水稻(Oryza sativa L.)α-淀粉酶基因的进化及组织表达模式

α-淀粉酶在植物特别是谷类萌发种子淀粉降解中具有重要作用。水稻α-淀粉酶基因的结构、进化和表达研究已有报道,但多集中于OsAmy1和OsAmy3这两个亚族内基因间以及发芽种子中。不同亚族间的基因结构、进化及更多组织和时期的表达特点尚缺乏细致研究。本研究通过TblastN同源性比对及保守结构域分析揭示水稻基因组含有11个α-淀粉酶基因。生物信息学分析、系统进化树构建及半定量RT-PCR分析表明,该家族基因在结构上发生了明显的分化,具有清晰的进化层次,OsAmy5A和OsAmy4A是家族中较原始状态的基因;在表达和功能上也发生了明显分化,进化水平较高的基因发生了明显的时空表达特异性分化。OsAmy1A、OsAmy3A及OsAmy3D和OsAmy3E分别在保证种子植物世代传递、维持种子休眠过程中胚的微弱生命活动及保证种子萌发过程中能量的稳定持续供应上具有重要作用。

地黄甲基转移酶/去甲基化酶基因的注释及其在块根发育过程中的表达分析

利用Windows-BLAST软件同源比较分析获得地黄转录组中的DNA甲基转移酶/去甲基化酶基因,同时利用基因表达谱测序方法分析这些基因在地黄不同发育时期块根中的转录子水平。利用拟南芥11个C5-MTase和4个DMase基因的蛋白序列进行同源性比对,在地黄转录组中共获得了18个DNA甲基转移酶unigene和11个去甲基化酶unigene。差异表达基因(DEG)分析显示,11个DNA甲基转移酶unigene和5个去甲基化酶unigene在块根的发育过程中表达具有差异,随块根发育成熟转录子表达含量逐渐降低,说明甲基化基因参与调控地黄块根的发育。首次挖掘和分析了地黄基因组中DNA甲基转移酶/去甲基化酶基因的分布和表达,为进一步研究DNA甲基化在地黄块根发育以及连作下块根生长受抑的表观遗传学分子机理奠定了基础。

基于远红外热成像的叶温变化与玉米苗期耐旱性的研究

【目的】植物可以通过降低叶片气孔蒸腾来达到控制失水和增强抗旱的目的。蒸腾强度的变化会引起植物叶片温度的变化,利用远红外热成像仪研究遭受干旱胁迫时玉米自交系苗期叶温的变化与生物量耐旱系数间的关系,为筛选鉴定玉米耐旱自交系提供依据。【方法】以83个优良玉米自交系为材料,利用远红外热成像仪检测干旱胁迫条件下苗期叶片温度的变化,叶片的气孔导度、蒸腾强度采用气孔计Li-1600测定,同时测定植株的生物量。【结果】遭受干旱胁迫时,玉米苗期叶片的相对生物量变异幅度为0.271～0.997(生物鲜重)、0.338～0.969(生物干重),叶温变异幅度为-0.1～+0.5℃,均存在显著变异。耐旱玉米自交系的叶片温度显著上升,而敏感玉米自交系的叶片温度变化不明显。干旱胁迫与正常灌水条件下叶温的差值即叶温差与相对生物鲜重(0.283*,0.288**,n=83)及相对生物干重(0.239*,0.273**,n=83)间存在极显著的相关性。此外,叶温差与叶片气孔导度、蒸腾强度间也存在着显著的相关性。【结论】遭受干旱胁迫时,玉米苗期叶片温度变化可以显著反映玉米苗期的耐旱性,叶温差可以作为玉米苗期耐旱性初步筛选的一个指标,将远红外热成像技术运用于玉米耐旱育种存在可行性。

地黄毛状根的诱导及条件优化

以发根农杆菌Accc10060菌株侵染地黄外植体,研究不同菌液浓度、不同侵染时间和不同共培养时间对地黄毛状根诱导率的影响。结果表明,发根农杆菌Accc10060菌株可成功诱导出地黄毛状根,PCR检测发现发根农杆菌Ri质粒rol C基因已整合到地黄基因组中并得到表达;单因素试验结果显示,在地黄毛状根的诱导过程中,诱导的最佳菌液浓度为OD600=0.6,最佳侵染时间为10 min,最佳共培养时间为4 d。

