基于转录组测序筛选蒙古冰草抗旱相关基因

为挖掘蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)抗旱相关基因并探究蒙古冰草响应干旱胁迫分子机制,本研究以蒙古冰草为材料进行转录组测序。首先将不同生长期及干旱胁迫处理后的盆栽蒙古冰草组织按照根、茎、叶、花(穗)4类分别进行混样并利用三代全长转录组测序技术建立蒙古冰草转录本参考序列数据库,共获得26027条转录本,包含25578个基因,利用BlastX在KEGG,KOG,Nr,Swissprot等数据库中进行比对注释,共有25453个转录本得到注释。其次利用二代转录组测序技术对干旱胁迫处理前后水培蒙古冰草幼苗进行测序,发现干旱胁迫处理2 h,6 h后与处理前相比分别有2669个,3668个差异表达基因。此外,根据转录组及荧光定量PCR验证结果,发现基因ERF053,ERF055,NAC100,bZIP23,ERF5和NAM-B1在干旱处理后表达量较高且均上调可能是抗旱调控关键基因,为后续蒙古冰草抗旱相关候选基因克隆及功能验证奠定了基础。

荒漠草原蒙古冰草种群分布格局及种内关联性

空间格局是植物种群受生物和非生物因素影响综合形成的结果。为了解荒漠草原蒙古冰草种群空间分布格局对外部环境变化的适应策略,分别在宁夏盐池县大水坑镇、青山乡、花马池镇和高沙窝镇选取以蒙古冰草为优势种的群落为研究样地(分别以D、Q、H和G样地表示),在每个样地,将蒙古冰草个体按丛径划分为Ⅰ级(0─5cm)、Ⅱ级(5.1─10cm)、Ⅲ级(10.1─15cm)、Ⅳ级(>15cm)4个株丛级,并基于点格局分析探讨了蒙古冰草的株丛结构、空间分布格局及种内关联。结果表明:(1)4个研究样地蒙古冰草和牛枝子的重要值、生态位宽度均较大,其间生态位重叠指数较高,其他物种的重要值及生态位特征值在不同样地之间变异较大。(2)蒙古冰草的株丛密度和平均丛径在不同样地之间均存在显著差异(P<0.05)。在Q、G和H样地中,蒙古冰草以Ⅰ级株丛为主;在D样地中,蒙古冰草以Ⅱ级株丛占比最高,为43.98%,株丛密度较小。(3)在本研究尺度范围内,蒙古冰草种群在Q和G样地中主要呈聚集分布,在D和H样地中表现为聚集和随机交替分布。其中,各样地中Ⅰ级株丛在小尺度范围内主要呈聚集分布,Ⅱ级株丛随尺度的增大逐渐由聚集分布过渡到随机分布和均匀分布,Ⅲ、Ⅳ级株丛主要表现为随机分布。(4)在本研究尺度范围内,蒙古冰草Ⅰ级株丛分别与Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级株丛呈负关联或无关联;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级各株丛级之间主要呈无关联。综上,随荒漠草原环境条件的变化,蒙古冰草可以通过调节种群结构、密度及整体分布格局以维持种群的更新和稳定。

蒙古冰草脱水素基因生物信息学识别及表达分析

为挖掘蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)干旱胁迫响应的脱水素基因,本研究在转录组测序数据的基础上,利用生物信息学方法对蒙古冰草脱水素基因进行理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统发育进化分析,对不同干旱处理的脱水素基因进行差异表达分析。结果表明:共筛选到6个具有脱水素蛋白保守结构域的蒙古冰草脱水素基因,蛋白大小在81~275个氨基酸残基之间;分子量在0.83~2.75 kD之间;理论等电点在5.14~10.00之间;6个脱水素基因预测均位于细胞核;AmDHNs基因编码的蛋白均包括motif1和motif2;系统进化树发现DN14936_c0_g6,DN18948_c1_g4与已知具有抗旱功能的基因具有较高同源性。qRT-PCR分析与对照(CK)相比5个基因在干旱处理下显著差异表达,1个基因的表达量差异不显著,综合转录组测序数据和qRT-PCR分析表明6个基因的表达量随干旱处理时间延长总体呈上升趋势。本研究可为蒙古冰草抗旱相关脱水素基因的生物学功能验证提供理论基础。

