小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展

小麦是中国三大粮食作物之一,其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响。AP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族,普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程。ERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族。本研究结合国内外相关研究进展,简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布,重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐、干旱、低温、重金属、病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展,最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景。

小麦响应逆境胁迫的蛋白质组学研究进展

小麦生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响,在胁迫条件下,小麦可通过改变自身的蛋白质表达水平对各种胁迫作出响应。蛋白质组学研究能够全面揭示小麦响应胁迫时其细胞内蛋白质的动态变化规律,鉴定差异表达的蛋白质,并发现胁迫响应相关的标志物,是小麦抗逆生物学研究的重要组成部分。本文简要综述了蛋白质组学技术在小麦响应非生物(低温、高温、干旱、盐碱)和生物(病原菌)胁迫上的最新进展,并对其应用前景进行了展望,以期为深入研究小麦响应逆境胁迫的分子机制提供参考信息。

基于90K芯片SNP标记的小麦遗传图谱构建及抗纹枯病QTL定位

为挖掘定位小麦抗纹枯病QTL,以莱州953×山农辐63的F_(2∶3)为作图群体,用Illumina Wheat 90K芯片检测F_2单株的基因型,并用QTL IciMapping 4.1软件绘制该群体的遗传连锁图谱;在自然发病条件下,鉴定分离群体的抗、感表型,利用QTL IciMapping 4.1进行抗纹枯病QTL定位分析。结果表明,构建的小麦遗传连锁图谱包含21个连锁群,覆盖了小麦的21条染色体,图谱总长度5 528.12 cM,平均图距5.25 cM;共检测到6个分布于小麦1A、1B、2A、3A、7A和7D染色体上的加性QTL位点,单个QTL的贡献率为3.24%～10.37%。该结果可为小麦抗纹枯病QTL精细定位与相关基因克隆奠定基础,也为小麦抗纹枯病分子标记辅助选择育种提供了理论依据。

小麦盐胁迫持续上调转录因子基因TaERF8-2D的克隆及其分析

盐胁迫严重影响小麦的正常生长发育。为了深入挖掘小麦耐盐功能基因,本研究从耐盐小麦品种德抗961中克隆了ERF类转录因子基因TaERF8-2D,并对其进行了生物信息学分析、亚细胞定位以及盐胁迫下的基因表达分析。结果表明,TaERF8-2D开放阅读框长度为762 bp,编码蛋白的分子量为26.96 kD,理论等电点(pI)为9.55,为不稳定亲水蛋白。该编码蛋白的二级结构主要由无规则卷曲和α螺旋组成,无信号肽和跨膜结构域,存在30个氨基酸磷酸化修饰位点。亚细胞定位结果显示,该基因的表达蛋白定位于细胞核。RT-PCR结果表明,在盐胁迫诱导下TaERF8-2D基因的表达量显著上升,暗示该基因在小麦盐胁迫响应过程中可能发挥重要调控作用。本研究为进一步探明TaERF8-2D基因的耐盐功能奠定了重要基础。

以科学的视角揭开作物转基因的神秘面纱

转基因技术是近现代农业史上发展最为迅猛的作物遗传改良技术。1996年首例转基因作物开展商业化种植,截至2016年转基因作物种植面积已呈百倍增加。人们从转基因作物的大面积推广应用中获得了巨大的经济效益与社会效益。目前转基因在我国被"妖魔化",甚至出现"谈转基因色变"的局面。为使公众对转基因有科学全面的认识,对转基因的基本概念、国内外发展现状、安全性评价等内容进行了阐述,同时展望了转基因作物在我国产业化的发展趋势。

高直链淀粉玉米amylose-extender基因功能标记的开发及应用

直链淀粉的含量是玉米淀粉品质的重要指标,受隐性核基因amylose-extender(ae)控制。生产中直链淀粉含量的测定费时、费力,因此高直链淀粉玉米的改良需要寻找快速、简便、准确的基因检测方法。本实验对高直链淀粉玉米材料和普通玉米材料ae基因的cDNA进行了测序,结果显示高直链淀粉材料cDNA序列第9外显子(84bp)全部缺失。利用该缺失设计的玉米ae基因的功能标记(ae-InDel),能够检测出纯合基因型个体(AeAe和aeae)和杂合基因型个体(Aeae),该共显性标记能有效用于高直链淀粉玉米的分子标记辅助育种。

