大豆DELLA基因家族的泛基因组比较和功能分析

DELLA基因与绿色革命密切相关,在提高作物单产上发挥了重要作用.我国大豆单产偏低,对大豆DELLA基因深入研究,创制耐密植的大豆品种,有望大幅提高大豆单产.本研究利用29个大豆种质资源的基因组数据,通过泛基因组分析鉴定了232个大豆DELLA基因,其中19个基因发生移码突变,不能编码有DELLA蛋白特征的产物.分析结果显示,每个种质资源有8个DELLA基因,分别位于不同的染色体上,GmGAI1s和GmGAI2s编码的蛋白具有典型的DELLA结构域;GmRGL2s和10号染色体上GmRGL1编码的蛋白在DELLA,LExLE和TVHYNP保守序列上与GmGAI1s和GmGAI2s蛋白不一致;而来源于20号染色体的GmRGL1蛋白缺失DELLA结构域.表达模式分析显示,GmGAI1s在植物不同组织器官中表达水平较高,可能发挥主要作用;GmGAI2s,GmRGL1 s和GmRGL2s分别在花、果荚、籽粒等的发育过程中优势表达,可能参与了这些组织器官的发育调控.此外,对大豆DELLA蛋白进行互作分析,提出DELLA蛋白调控下游基因表达可能的作用机制.这些结果为进一步明确大豆DELLA基因的生物学功能、创制耐密植大豆种质提供参考.

氮素在植物中的利用综述

氮素是植物生长的必需营养元素,世界范围内常施用大量氮肥以提高作物的产量。然而,氮肥不仅价格昂贵,还会污染环境,威胁人类身体健康。解决这一问题的其中一个策略是开发一些能够固氮和高效利用氮肥的作物,这样可以在减少氮肥施用的情况下获得较高的作物产量。本文梳理了植物对氮元素从源到库器官的吸收、重组和利用的整个过程,分析了植物中参与分配和瞬时存储的无机氮和有机氮的形式,以及它们如何影响氮的可用性、代谢和再活化。同时,介绍了氮素转运蛋白在源和库器官中的基本功能及其在调节氮的运输、氮信号传导调控中的重要性。认为氮素转运蛋白是提高氮素利用效率和作物产量有效靶标,这为如何结合当前的研究发现来推动未来的作物工程发展提供了有价值的线索。

玉米赤霉素受体基因ZmGID1a的克隆及功能研究

为研究赤霉素(GA)受体GID (gibberellin insensitive dwarf),克隆编码玉米GID的同源基因ZmGID1a,分析其在物种间的保守性和系统进化关系。通过实时定量PCR分析该基因在玉米中的表达特性以及不同激素对该基因表达水平的影响。亚细胞定位确定蛋白在细胞核和膜上,利用酵母双杂技术分析Zm GID1a与GA负调控因子玉米DELLA-8和DELLA-9的互作。还分析了表达Zm GID1a转基因烟草的生理指标。这些结果表明Zm GID1a和其他已报道的同源蛋白功能相似。

新型香稻渝恢2103香味分子遗传特性分析

香味是优良稻米品质的重要衡量标准之一,2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)是最主要的香味物质,然而2AP生物合成机理至今仍未确凿。本研究筛选了与2AP生物合成密切相关的甜菜碱脱氢酶2基因(Badh2)在30份水稻材料中的3种突变类型,从中发现1份新的香稻材料渝恢2103,该材料Badh2基因序列编码区无突变,遗传分析显示渝恢2103与badh2-E7突变型香稻宜香1B香味基因不等位,与非香稻杂交F2香与非香分离比接近9∶7,与香稻杂交F2香与非香分离比接近7∶9,表明渝恢2103的香味受多基因控制。进一步利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)比较了与2AP生物合成相关基因在日本晴、渝恢2103和宜香1B的表达情况,结果显示,Badh2基因在日本晴和渝恢2103中表达差异不大,但在宜香1B中表达量异常高;多数脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因在宜香1B中的表达水平显著高于日本晴和渝恢2103;推测宜香1B的2AP合成同时受Badh2基因以及脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因的影响;渝恢2103香味形成可能与这些基因无必然联系。渝恢2103特殊的遗传特性可能为水稻香味形成机理研究提供新的突破点。