温度层积对黄精种子萌发及出苗的影响

为了寻找黄精种子的最适萌发温度,为农业大规模种子种植提供依据,设置3个常规的恒温梯度(25,20,15℃),并且模拟大自然季节和昼夜的温度变化设置了3个变温层积处理(30/20℃,25/15℃,20/10℃)和一个低温4℃处理,对于来自不同地区的滇黄精、多花黄精和黄精种子的萌发特性进行了研究。结果显示:恒温下3种种子最适萌发温度为25℃,种子萌发率最高。在变温条件下,滇黄精和黄精种子萌发最适温度为30/20℃,多花黄精萌发最适温度为20/10℃,在对应的变温条件下种子的发芽率最高。然后将萌发的种子分2批转入室温25℃和低温4℃进行出苗研究。其中黄精种子存在着休眠情况,需要在4℃低温处理方可出苗,而滇黄精和多花黄精种子可以直接出苗,多花黄精适合低温出苗,而滇黄精更加适合常温出苗。所以在农业的实际生产中黄精和滇黄精种子适合在温度较高的夏季播种,黄精种子经历冬季自然低温后次年三四月份即可出苗,滇黄精出苗需要较高温度。多花黄精适合在温度较为适宜的秋季进行播种,与黄精种子相同次年三四月份可出苗。

基于ITS2条形码的不同产地重楼遗传序列鉴别特征分析

目的研究不同产地重楼遗传序列的特征及其相关性分析。方法利用ITS2条形码对4个产地的17份重楼样本进行分子鉴别分析,PCR产物测序得到ITS2序列,进行结果比对、遗传变异位点、系统聚类进化树等分析。结果在所有重楼样本中,云南重楼长度范围是457-665 bp,七叶一枝花序列长度范围是457-663 bp;区分云南重楼和七叶一枝花的序列位点共计8处,七叶一枝花样本之间遗传距离是0-0.004,云南重楼样本之间的遗传距离是0-0.054;聚类进化结果中F1、F2、F4、F6、S2、S3、H2、S5、F3、S4、H1和Y1、F5、Y3、Y4、Y2、S1分别聚为两大支;以Y1和H2为对照的相对遗传距离区域分布结果显示,区域位置越接近,相对遗传距离就越小。结论 ITS2序列的遗传位点和聚类进化与品种有关,而序列长度则没有明显的规律,但相对遗传距离表明地理位置越接近,其相对遗传距离的差别越小,说明不同地域环境是影响重楼遗传序列变化的重要因素。

滇重楼GAox基因的克隆与生物信息学分析

目的:克隆编码滇重楼赤霉素合成代谢途径中关键酶GA氧化酶(Gibberellic oxidase,GAox)的全长cDNA序列,并进行生物信息学分析。方法:根据滇重楼转录组测序序列,设计特异性PCR引物,利用RT-PCR技术扩增目标基因编码区的全长序列连接至pMD18-T载体上,进行序列测定及序列同源性比较分子系统进化树构建、结构域搜索及蛋白质三维结构预测等生物信息学分析。结果:成功克隆了滇重楼的的6条GAox基因,大小在1000 bp左右,分别命名为PpGA2ox1、PpGA2ox2、PpGA2ox3、PpGA2ox4、PpGA20ox1和PpGA3ox1。6条基因分别属于GA氧化酶三个不同的亚家族。滇重楼GAox蛋白氨基酸数量均在300~400,理论等电点在4~7左右,带正电荷。PpGA2ox1、PpGA2ox2和PpGA2ox4为不稳定蛋白,PpGA2ox3、PpGA20ox1和PpGA3ox1为稳定蛋白,均为没有跨膜结构域和信号肽的亲水蛋白。除了PpGA2ox1亚细胞定位在叶绿体,其他蛋白均定位在细胞质。滇重楼GAox蛋白与不同物种同源序列的序列相似性较高,保守性比较强。结论:首次从滇重楼中克隆了6条GAox基因并对其进行了初步的生物信息学分析。