玉米花粉与花丝早期互作的蛋白质组学分析

【目的】分离授粉早期玉米花丝的总蛋白质,为从蛋白质组角度揭示玉米花粉与花丝早期的相互作用奠定基础。【方法】以玉米(ZeamaysL.)自交系Ga25为试材,采用三氯乙酸-丙酮法提取总蛋白质,运用双向电泳、质谱分析与检索技术,比较自交授粉后1h和2h的花丝蛋白质组的差异。【结果】与授粉1h的蛋白质组相比,在授粉2h后的蛋白质组中出现28个差异蛋白点,其中,6个蛋白质点特异表达,19个蛋白质点上调表达,3个蛋白质点下调表达;通过MALDI-TOF-MS质谱测序和MASCOT序列分析,注释了23个蛋白质点,其余5个为未知蛋白;功能分类表明,差异蛋白质分别参与细胞壁合成(21.4%)、防御/抗胁迫(17.9%)、细胞组织、蛋白命运、蛋白合成、转录等细胞过程。【结论】在玉米花粉与花丝早期的相互作用过程中蛋白质组有显著的变化,与授粉后1h相比,授粉后2h的蛋白质组中大部分差异蛋白呈上调趋势,并有特异蛋白质出现;分泌型过氧化物酶、膨胀素、果胶甲基化酶抑制蛋白、谷胱甘肽转移酶与未知蛋白4可能与玉米花粉和花丝的早期互作密切相关。

缺铁胁迫对小麦苗期叶绿素含量的影响及SPAD值的GWAS分析

小麦叶绿素含量与产量密切相关,而SPAD值与叶绿素含量呈显著正相关。本文以保存的189份山东省小麦种质资源为研究对象,测定缺铁胁迫下小麦苗期叶片的SPAD值,并进行全基因组关联分析(GWAS)。结果表明,正常培养条件下,SPAD值均值为39.18,变幅为28.33~48.19;缺铁胁迫条件下,SPAD值均值为3.56,变幅为0.07~12.87;胁迫指数均值为-90.89,变幅为-99.83^-68.06,品种间存在极显著差异。利用可变类平均法进行系统聚类,欧式距离为10时,可划分为5大类群。根据不同类群缺铁胁迫SPAD值和胁迫指数的变化特点,供试小麦材料可分为铁耐受型、中间型和敏感型。全基因组关联分析结果显示,在正常处理下,检测到与SPAD值显著关联的SNPs位点23个,分布于1A、2A、2D、3A、3B、4A、4B、4D、5A、5D、6A、6B、6D和7B等染色体上,其中在3B染色体上检测到4个显著的SNPs位点,可能存在与叶绿素含量相关的基因。对于铁耐受型小麦材料的利用,有助于小麦产量和适应性相关性状的遗传改良;对关联SNPs位点的深入研究,有利于深入了解铁与小麦叶绿素合成和调控的遗传机制。

玉米异交不亲和基因Ga1-S的蛋白质组分析

为了研究玉米异交不亲和的蛋白表达机制,以玉米(Zea mays L.)异交不亲和基因Gal-S的一对近等基因系W22(GG)与w22(gg)为材料,组配自交(GG×GG)、正交(gg×GG)与反交(GG×gg)3个组合。首先采用荧光显微技术,观察比较了3个组合中花粉管在花丝中的生长过程;其次采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)技术,比较研究了授粉后10h自交与反交母本W22(GG)花丝蛋白质组的特异表达差异。结果表明,授粉后10h,自交与正交花粉管伸长可达花丝基部,而反交花丝基部未观察到花粉管;自交与反交母本W22(GG)花丝蛋白质组共检测到25个差异蛋白质点,其中15个在自交中特异表达,10个在反交中特异表达。通过MALDI-TOF-MS质谱测序和MASCOT序列分析,注释了12个蛋白质点,其中自交中特异表达的蛋白质点11、12、14和异交中特异表达的蛋白质点18、22、24可能与玉米异交不亲和密切相关。

小麦成株期抗叶锈病基因研究进展

小麦叶锈病是重要的小麦叶部病害,系由小麦叶锈菌引起的真菌性病害,在世界范围内广泛发生,严重威胁小麦生产。培育抗病品种是防治小麦叶锈病最为有效、经济和环境友好的策略。培育具有持久抗病性的小麦品种是育种家的理想,成株期抗病基因则是培育持久抗病品种的基础。与全生育期抗叶锈病基因相比,成株期抗叶锈病基因研究和应用相对较少,目前仅正式命名了15个成株期抗叶锈病基因。本文对这些小麦成株期抗叶锈病基因的研究进展和分子标记开发现状进行综述,为抗叶锈病育种提供参考。