过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。

水稻Histone3同源蛋白序列和基因表达特性分析

组蛋白Histone3是表观遗传调控的重要靶蛋白。同一物种中往往有多个Histone3同源基因,这些同源基因在生物学功能上是否有差异尚不清楚。本研究对水稻的8个Histone3同源蛋白作了比较,发现在N端序列差异相对较大。在“秀水03”和“日本晴”中,8个Histone3同源基因的表达特性相似,其中LOC_Os06g04030和LOC_Os03g27310在大部分组织器官中组成型表达,而其他Histone3同源基因的表达水平较低;部分同源基因在种子、花粉囊和雌蕊等组织器官中特异性高表达。进一步分析这些同源基因的上游调控序列,发现具有大量的生长调节剂和环境信号调控元件,以及组织特异性表达相关元件,并且不同基因中的调控元件有一定差别,如在LOC_Os04g34240和LOC_Os06g04030中含有生长素应答元件,而在LOC_Os05g41080和LOC_Os03g27310中含有赤霉素应答元件。这些结果表明,水稻Histone3同源基因不仅编码的氨基酸序列有差异,而且在表达调控上也有较大差别,暗示这些基因在生物学功能上可能有所差异。

方波脉冲电转化酿酒酵母条件优化

方波脉冲对细胞电击转化的效果优于指数波脉冲。目前,酵母电转化常使用的是指数波脉冲,方波脉冲转化酵母的研究较少。为了优化方波脉冲转化酿酒酵母的条件,在1M山梨醇的电击缓冲体系中,以酿酒酵母营养缺陷型菌株EGY48为试验对象,使用方波脉冲转化质粒,通过统计酵母转化子数量,摸索和优化脉冲电压、脉冲次数和脉冲宽度的参数。试验结果显示,脉冲电压为500 V,脉冲宽度为15 ms,脉冲次数为1～3次时,方波脉冲转化酵母的效率较高。

pOsHistone3启动子在烟草中的表达特性分析

启动子在基因表达调控中发挥重要作用,分析启动子表达特性对于基因功能研究和启动子的开发利用有重要意义。本研究克隆了水稻组蛋白基因OsHistone3的启动子pOsHistone3,在PlantCARE中分析显示包含脱落酸、茉莉酸甲酯等生长调节剂信号应答元件和胚乳、茎尖、分生组织等部位特异表达元件。进一步构建启动子分析载体并对烟草作遗传转化,GUS染色分析显示,pOsHistone3在转基因烟草幼嫩组织如茎尖、嫩叶中GUS活性较高,而在成熟组织中仅在维管组织周围检测到GUS活性,说明pOsHistone3具有组织表达特异性。这些结果初步表明OsHistone3基因作为表观遗传调控的一个重要基因,可能在转录水平参与了植物生长调节剂信号和植株发育调控的过程。

不同绿僵菌菌株在玉米根际的定殖及对玉米生长的影响

【目的】绿僵菌(Metarhizium spp.)是我国及全世界应用较广泛且研究较多的一类昆虫病原真菌,除能寄生杀死靶标昆虫外,部分绿僵菌菌株能够在植物根部定殖并促进宿主植物生长。通过探明不同绿僵菌菌株促进宿主植物生长能力的强弱,为进一步开发兼具杀虫与促进植物生长的新型真菌制剂奠定基础。【方法】以贵州省主要粮食作物玉米为材料,通过检测不同来源绿僵菌菌株在玉米根部的定殖能力和促进植株生长能力,筛选对玉米生长增效的绿僵菌菌株。【结果】M.robertsii(Mr2575,Mr23和Mr1046)、M.anisopliae(Ma808,Ma932和Ma939)、M.brunneum(Mb820,Mb1187和Mb2974)及M.acridum(Mac324)等绿僵菌均能定殖玉米根部,但Mac324与Mb1187定殖能力最弱;除此2个菌株外其余绿僵菌菌株均显著促进宿主玉米植株的营养生长。其中,菌株Mb820、Ma939对玉米幼苗叶片发育增效最高达42.8%,Mr23对玉米茎秆生长增效最高达15.7%。所有测试菌株对玉米种子萌发和幼苗叶片叶绿素合成无影响。【结论】菌株Mr23、Ma939和Mb820促进宿主植株生长的能力较优,可作为候选菌株进一步进行毒力测试从而筛选出具有良好杀虫与植物生长增效于一体的绿僵菌生防菌株。

基于DUS测试性状的西南地区春大豆品种遗传多样性分析

为探讨利用DUS测试性状对大豆品种进行遗传多样性研究的可行性,更好地对大豆品种资源进行评价与分类,本研究以106个适合西南地区种植的春大豆品种为材料,分析31个DUS测试表型性状的遗传多样性,并对不同类型表型性状的多样性进行比较和评价。结果表明:共检测到31个DUS测试性状的153个等位变异,平均每个性状检测到4.94个。质量性状多样性指数均小于1,假质量性状多样性指数为0.05~1.42,测量型数量性状多样性指数为1.43~1.91。本研究首次使用的9个表型性状多样性指数为0.55~1.28。性状相关性分析表明花色与大豆幼苗下胚轴花青甙是否显色高度相关。聚类分析将106个品种分为4组,每个组群具有各自独特的表型特征。研究结果说明DUS测试性状多且多样性高,能够对大豆品种资源进行更全面客观的评价。基于DUS测试性状的聚类分析划分不同种质类型,筛选出20份优异种质资源。

