盐胁迫对薄皮甜瓜‘灰鼠’离子平衡、膜脂过氧化及渗透调节物质积累的影响

【目的】研究薄皮甜瓜‘灰鼠’对盐(NaCl)胁迫的生理响应机制,为甜瓜栽培及示范推广提供理论依据。【方法】采用基质盆栽试验,分别观测其在100 mmol/L NaCl胁迫5 d及胁迫20 d后在幼苗生长、离子稳态、抗氧化酶系统及渗透调节物质的变化情况。【结果】盐胁迫抑制了幼苗生长,破坏了离子平衡及抗氧化系统。甜瓜株高、叶柄长、叶片数随盐胁迫时间的延长而显著降低,茎粗、叶柄粗、叶片厚度随盐胁迫时间的延长而显著增加。盐胁迫后Na^(+)外排速度降低,Na^(+)含量增加,K^(+)外流流速增大,K^(+)含量减少。丙二醛含量显著增加,SOD、POD、CAT酶活性先升高后降低;可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量显著增加。【结论】盐胁迫下,薄皮甜瓜‘灰鼠’通过限制自身生长,增加叶片Na^(+)含量、减少K^(+)含量,并提高抗氧化酶活性,积累更多的渗透调节物质缓解盐胁迫。

基于BSA-Seq技术的甜瓜抗霜霉病 InDel标记开发

【目的】获得与甜瓜抗霜霉病基因连锁的分子标记或功能标记,用于甜瓜分子标记辅助选择育种。为进一步克隆甜瓜抗霜霉病主效基因奠定基础。【方法】以野生高抗霜霉病资源DM-4和感病自交系DM-2为亲本,构建F_(2)代分离群体,利用BSA-seq对甜瓜抗霜霉基因进行QTL定位,开发InDel分子标记,并在双亲及其F_(2)群体单株进行筛选验证。【结果】甜瓜抗霜霉病主效QTL位于第9号染色体。在候选区间开发了37个InDel分子标记,有9个PCR产物大小在抗、感双亲表现出差异,用F_(2)单株验证,结合田间表型鉴定结果,引物InDel 15和InDel 20准确率分别为95%和98%,引物InDel 15和InDel 20在抗病亲本中扩增产物大小分别为251和349 bp,在感病亲本中分别为231和324 bp。【结论】引物InDel 15和InDel 20可以作为分子标记进行抗霜霉病辅助选育,加快了甜瓜抗霜霉病育种速度。

高温胁迫对小黑麦光合作用影响

为了解高温胁迫对小黑麦叶片光合作用的影响,探索高温胁迫下小黑麦应激机制,以4个六倍体小黑麦品种(系)为材料,在籽粒灌浆早期进行高温胁迫,测定了高温胁迫下旗叶光合作用指标的变化。结果表明,高温胁迫导致4个小黑麦品种的旗叶净光合速率(Pn)下降了11. 4%~39. 8%、胞间CO2浓度(Ci)上升了2. 0%~6. 8%、蒸腾速率(Tr)下降了1. 1%~26. 2%、气孔导度(Gs)变化不显著。在胁迫结束后10 d,经高温胁迫后的4个小黑麦品种旗叶的Pn仍显著低于对照、Tr多显著下降;品种新小黑麦3号、新小黑麦4号经高温胁迫后的Gs仍显著低于对照同时Ci下降,而品种扩繁1号、新小黑麦5号经高温胁迫后的Gs较对照变化不显著而Ci较对照极显著上升。参试小黑麦品种中新小黑麦3号耐热性较强,新小黑麦5号、新小黑麦4号次之,扩繁1号最弱;新小黑麦4号对损伤修复能力较强,新小黑麦3号、扩繁1号次之,新小黑麦5号最弱。综上,高温胁迫下小黑麦净光合速率下降主要受到非气孔因素影响,而且高温胁迫对光合机构造成的损伤是不可逆转,同时参试的4个小黑麦品种(系)间在耐热性和对高温损伤修复的性能间也存在差异,本研究为理解高温胁迫对六倍体小黑麦的影响机制提供了参考。

厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量QTL定位及候选基因分析

【目的】运用QTL分析厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量,挖掘影响该性状的候选基因,为厚皮甜瓜甜味性状的遗传改良奠定理论基础。【方法】以高糖材料VZX(V醉仙)为母本和低糖材料HP(高代自交系)为父本杂交衍生的F_(2)群体为研究对象,利用高效液相色谱仪测定果实赤道位置心部果肉蔗糖含量,从F_(2)群体中挑选蔗糖含量极端高和极端低的单株各20个,分别构建高蔗糖池和低蔗糖池,对双亲及混合池均进行全基因组重测序(约20×覆盖深度),定位蔗糖性状的关联区间,并结合生物信息学分析候选基因。【结果】厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量在F_(2)群体中基本呈正态分布,符合典型的数量性状遗传特征;对双亲及混池进行全基因组重测序,共获得有效数据32.62 G,Q20在95%以上,平均覆盖深度为17.76,比对到参考基因组上的总reads数目比例在98.72%~99.02%,测序数据质量高,参考基因组选择合理有效;在8号染色体定位到1个3.29 Mb的区间,共注释到108个基因;在初定位区间内获得1个参与糖酵解和糖异生生化过程的候选基因EVM0000647,在高糖和低糖亲本间编码区无非同义突变,但启动子区域具有大量差异位点,且表达量具有明显差异。【结论】极端混池测序(BSA)方法,在8号染色体上定位到1个影响厚皮甜瓜心部果肉蔗糖含量的QTL,大小为3.29 Mb,共注释到108个基因,其中候选基因EVM0000647,通过差异表达负调控厚皮甜瓜心部果肉蔗糖的积累。

灌浆前期高温对小黑麦籽粒淀粉积累及其合成相关酶活性的影响

为探讨灌浆前期高温对六倍体小黑麦籽粒淀粉积累及其相关合成酶活性的影响,以4个春性小黑麦品种(系)为材料,在开花后5~14d于田间搭建温棚进行高温胁迫,对其籽粒淀粉积累动态、淀粉合成相关酶活性进行了研究。结果表明,开花后5~14d高温胁迫导致小黑麦千粒重和容重均显著下降,其中,千粒重下降5.95%~20.47%,容重下降3.33%~9.49%;籽粒中的总淀粉、支链淀粉与直链淀粉含量均显著降低,依次下降6.84%~17.97%、7.70%~24.60%及2.27%~7.17%,直/支链淀粉比有所升高,但差异不显著。在高温胁迫期间,小黑麦籽粒中与淀粉合成相关的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)及淀粉去分支酶(DBE)活性均较对照有所上升,高温胁迫结束后,AGPP、SSS、DBE的活性均较对照有所下降。推测灌浆前期高温胁迫导致灌浆中后期小黑麦籽粒中淀粉合成相关酶活性的下降是籽粒中淀粉含量降低以及千粒重、容重下降的主要原因。

小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01克隆及生物信息学分析

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC2)是在调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及激素反应等方面具有重要作用的一类转录因子。为探索六倍体小黑麦耐干旱机制,本研究以六倍体小黑麦为材料,利用快速扩增cDNA末端(RACE)与反转录·聚合酶链反应(RT-PCR)技术克隆到1条NAC转录因子cDNA全长,分析了其生物信息学特点,同时利用实时定量PCR技术分析其在干旱胁迫下的组织部位表达特点。结果表明,所克隆小黑麦基因ORF全长1 059 bp,编码352个氨基酸。该基因预测蛋白中具有NAM亚家族保守的氨基酸序列,且其预测蛋白氨基酸序列与山羊草中的NAC转录因子氨基酸序列同源性高达90%以上。该基因预测蛋白属亲水性蛋白,无跨膜结构域与信号肽区域,二级结构包含45个α-螺旋,57个β-折叠和250个无规则卷曲。预测蛋白定位于细胞核内。在干旱胁迫下,该基因在开花后22 d的小黑麦幼粒和根部的表达量明显高于茎和叶,且表达量显著受干旱胁迫诱导。可见所克隆的基因为小黑麦NAC转录因子,将其命名为TwNAC01(GenBank登录号为MG736919),其在小黑麦抗旱应激反应中具有重要作用。小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01的克隆对于揭示小黑麦的抗旱性机制以及小黑麦抗旱基因工程育种具有重要意义。