蒙古冰草全长转录组分析及参与木质素合成和干旱响应的羟化酶基因鉴定

蒙古冰草(Agropyron mongolicum)是广泛分布于我国北方荒漠草原地区的优质牧草,对寒冷、干旱、盐碱等环境胁迫具有很强的耐受性,具有很高的生态、经济和育种价值。然而,蒙古冰草基因组和转录组数据信息的缺乏严重限制了蒙古冰草的分子育种和开发利用等工作。本研究利用PacBio三代测序平台对蒙古冰草进行测序研究,获得了高质量全长转录组信息。对测序结果的组装获得了267560个全长转录本,从中筛选出91855条Unigene并注释了其中的83125个。更进一步地从蒙古冰草全长转录组中挖掘了可能参与木质素合成的羟基转移酶基因。对这些基因在不同组织中以及干旱胁迫下的表达模式的研究表明,这些基因可能在木质素合成和干旱胁迫响应中发挥重要功能。本研究提供了蒙古冰草的高质量全长转录组资源,为挖掘蒙古冰草的优异基因资源提供了便利条件。

蒙古冰草×航道冰草杂种F1代组织培养再生体系建立

以蒙古冰草×航道冰草种间杂种F1代幼穗为外植体,对影响愈伤组织诱导、分化和生根的激素浓度进行筛选,并建立了完整植株的再生体系。结果表明,杂种F1代的最适愈伤组织诱导培养基为MS+2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)1.5 mg/L+6-苄氨基嘌呤(6-BA)0.3 mg/L,出愈率为81.7%;愈伤组织分化的培养基为6-BA 2.5 mg/L+萘乙酸(NAA)0.4 mg/L,分化率为71.7%;生根培养基为1/2 MS+NAA 0.2 mg/L,生根率为88.3%。经炼苗后,各基质移栽成活率大于90%。本研究通过建立蒙古冰草×航道冰草杂种F1代组织培养再生体系,为有效保存冰草杂种F1代新种质,并为后期秋水仙碱诱导其染色体加倍恢复育性奠定基础。

不同播种方式下蒙古冰草和沙生冰草根系构型对干旱胁迫的响应

为探究不同播种方式下干旱胁迫对蒙古冰草和沙生冰草根系构型的影响,采用盆栽控制试验,基于单播和混播不同播种方式,分别设置田间持水量的80%(W1)、65%(W2)、50%(W3)、35%(W4)和20%(W5)5个水分梯度,研究了蒙古冰草和沙生冰草根系构型的变化。结果表明:单播蒙古冰草在W1和W4水分处理下具有较高的根长、根表面积,混播蒙古冰草的比根长和比表面积随干旱胁迫的加剧呈增加趋势,以W5处理的4582.84 cm/g和521.85 cm^(2)/g最高;播种方式主要影响蒙古冰草的根长、比根长和分形维数。沙生冰草的根长、根表面积、平均根系直径、根体积及单株根系生物量随干旱胁迫的加剧总体呈先增加后降低的趋势,单播方式下以W2处理较高;在同一水分梯度下,各指标均呈现出混播显著高于单播。在W1、W4和W5水分处理下,混播蒙古冰草的相对竞争强度修正指数(CRCI)均为正值,分别为0.05、0.02和0.35;而沙生冰草在各水分梯度下的CRCI均为负值,表现出混播对沙生冰草生长的促进效应。隶属函数分析结果表明,混播提高了蒙古冰草和沙生冰草的抗逆性能;沙生冰草比蒙古冰草具有更强的抗逆性,能更有效地通过根系构型的可塑性变化适应播种方式和水分条件的改变。