植物新品种DUS测试中近似品种的筛选方法

随着新版《种子法》的实施和植物新品种保护权收费的停征,植物新品种权的申请量逐年增长,植物品种特异性、一致性和稳定性(DUS)测试机构的工作量大幅增加。近似品种是特异性判定的基础,快速准确筛选近似品种是DUS测试工作高效有序开展的重要保证。综述DUS测试中筛选近似品种的信息来源和筛选途径,有助于品种测试机构提高DUS测试的效率,缩短植物新品种权的授权周期。DNA分子标记因其诸多优点在近似品种筛选和特异性判定中发挥着重要的作用,最后提出未来DNA分子标记研究的3个方向,为测试机构和育种家开展相关工作提供参考。

蚕豆DUS标准品种在重庆的性状表达差异性分析

为构建重庆蚕豆DUS测试标准品种群体,完善蚕豆DUS测试技术,为西南地区蚕豆品种保护和登记提供完善和准确的理论支撑,2019—2020年对蚕豆DUS测试指南中的17份标准品种进行田间测试,采用符合系数(COC)分析标准品种在重庆地区的性状表现与指南描述的差异性,评价蚕豆标准品种在重庆地区表达的准确性及稳定性。结果表明,17个标准品种有6个品种符合系数大于0.990 0,占35.3%,64.7%的品种符合系数小于0.990 0;36个测试性状中有22个性状的符合系数大于0.990 0,占61.1%,其中质量性状符合系数最高(0.999 0),其次为假质量性状(0.996 0),数量性状符合系数最低(0.976 0);对符合系数小于或等于平均值的8个性状的标准品种进一步优化,重新筛选出了对应的标准品种,但仍有部分性状没有筛选到合适的标准品种,建议加强已知品种和种质资源收集,筛选出适宜重庆测试区的标准品种。

厄他培南钠的合成

目的合成厄他培南钠。方法以4R-[4a,5b,6b(R*)]-3-二苯基磷酰氧基-6-(1-羟基乙基)-4-甲基-7-氧代-1-氮杂双环[3.2.0]庚-2-烯-2-羧酸对硝基苄酯(MAP)和3-[(2S,4S)-4-巯基吡咯烷-2-羰酰胺基]苯甲酸盐酸盐(厄他培南侧链)为起始原料,经缩合,氢化得厄他培南钠。结果厄他培南钠工艺总收率67%,纯度99.3%。结论本工艺操作简单,收率高,纯度高,适合工业化生产。

亚胺培南的合成

目的合成亚胺培南。方法以碳青霉烯双环母核为起始原料,磷酰化后直接与巯基乙胺盐酸盐反应,所得产物经偶联,氢化得亚胺培南。结果亚胺培南工艺总收率62%,纯度98.6%。结论本工艺操作简单,收率高,纯度好,适合工业化生产。

番茄抗晚疫病基因Ph-3的分子标记开发及应用

番茄晚疫病由卵菌疫霉属的致病疫霉菌（Phytophthora infestans）侵染引起。病菌对番茄致病性强,侵染寄主后通过气流散发孢子,多次重复侵染植株,引起晚疫病爆发,对番茄生产造成严重危害[1]。利用抗晚疫病资源,培育番茄抗病品种是降低晚疫病危害的有效途径。

糯稻89-1渗入系苗期耐寒鉴定及生理机制初步分析

糯稻89-1能通过腋芽休眠抗御低温越冬。以东乡普通野生稻(O.rufipogon)为对照品种,以死苗率为鉴定指标,对糯稻89-1和籼稻恢复系(明恢63,万恢86,蜀恢527,中413)构建的回交重组自交系(backcross inbred lines,BILs)群体(BC1F9)进行苗期耐寒性鉴定。结果表明,4℃低温处理48 h后然后在1/2 MS营养液中恢复生长7天,50个BILs群体中株系S176在3次苗期耐寒性鉴定中死苗率分别为5.2%,7.9%和9.4%,表明株系S176为强耐寒基因渗入系。利用人工气候箱进行低温处理,S176中可溶性蛋白、脯氨酸(Pro)、超氧化物歧化酶(SOD)含量呈上升趋势,并且都大于糯稻89-1;而丙二醛含量下降幅度且低于糯稻89-1;过氧化物酶(POD)含量在两者之间没有明显的差别。这些结果说明S176渗透物质比糯稻89-1积累快且幅度大,而细胞膜过氧化产物积累速度较慢,更有利于适应低温环境。