利用智能温室鉴定小麦灌浆期耐热性

灌浆期高温胁迫会对小麦产量和品质造成严重影响。建立有效的小麦耐热鉴定技术,对耐热小麦新品种培育、耐热种质资源筛选以及小麦耐热机理研究具有重要意义。本研究以21个黄淮麦区小麦品种(系)为材料,通过在智能温室设置高温胁迫处理并比较不同耐热指标,确定利用智能温室鉴定小麦灌浆期耐热性的方法。结果表明,35℃是利用智能温室鉴定小麦灌浆期耐热性较为适宜的高温胁迫温度;主穗粒重最能客观反映小麦品种(系)受高温胁迫影响的程度,是判定智能温室小麦品种(系)灌浆期耐热性的主要指标。利用智能温室对小麦进行耐热性鉴定,不受周围环境及气候因素影响,可以精准控制温度、光照、湿度等因素,对小麦耐热性划分更加精准可靠。根据该技术判定小麦品种郑麦7698、安农0711、淮麦33、烟农19和济麦23具有较好的灌浆期耐热性。

细胞自噬提高小麦抗旱性研究

干旱胁迫可引起植物细胞发生自噬,而植物可通过自噬将体内的一些有害物质清除掉,进而提高自身的抗旱性。本研究以抗旱小麦(Triticum aestivum L.)品种平麦189号和洛旱6号以及干旱敏感小麦品种临麦2号和山农优麦3号为材料,利用溶酶体荧光探针、Western blot、透射电镜等分子生物学技术,发现抗旱小麦干旱胁迫时自噬相关基因6和8(ATG6、ATG8,autophagy related gene6/8)的表达量、ATG8-PE(磷脂酰乙醇胺)蛋白质的形成以及自噬泡的数量缓慢上升;而在干旱敏感小麦中却表现出急剧上升后下降的趋势。抗旱小麦品种细胞自噬缓慢应答干旱胁迫,且持续时间较长,使幼苗萎蔫迟缓;而干旱敏感小麦品种细胞自噬迅速应答干旱胁迫,但持续时间较短,使幼苗萎蔫加快。本研究为深入阐释小麦抗旱分子机理,筛选抗旱小麦种质资源以及培育抗旱小麦新品种提供了理论基础。

小麦缺铁胁迫苗期相关性状的聚类分析

研究小麦品种缺铁胁迫苗期相关性状的系统聚类,对山东省小麦种质资源的鉴定筛选和铁营养高效种质的创新利用具有重要意义。以86个山东省品种为研究对象,通过正常培养和缺铁营养液培养,考察苗期根部和地上部等苗期性状,进行系统聚类。系统聚类分析结果显示,按正常培养、缺铁培养、胁迫指数,将上述品种分别分为4、7、4个类群。研究发现,缺铁胁迫可导致小麦生根数量的减少和地上部分生长量的显著降低,却可促进根系生长量的增加;小麦品种济南16、菏麦19应保证栽培苗期的铁营养供应;济南8号、烟农15具有较强的铁耐受能力,可用于铁营养高效的种质创新和分子机制研究。

小麦冬春性人工低温春化鉴定的研究

本试验旨在筛选适合小麦冬春性室内鉴定的方法和指标,以济麦19、钱交麦、泰山1号、济麦20、中国春为强冬性、冬性、半冬性、偏春性和春性对照,对2014—2016年山东省区试的108份小麦品种进行冬春性室内春化鉴定、田间错期春播鉴定和分子鉴定。通过对幼苗习性、抽穗率、抽穗期等指标的观察确定小麦冬春性室内鉴定的可靠指标,提出采用室内鉴定法评判品种的冬春性,并初步建立了小麦品种室内春化鉴定法检测小麦冬春性的检测指标体系:春性、偏春性、半冬性、冬性和强冬性小麦品种在2℃条件下完成春化所需时间分级分别为0 d、0 d<t≤20 d、20 d<t≤30 d、30 d<t≤40 d和t>40 d。

小麦缺铁胁迫对苗期相关性状的影响

为考察铁营养元素对普通小麦苗期生长发育的影响,以保存的86份山东省1950年以来搜集、引进和育成的小麦品种为研究对象,在缺铁胁迫下营养液培养15 d,考察根系数量、主根系长度、根干重、地上部分干重和根冠比与正常培养(对照)的关系以及不同年代供试品种的演变规律。结果表明,除根系长度外,其余4个性状缺铁胁迫下与对照相比,差异达极显著水平;根系数量、根系长度和地上部分干重品种间差异也达极显著水平。对上述性状进行方差分析和胁迫指数分析发现,多数小麦品种在缺铁胁迫下表现为根系数量减少,根干重和根冠比增加,地上部分干重明显降低。研究还发现,临麦4号、潍麦8号和山农27等小麦品种具有较强的缺铁耐受能力,可用于小麦铁营养高效的遗传改良。

