的硝酸盐转运蛋白家族。利用生物信息学分析发现,花生基因组中有37个NRT1基因,按亲缘关系的远近可以分成6类。基因结构与表达分析发现,NRT1基因间跨膜区和外显子数目差异较大,在22个不同组织中的表达具有明显的组织特异性。在栽培花生品种Tifrunner中发现了9个对盐胁迫响应的NRT1基因,推测这些基因可能参与盐胁迫条件下氮素的吸收和转运。本研究为深入研究硝酸盐转运蛋白的功能及其在盐胁迫条件下花生氮素吸收转运中的作用奠定了基础。

花生结瘤起始因子基因鉴定及其对氮肥的响应

结瘤起始因子NIN(nodule inception)是最早发现的与植物结瘤相关的转录因子,是根瘤固氮遗传通路中重要组成成分,在结瘤早期发挥重要调节作用。为了研究花生NIN基因的功能,我们对栽培种花生中的NIN基因进行了鉴定,并利用生物信息学对该基因家族理化性质、进化关系、基因结构、表达模式等进行分析。结果表明栽培种花生中共有33个NIN基因,按亲缘关系可以分为4类;同一类的基因具有相同的基因结构和保守结构域;花生NIN基因在各个组织中表达量均较低,Arahy.I65W25和Arahy.V4BGUX在根和根瘤特异表达;在单作花生和花生//玉米间作条件下,部分NIN基因对氮肥的响应模式不同。本研究为深入研究花生NIN基因在根瘤形成和固氮遗传通路中的作用提供了理论基础。

花生AhDREB转录因子对逆境胁迫的响应

DREB(Dehydration Responsive Element Binding Protein)转录因子是AP2/ERF类转录因子的一个亚家族,在植物抗逆过程中发挥关键作用。为更深入地理解花生Ah DREB转录因子的特点与功能,本研究采用生物信息学的方法对Ah DREB基因家族进行了分析。本研究发现花生中共有22个Ah DREB基因,并进一步分析了Ah DREB基因家族成员基因结构特点、遗传进化关系、组织表达情况以及逆境胁迫响应。研究结果表明,Ah DREB转录因子可以分成6类,每一类基因结构具有明显不同的特点。Ah DREB在22个正常不同组织中表达量均较低,但在逆境胁迫条件下,部分Ah DREB基因表达明显提高。本研究为深入分析Ah DREB基因在逆境胁迫中的作用奠定了理论基础。

油菜雄性不育系160S育性转换中保护酶活性变化

以温度敏感型甘蓝型油菜雄性不育系160S为试验材料,并以可育油菜31C为对照,对160S育性转换过程中叶片和花药保护性酶的活性等进行了研究,研究中测定了160S在育性转换温度敏感时期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性以及丙二醛(MDA)含量。结果显示,160S在育性转换期保护性酶活性降低,MDA过量积累;而作为对照的可育油菜31C保护性酶活性较高,MDA含量相对较低;以上差异和变化主要出现在花药中,表明不育系160S发生育性转换的一个重要因素是其花药中抗氧化酶活性系统产生了变化,使得活性氧自由基清除能力严重下降,从而进入活性氧自由基和MDA相互促进过量积累的不良循环。研究提示过量积累的活性氧自由基和MDA可能破坏了花药中细胞的膜结构,导致花药中花粉正常发育过程受阻而不能形成有活力的花粉母细胞,最终导致不育现象的发生。

白菜防御素基因的预测及结构功能分析

采用生物信息学的方法,通过已知防御素基因家族基因氨基酸序列在线Blast相似性比对,对白菜(Brassicarapa)基因组中防御素基因进行了预测和鉴定,分析了防御素基因在进化过程中各部分结构,包括上游区域、启动子区域、外显子区域、内含子区域以及UTR区域的结构变异以及功能变异,对该基因上游序列顺式作用元件和表达模式进行了预测。分析结果表明,白菜防御素基因编码60～80个氨基酸短肽,编码氨基酸均具有8个保守的半胱氨酸;白菜防御素基因功能结构域保持相对稳定,但部分基因成员前端信号肽序列出现变异;内含子长度出现增长、缩短、消失等3种变异模式;该基因上游启动子区域核苷酸变异较其他区域显著,上游序列顺式作用元件大多与光应答、逆境胁迫应答和信号分子应答相关。该基因表达模式预测结果表明白菜防御素基因在进化过程中可能出现分化,主要体现在基因沉默和表达部位的差异。

花生AhSIZ1基因的克隆及表达特性分析

为了探究SUMO E3连接酶(SIZ1)基因在花生(Arachis hypogaea L.)中的功能,对花生中SIZ1基因进行生物信息学分析,同时采用荧光定量PCR分析该基因在花生不同组织及非生物胁迫下的表达特征。结果表明,AhSIZ1开放阅读框全长2724 bp,编码907个氨基酸组成的蛋白质多肽。蛋白质系统进化树分析发现,AhSIZ1与大豆Gm SIZ1中的同源性最高,含有与拟南芥AtSIZ1相似的SAP、PHD、PINIT、SP-RING和SXS保守结构域,属于SUMO E3L连接酶家族。组织表达分析显示AhSIZ1在花生的不同组织均有表达,在花中表达量最高,在果中表达量最低。低温、高温、高盐、干旱诱导花生AhSIZ1表达水平的提高。本研究通过对AhSIZ1基因的克隆及表达特性分析,为后续深入研究其在花生中的功能提供了理论基础。