水稻OsCCCH基因家族的组织表达谱及胁迫诱导表达特征研究

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,在多种植物生物学过程中起着关键的调控作用。在水稻全基因组中已发现67个CCCH基因,分为8个亚家族,而其中大部分基因的功能尚缺少研究。本研究通过荧光定量RT-PCR技术分析了水稻Os CCCH家族基因的组织表达模式以及盐、PEG、低温等非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因的诱导表达特征。结果表明,大部分Os CCCH基因在各组织中有不同的表达模式,约30%基因为低丰度表达,50%以上基因表现为中丰度表达,极少Os CCCH基因为高丰度表达,包括Os C3H2、Os C3H35、Os C3H41、Os C3H43、Os C3H58和Os C3H67这6个组织优势表达基因。多数Os CCCH基因都不同程度地受到盐、PEG、低温及ABA的诱导或抑制,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应;在四种胁迫下,有7个基因同时受到诱导,其中Os C3H17基因上调倍数高达17倍以上;有10个基因同时被抑制,其中Os C3H16基因下调倍数高达31倍以上。

渝恢7109开花期耐高温鉴定及生理机制初步分析

水稻开花结实期最易受高温危害。本研究以耐高温品种N22和热敏感材料明恢63为对照,利用人工气候室模拟自然条件下的高温环境,观察高温胁迫对渝恢7109开花结实习性的影响。结果表明,日平均温度34.25℃处理1~5 d后,各个水稻品种的结实率均随着处理时间的延长而逐渐下降,但N22和渝恢7109的结实率下降幅度显著低于明恢63,这说明渝恢7109在成株期仍具有一定的耐高温特性。三个品种剑叶叶绿素和可溶性糖含量在高温处理1 d、3 d、5 d后均呈下降趋势,但明恢63下降幅度明显大于N22和渝恢7109;而脯氨酸,丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性变化则呈上升趋势,明恢63脯氨酸含量和SOD活性上升幅度明显小于N22和渝恢7109,而MDA含量上升幅度则明显大于N22和渝恢7109。

香橙苹果酸脱氢酶CjMDH基因表达特性及转基因烟草的耐铝性分析

为研究柑橘砧木香橙对酸性土壤的适应机理,从‘资阳香橙’根cDNA文库中随机测序克隆了苹果酸脱氢酶基因CjMDH(GenBank accession No.ABI75147)。该基因cDNA序列长1368bp,其开放阅读框为1239bp,推测其编码412个氨基酸残基,在编码氨基酸序列中存在1个苹果酸脱氢酶的NAD结合位点和8个苹果酸结合位点,iPSORT分析表明该基因编码氨基酸序列N端存在叶绿体转移肽。同源性分析显示CjMDH与拟南芥、烟草、大豆、豌豆、水稻、苜蓿等植物的MDH一致性约为80%,相似性在85%以上。在与苹果酸脱氢酶功能有关的NAD和苹果酸结合位点处氨基酸残基高度保守,表明这两个区域是MDH重要的功能区。Northern blot和Real-time RT-PCR分析结果表明该基因在香橙根和叶中优势表达,在根中表达量最高,茎中表达最低。将CjMDH基因构建到组成性启动子CaMV35S驱动的载体中,对烟草进行转化,从转基因烟草株系中筛选获得了3个CjMDH基因高表达的株系。将表达量高的转基因株系进行耐铝试验,初步结果表明在烟草中超量表达CjMDH可以提高植株对铝毒的耐受能力。

南方春大豆品种DUS测试数量性状表达状态分级

大豆数量性状极易受到环境条件的影响。为了更准确地进行南方春大豆品种DUS测试,需要对本生态区品种数量性状表达状态进行适当的分级。本研究以106份南方春大豆品种为材料,于2018-2019年进行田间种植试验,对大豆DUS测试指南中的8个重要的测量数量性状进行调查,在对性状的多样性进行分析评价的基础上,采用不同方法对各数量性状的表达状态进行了分级范围划分,比较了方法间的异同。结果显示,8个数量性状变异系数范围在6.05%~36.83%之间,性状间相关系数分布在-0.142~0.648之间。正态性分析表明植株高度、主茎节数、百粒重、开花期和成熟期5个性状符合正态分布。通过对4种分级方法的比较,最小显著差法适合对MS数量性状、极差法适合对MG数量性状进行分级。研究结果为南方春大豆品种DUS测试数量性状的表达状态分级和规范品种描述提供依据,并为大豆资源的综合评价提供参考。