高度特异性小麦ATG8抗体的研制及其在细胞自噬检测中的应用

细胞自噬是一种进化上高度保守的溶酶体/液泡降解途径,对机体适应各种生物或非生物胁迫,以及维持自身正常生长发育具有重要的意义。自噬相关蛋白8(autophagy-related protein 8,ATG8)是检测自噬的金标准。目前由于缺乏特异性好的小麦ATG8抗体,导致小麦细胞自噬研究进展缓慢。本研究通过人工合成小麦ATG8蛋白序列上的一段18个氨基酸的多肽作为抗原去免疫兔子,成功获得了高度特异性的小麦ATG8多克隆抗体。该抗体不仅能够识别小麦根、叶及种子中的ATG8蛋白条带,而且可以在根、叶中检测到细胞自噬结构,并首次在小麦籽粒中实现了细胞自噬结构的检测。本研究研制的小麦ATG8抗体,除了能够检测到小麦中常见的ATG8a-h等8种典型类型外,还能检测到一种非典型的新的ATG8蛋白,为深入开展植物细胞自噬调控机制研究以及优异新基因挖掘提供了最佳方法学基础。

普通小麦春化作用研究进展

春化是小麦品种的重要性状,直接影响着小麦品种的种植范围和利用效率。本文从小麦冬春性鉴定方法、鉴定指标、春化相关基因及分子机理等方面入手,综述了小麦冬春性的研究进展。分析比较了目前常用小麦冬春性鉴定方法并总结了依靠自然低温春化鉴定的利弊。对目前小麦春化相关基因的研究进行了总结,分析了小麦冬春性分子机理研究中存在的关键问题,提出了小麦冬春性下一步研究的重点。

小麦新品种济麦70籽粒发育过程中细胞形态及内源激素的动态变化分析

小麦是全球最重要的粮食作物之一,其籽粒发育情况直接决定小麦品质和产量,因此,研究小麦籽粒发育调控机理具有非常重要的意义。本研究以最近审定的高产稳产、抗倒、广适小麦新品种济麦70为材料,利用细胞显微技术和分子生物学技术进行分析,发现小麦籽粒发育过程中出现果皮细胞层数减少、胚乳细胞破裂、内源激素脱落酸(abscisic acid, ABA)含量增加以及花后15 d开始出现程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD)现象,表明脱落酸和程序性细胞死亡共同参与了小麦籽粒细胞形态变化的调控过程。本研究可对小麦品质改良及其产量提高提供重要理论基础。

小麦DREB4蛋白的原核表达及多克隆抗体制备

DREB(dehydration responsive element binding)转录因子在小麦非生物胁迫中起着非常重要的作用,但由于目前缺乏可识别小麦内源性DREB蛋白的抗体,导致其在蛋白水平上的研究进展非常缓慢。本研究通过分析DREB4A、4B和4C三种蛋白序列,将DREB4A在大肠杆菌中进行表达,并利用纯化后的蛋白作为抗原免疫兔子,在国内外首次获得小麦DREB4的多克隆抗体。Western blot结果证明,该抗体可特异性识别小麦内源性DREB4蛋白。该抗体介导的免疫组织化学结果显示,DREB4蛋白定位于细胞核内。本研究为深入研究植物DREB信号通路提供了有力的检测工具。

超高效液相色谱-质谱串联优化方法检测小麦脱氧麦根酸

[目的]采用超高效液相色谱-质谱串联优化方法检测小麦脱氧麦根酸(DMA)。[方法]以山东省5个小麦品种为研究对象,利用超高效液相色谱-质谱联用(UPLC/ESI-MS)检测小麦苗期根系洗脱液的DMA。[结果]一级质谱分子离子峰m/z 305.2,二级质谱以正离子m/z 286.8和m/z 133.9进行定量,DMA标准品与小麦根系洗脱液的质谱图完全一致,因此,该方法可适用于大批量检测普通小麦根系洗脱液DMA。5个小麦品种在正常培养下,DMA分泌速率较低,但在缺铁胁迫下,DMA分泌速率呈极显著升高,增加6 242.86~62 833.42倍。[结论]小麦脱氧麦根酸UPLC/ESI-MS检测方法的建立,为深入研究其遗传机理提供了方法基础。