甜瓜抗霜霉病KASP分子标记的开发与验证

【目的】开发及验证与甜瓜霜霉病抗性基因紧密连锁的KASP分子标记,为甜瓜抗霜霉病分子标记辅助育种提供理论基础。【方法】以高抗霜霉病甜瓜品种“PI 438685”与高感霜霉病甜瓜品种“黄旦子”为亲本,构建F 2代分离群体。利用BSA-seq技术,对甜瓜霜霉病抗性基因进行QTL定位,根据SNP分布位置在定位区间内开发66对与甜瓜霜霉病抗性基因紧密连锁的KASP分子标记,并使用F 2代分离群体进行筛选验证。【结果】霜霉病抗性基因定位到9号染色体末端区域,筛选出9对在双亲间具有多态性的KASP分子标记。获得1对与甜瓜霜霉病抗性基因紧密连锁的KASP分子标记(KASP_24832572),其基因分型准确率为79%,准确度较高。【结论】在9号染色体上定位到1个与甜瓜霜霉病抗性相关的区间,在此区间内开发并筛选出1对与甜瓜霜霉病抗性基因紧密连锁的KASP分子标记,该标记有助于甜瓜抗霜霉病分子标记辅助育种。

小黑麦茉莉酸诱导蛋白基因TwRIP1克隆与生物信息学分析

干旱是作物生长过程经常遭遇的非生物胁迫因素之一。为探究小黑麦应激干旱胁迫机制、挖掘小黑麦抗逆基因,本研究采用RT-PCR技术从六倍体小黑麦中克隆到了一个干旱诱导上调表达的茉莉酸诱导蛋白基因,命名为TwRIP1,其开放阅读框为852 bp,编码283个氨基酸,其蛋白Tw RIP1具有核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating protein,RIP)保守功能域,预测其蛋白分子量为30 kD,理论等电点为9.52。Tw RIP1预测结构中α螺旋占42.76%、延伸链占14.84%、β转角占3.18%,无规则卷曲占39.22%。氨基酸序列系统进化树显示,TwRIP1与野生二粒小麦核糖体失活蛋白和乌拉尔图小麦茉莉酸诱导蛋白同源性最高。在正常以及干旱胁迫条件下TwRIP1基因在小黑麦根与叶中的表达水平均显著高于茎与籽粒,在干旱胁迫下TwRIP1的表达量显著上调。本实验为进一步研究小黑麦TwRIP1其基因功能奠定了基础,并对理解小黑麦抗旱机制提供了一定的理论依据。

小黑麦TwNA C01基因功能分析

NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。为解析小黑麦TwNAC01基因的初步功能,本研究以从六倍体小黑麦中克隆到NAC转录因子基因TwNAC01为基础,构建了过表达载体pCAMBIA1300-35S-Tw NAC01,并通过蘸花法转化拟南芥,获得转基因拟南芥株系,对转基因与野生型拟南芥在干旱胁迫下的该基因表达量与相关生理指标进行了检测。结果表明,在干旱胁迫下,TwNAC01基因在拟南芥根部表达量显著高于叶部,同时在转Tw NAC01基因植株根和叶部的表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H2O2和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转Tw NAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍,差异显著。可见Tw NAC01在拟南芥根部优势表达,其优势表达促进了根系的伸长,提高了拟南芥抗旱能力。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。