宁夏荒漠草原蒙古冰草资源分配特征

为了解不同群落生境蒙古冰草(Agropyron mongolicum)资源权衡策略及种群维持机制,在宁夏荒漠草原选取以蒙古冰草为优势种或亚优势种的群落为研究对象,研究了不同群落蒙古冰草资源分配特征。结果表明:(1)蒙古冰草个体生物量及根冠比在不同群落之间差异显著(P<0.05),构件生物量分配均表现为根>茎>叶>穗;(2)不同群落蒙古冰草各构件C,N,P含量均以根部最低,C/N,C/P以茎部最高,N/P以叶部为高,比值范围为18~23;不同群落之间则表现为C/N和C/P总体以M2群落较高,地上部各构件N/P以M3群落较高(P<0.05);(3)蒙古冰草地下生物量与土壤含水量呈显著负相关,与各构件N,P元素含量呈显著正相关;各构件P元素含量与其生物量分配比及地上地下生物量之间存在显著相关关系(P<0.05)。综上,蒙古冰草可通过调整自身构件分配格局和养分利用策略保证其在不同群落生境的生长发育和繁殖。

异质生境条件下荒漠草原蒙古冰草生理生态特征的研究

【目的】研究荒漠草原蒙古冰草对生境变化的生理生态适应策略。【方法】分别在宁夏盐池县大水坑镇、青山乡、花马池镇和高沙窝镇选取4种不同生境以蒙古冰草(Agropyron mongolicum)为优势种的群落,研究蒙古冰草渗透调节物质及抗氧化系统等生理生态特征对异质生境的响应。【结果】荒漠草原不同生境群落蒙古冰草可溶性糖含量、脯氨酸含量、过氧化物酶活性、叶片相对含水量、叶绿素含量及氨基酸含量随生境的改变均有显著变化(P<0.05)。【结论】在土壤水分、养分等资源有限的环境条件下,荒漠草原蒙古冰草种群可通过自身渗透调节物质的积累及抗氧化系统的激活等协同和权衡作用适应变化的生境。在大水坑镇和花马池镇自然生境条件下,蒙古冰草主要通过增强过氧化物酶活性抵御逆境胁迫;在青山乡和高沙窝镇更为严酷的环境条件下,蒙古冰草主要通过脯氨酸或可溶性糖的积累适应逆境胁迫。

宁夏荒漠草原蒙古冰草功能性状和根际效应对土壤性状的响应

植物功能性状组合的权衡是植物适应土壤环境的重要机制,它也通过对根际效应的调控进而影响着根际过程和生态系统功能。以位于宁夏盐池县的典型荒漠草原为研究区域,通过对灰钙土、黑垆土和风沙土中蒙古冰草功能性状和根际效应的对比分析,探究不同土壤对蒙古冰草功能性状和根际效应的影响以及它们之间的关系。结果表明:(1)不同土壤中蒙古冰草根际和非根际土壤理化性质存在显著差异,根际土壤理化性质的变化与非根际土壤性质有关。(2)不同土壤中的根际效应大小存在差异,不同因子的根际效应大小因土壤而异,总体表现为风沙土最大,灰钙土最小;土壤理化性质是影响蒙古冰草根际效应的主要因素,可解释根际效应变异的69.5%。(3)土壤理化性质与蒙古冰草功能性状密切相关,其对根长和根冠比的影响最大;蒙古冰草功能性状与根际效应大小密切相关,根长和根冠比是影响根际效应的主要因子。研究表明蒙古冰草通过根际效应改善了土壤性质,进而提高土壤质量,这种作用受土壤理化性质和植物功能性状等因子的共同影响。

蒙古冰草遗传多样性的RAPD分析(英文)