不同遮阴处理对七叶一枝花生长光合特性及品质的影响

目的:七叶一枝花是典型的阴生植物,研究不同遮阴条件对七叶一枝花叶片光合作用、生长和代谢产物含量的影响。方法:在85%和95%遮阴条件下,采用紫外-可见分光光度法测定七叶一枝花叶片的光合色素含量,运用便携式光合作用测定仪测定叶片净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)并拟合光响应曲线,测定植株的生长指标并利用超高效液相色谱-紫外法(UPLC-UV)与高效液相色谱-蒸发光散射检测法(HPLC-ELSD)测定不同部位皂苷类及糖类成分含量。结果:95%遮阴条件下叶绿素含量与植株生长指标均优于85%遮阴;95%遮阴条件下叶片的日光合速率低于85%遮阴,但Ci、Tr和Gs的光响应差异无统计学意义;不同遮阴条件对重楼皂苷Ⅰ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷H、薯蓣皂苷、纤细薯蓣皂苷含量有极显著影响,且往年生根茎和须根中重楼皂苷Ⅰ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅶ总量在2种遮阴条件下差异有统计学意义(P<0.01),85%遮阴较高;不同遮阴条件对根部的蔗糖含量影响较大,95%遮阴处理蔗糖含量较高。七叶一枝花移栽到北京后极喜阴,在95%遮阴下植株农艺性状得到改善。结论:研究结果为开展优化遮阴度和遮阴时间以平衡植物生长、增加活性代谢产物的积累研究提供参考。

柔毛淫羊藿生长期氮磷钾元素的吸收动态及施肥效果

目的:通过研究柔毛淫羊藿的氮、磷、钾吸收特征及氮、磷、钾施肥量对淫羊藿产量和品质的影响,为淫羊藿栽培的合理施肥提供技术指导。方法:测定淫羊藿叶片、茎和根中氮、磷、钾不同时期的含量,探讨其吸收规律;设置高中低3个施肥水平,测定单因素肥料水平下的淫羊藿叶叶绿素、产量、活性成分含量,并通过建立淫羊藿单因素肥料效应模型,估测淫羊藿最大产量施肥量。结果:出苗至6月底是柔毛淫羊藿需肥量最多的时期,单株叶片氮、磷、钾累积量为氮>钾>磷;氮、磷、钾肥显著增加淫羊藿叶片叶绿素的含量,影响效果为氮>钾>磷;单因素肥料效应分析表明,淫羊藿叶产量随施用的磷肥量而逐渐增加,随氮肥和钾肥量的增加而先增加后降低,对淫羊藿叶产量影响的肥效顺序为氮>钾>磷;氮肥和钾肥的推荐用量分别为185.3、160.7 kg·hm^-2;对活性成分含量的分析显示,钾肥抑制朝藿定A、B、C和淫羊藿苷的积累,而高磷水平促进其积累,中等水平的氮肥提高朝藿定C和淫羊藿苷的含量;箭藿苷A和B的含量在3种施肥处理下均能显著提高。结论:出苗至6月底是柔毛淫羊藿施肥的关键期,适宜的氮、磷、钾施肥量能促进淫羊藿的生长,提高淫羊藿叶产量和活性成分含量。

地黄耐连作种质资源的筛选及其可遗传性初探

地黄栽培生产中存在严重的连作障碍。选择耐连作的种质资源是降低地黄连作障碍最经济的方法。通过比较正茬与重茬栽培条件下27份地黄种质的块根鲜重、干重和块根数的差异筛选地黄耐连作种质资源。同时以12个种质资源为父本与栽培品种温85-5(母本)进行杂交,考察不同组合的杂种F_1实生苗胚根在连作胁迫下的生长情况,初步分析通过杂交育种改良地黄耐连作能力的可能性。结果表明,两类地黄块根产量在连作下都显著降低,但野生地黄降低幅度相对较低,比栽培地黄耐连作。对12个种质资源的F_1实生苗分析结果表明地上部鲜重、整株鲜重和胚根鲜重受连作影响都显著降低,胚根鲜重受连作影响的程度和父本的耐连作能力大小间不呈正相关关系;6个调查性状的聚类分析表明:F_1群体间受连作的影响程度存在差异,分为两类,其中一类包括5份材料,连作下具有较高的胚根鲜重、根长和株高。

水稻β-淀粉酶基因密码子使用特性分析

本研究分析了水稻10个β-淀粉酶基因(OsBmy1～OsBmy10)在cDNA和蛋白质上的同源性,分析了每个基因反映密码子使用特性的参数——GC含量、同义密码子第1～3位置中的GC含量、有效密码子数和相对同义密码子使用度。结果表明:水稻β-淀粉酶家族基因序列间的同源性差异较大,在cDNA和蛋白质序列上的基因同源性分别为39.2～79.6和25.9～74.0,其中,OsBmy3和OsBmy9间的同源性最高;OsBmy3、OsBmy4、OsBmy5、OsBmy7、OsBmy9和OsBmy10等为高GC含量基因,并表现出极强的密码子使用偏好。可见,水稻β-淀粉酶基因在进化过程中不仅氨基酸组成发生了分化,而且其在氨基酸密码子使用偏好上也发生了分化。