采用 RAPD技术对蒙古冰草 (Agropyron mongolicum Keng) 6个天然居群和 2个栽培品种 (系 )的 45个个体进行了遗传多样性检测。 1 7个引物共检测到 1 0 1个位点 ,其中多态位点 81个 ,占 80 .2 %。相对于其它小麦族植物 ,显示出了较高的遗传多样性。多样性指数(DC)分析的结果表明 ,遗传多样性在居群内和居群间的分布存在不均衡现象 ,但总体来看 ,居群内的遗传变异高于居群间 ,这是由蒙古冰草异花、风媒传粉的外繁育系统所决定的。在天然居群与栽培品种 (系 )间 ,前者的 DC值为 0 .2 5 0 ,后者的 DC值为 0 .1 81 ,而且前者的平均遗传距离 (0 .2 90 )也高于后者 (0 .2 1 3 ) ,表明天然居群间的遗传分化大于栽培品种 (系 ) ,这与天然居群间环境的异质性密切相关 ,同时也反映了栽培品种 (系 )间较近的亲缘关系。 UPG-MA聚类分析的结果表明 ,8个居群基本上可被分为与其生境特点及生长条件相适应的 3个类群 。

蒙古冰草遗传多样性的等位酶分析

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术检测了内蒙古中东部地区蒙古冰草 6个天然居群和 2个栽培品种的遗传多样性和居群结构。 12个酶位点的多态位点百分率为 6 7.71% ,基因多样性指数 (He)为 0 .2 85 ,显示出了较高的遗传多样性。从遗传多样性的分布格局来看 ,8个居群的遗传分化系数 GST=0 .12 9,表明在总的遗传变异中 ,只有 12 .9%的变异存在于居群间 ,而 87.1%的变异存在于居群内。同时 ,6个天然居群的总基因多样度 (HT=0 .4 39)和基因分化系数(GST=0 .0 32 )也大于 2个栽培品种的相应值 (HT=0 .4 2 3,GST=0 .0 10 )。 UPGMA聚类分析的结果表明 。

蒙古冰草Lhcb1基因克隆及干旱胁迫下的表达分析

利用同源序列从蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)克隆得到1个光合作用叶绿体结合a/b基因,命名为MwLhcb1。MwLhcb1基因cDNA全长1 138bp,包含801bp开放阅读框,编码267个氨基酸,蛋白分子量为28.21kD,等电点4.92。该蛋白二级结构中具有Lhcb基因家族的保守结构域。MwLhcb1蛋白氨基酸序列与其他物种同类蛋白相似性均在87%以上,其中与小麦同类蛋白相似性程度最高达99%。实时荧光定量PCR结果显示,MwLhcb1基因主要在茎叶中表达,在根中表达量极少,干旱胁迫影响MwLhcb1基因表达。该研究结果为进一步研究MwLHcb1在蒙古冰草光合作用与抗旱性中的功能奠定了基础,并从基因遗传进化角度证实了蒙古冰草是小麦野生近缘种的观点,从而提出蒙古冰草是小麦抗性改良的理想基因供体。

蒙古冰草表型数量性状的变异与生境间的相关性

采用多因变量线性模型方差、变异系数、主成分分析及UPGMA聚类分析的数量统计方法 ,对来自内蒙古中东部地区的 6个天然居群和 2个栽培品种 (品系 )的花序 10个数量性状进行了分析。结果表明 ,蒙古冰草在花序各部的表型性状上存在有居群内及居群间的差异 ,同时 ,天然居群的变异程度大于栽培品种 。

蒙古冰草外稃微形态特征的变异式样

采用电镜扫描技术对蒙古冰草 (AgropyronmongolicumKeng) 6个天然居群和 2个栽培品种的外稃进行了观察分析。结果表明 ,外稃的微形态特征存在有 1 4种变异类型 ,具有丰富的多态性 ;从这些变异的分布格局来看 ,主要存在于居群内的个体间 ,居群间的分化并不明显 。

渗透胁迫对蒙古冰草幼苗保护酶系统的影响

用PEG_60 0 0模拟干旱胁迫处理蒙古冰草 (AgropyronmongolicumKeng)幼苗 ,研究了渗透胁迫对蒙古冰草幼苗某些酶活性的影响。结果表明 :在轻度干旱胁迫下 ,蒙古冰草幼苗可以通过提高酶活性来维持活性氧产生与清除之间的平衡 ,以减少干旱胁迫介导的氧化胁迫 ,使MDA含量、膜透性降低。在中度或重度干旱胁迫下 ,酶活性可能遭受破坏 ,即使酶活性得到一定程度的提高 ,也不能维持活性氧产生与清除之间的平衡 。