中国水稻选育品种遗传多样性及其近50年变化趋势

利用36个微卫星标记和42个表型性状对453份选育品种进行分析,研究中国水稻选育品种的遗传多样性地理分布及其近50年的变化趋势.结果表明,微卫星标记和表型性状分析的遗传多样性具有较高的相似性;籼稻品种的遗传多样性大于粳稻品种的遗传多样性;从20世纪50年代到80年代,选育品种的遗传多样性一直下降,80年代降低到最低水平,90年代又有显著提高;在地理上华中稻区的选育品种遗传多样性最大,东北稻区和西北稻区遗传多样性最小.位于长江中下游的江苏、江西和西南地区的四川等地是中国水稻选育品种遗传多样性最大的地区.东北地区作为重要的粳稻生产基地,遗传基础非常狭窄,应该发掘新的种质资源拓宽品种的遗传多样性.

西洋参赤霉素20-氧化酶基因的克隆与序列分析

目的对西洋参Panax quinquefolium种子休眠与萌发过程中赤霉素20-氧化酶(GA20ox)基因编码区进行克隆及生物信息学分析。方法根据西洋参种子转录组的注释信息,得到9条GA20ox相关序列,通过比对分析确定了GA20ox的转录本。采用q RT-PCR方法得到西洋参GA20ox(Pq GA20ox)的c DNA全长,并对其编码蛋白进行生物信息学分析。采用实时荧光定量PCR方法检测Pq GA20ox基因在根、茎、叶和种子休眠不同时期的表达水平。结果生物信息学分析表明,Pq GA20ox基因全长1 092 bp,编码363个氨基酸残基,Pq GA20ox编码蛋白不含跨膜区,不含信号肽。q RT-PCR实验结果显示Pq GA20ox基因在形态休眠起始期和生理休眠起始期表达量高于其他时期。结论首次获得Pq GA20ox基因的编码区序列,为进一步研究西洋参种子解除休眠的分子机制奠定基础。

西洋参PqGA2ox基因的克隆与序列分析

目的克隆、分析西洋参Panax quinquefolium种子萌发过程的赤霉素2-氧化酶(gibberellin 2-oxidase,GA2ox)基因。方法从前期由高通量测序得到78207条unigenes基因的注释信息中挖掘出与赤霉素合成和分解代谢相关的基因序列,得到11条GA2ox基因相关序列,通过序列比对分析确定GA2ox的转录本。根据选定的unigene序列设计引物,采用PCR方法扩增西洋参GA2ox的cDNA全长;利用生物信息学方法分析所得基因,并用实时荧光定量PCR技术进行表达分析。结果得到一条长度为987bp,编码328个氨基酸残基的西洋参GA2ox基因,命名为PqGA2ox。生物信息学预测PqGA2ox蛋白不含跨膜区,不含信号肽,具有依赖于2-酮戊二酸和Fe2+的双加氧酶超家族的保守结构域。实时荧光定量PCR结果显示在形态休眠中期和生理休眠中期的表达量低于其休眠起始期和解除休眠期。结论首次获得西洋参种子PqGA2ox基因的编码区序列,为进一步研究西洋参种子解除休眠的分子机制奠定基础。

地黄生长期根叶中梓醇及总环烯醚萜苷含量变化

地黄主要活性成分为环烯醚萜苷,其中含量最高的是梓醇。该文主要对地黄生长发育过程中根叶所含总环烯醚萜苷和梓醇的含量变化进行研究。以地黄85-5为材料,于地黄不同生长期进行不同直径块根、不同叶龄的样品采集,分别采用紫外分光光度法和高效液相色谱法测定总环烯醚萜苷和梓醇的含量。研究结果表明,7—9月同一生长期地黄不同叶龄中总环烯醚萜苷和梓醇含量,幼嫩组织中含量较高,随着叶龄的增加而逐步下降;比较各生长期相同着生部位的叶片中梓醇和总环烯醚萜苷含量,大多数部位的叶片在10月达到最高;同一生长期块根直径越大,有效成分含量越高;梓醇含量同总环烯醚萜苷含量呈正相关。以期通过以上初步结论可以为地黄的萜类代谢调控研究和栽培技术提供参考依据。