蒙古冰草MwDREB3基因的克隆及表达分析

以蒙古冰草(Agropyron mongolicum)为研究材料,利用同源序列法克隆得到1个DREB3类转录因子基因,命名为MwDREB3,采用实时荧光定量RT-PCR技术分析MwDREB3基因的表达特征,为蒙古冰草优异抗性基因的挖掘和利用提供理论依据。结果表明:该基因全长1056bp,包含1个完整的开放阅读框,长度为774bp,编码257个氨基酸,该蛋白近5'端含有1个保守的AP2结构域。系统进化树分析表明MwDREB3编码的蛋白与小麦(Triticum aestivum)的DREB、山羊草(Aegilops columnaris)DRF1的进化关系较近。该基因在干旱、高盐、ABA诱导条件下,表达量上调;在低温条件下,表达量下调。

盐胁迫下蒙古冰草幼苗生长和离子含量的变化

用不同浓度的NaCl溶液处理蒙古冰草幼苗后 ,测定了不同时间胁迫下植株地上部分鲜重和离子含量。结果表明 :轻度盐胁迫对蒙古冰草幼苗的生长有一定的促进作用 ,而中度和重度盐胁迫对幼苗生长有明显的抑制作用。经分析认为 ,轻度盐胁迫下蒙古冰草可以将Na+等有害离子截流在根部 ,抑制其向地上部分的运输 ,而中度和重度盐胁迫下过多的Na+等有害离子运输到地上代谢活跃部分 ,限制了对K+、Ca2 +等的吸收 ,造成植株的营养亏缺 。

蒙古冰草与航道冰草正、反交F_1及其染色体加倍植株AFLP分析

利用AFLP分子际记技术，对蒙古冰草与航道冰草正、反交F1及其染色体加倍植株的DNA多态性位点进行了比较分析。结果表明：用筛选出的11对适宜引物对供试材料进行AFLP扩增，共获得430条清晰的条带，其中多态性带396个，多态性比率高达92．1％；供试材料的遗传距离变幅为0．6594～0．8182，蒙古冰草与航道冰草遗传距离较远；以遗传距离0．72为基准可划分为3类，即亲本蒙古冰草与正反交杂种F1为一类、正反交杂种F1染色体加倍植株为一类、亲本航道冰草为一类。

不同播种因素对蒙古冰草种子产量和品质的影响

2002-2003年在内蒙古正蓝旗草籽繁殖场进行了田间试验，旨在探索当地自然气候和生产条件下，蒙古冰草种子田的适宜播种技术。经播种行距、种肥量和播种量三因子三位级正交试验结果表明：条播行距是影响蒙农1号蒙古冰草种子产量和品质的主要因子，种肥量和播种量为次要因子。建植蒙农1号蒙古冰草种子田时，条播的最适行距为38cm；用撒可富作种肥的适宜施用量为157．8kg／hm^2；播种量13．3-52．6kg／hm^2为宜。

蒙古冰草肌动蛋白基因片段的克隆与组织表达分析

本研究利用同源序列法分离蒙古冰草Actin基因同源片段,并分析蒙古冰草Actin基因在根、茎、叶中的表达特征。根据禾本科植物小麦Actin基因的保守序列设计1对引物A1,经RT-PCR扩增,从蒙古冰草cDNA中克隆到1个长度为541 bp的Actin基因片段,使用DNAman和DNAUSER等分子生物学软件进行序列分析,结果表明,该序列编码179个氨基酸,并推测该片段具有Actin超基因家族的保守结构域,含有1个ATP结合位点,抑制蛋白结合位点和胶溶蛋白结合位点;该基因片段的氨基酸序列与小麦Actin基因的同源性为99%,与玉米同源性为96%,与水稻同源性为93%。组织器官特异性表达分析结果表明,该基因在根、茎、叶中的表达量恒定。将该基因片段命名为MwACT1,并在GengBank中登记注册,登录号为FJ490410。