小麦热胁迫响应基因TaMYB165的克隆与功能分析

【目的】MYB转录因子在植物生长发育和抗逆过程中起着重要作用,克隆小麦MYB基因并对其功能进行研究,对植物MYB转录因子的调控机制具有重要意义。【方法】利用Affymetrix小麦芯片系统,分析2个小麦品种中国春(热敏感)和TAM107(耐热)在不同热胁迫处理下的转录谱,从热胁迫上调表达的EST序列中克隆得到小麦耐热相关TaMYB165基因,并对该基因的表达特性及功能进行研究;利用实时定量RT-PCR技术分析小麦不同发育时期、不同组织器官热胁迫处理下TaMYB165基因的动态表达模式,构建超表达载体并转化拟南芥,对获得的转基因拟南芥株系进行耐热性鉴定。【结果】克隆获得1个小麦MYB转录因子家族基因TaMYB165,该基因ORF长度为847 bp,编码282个氨基酸。同源序列分析表明,TaMYB165与高粱SORBIDRAFT 03g040120亲缘关系最近(73.2%),与水稻MYB蛋白和拟南芥AtMYB165的相似性分别为70.37%和33.0%。qRT-PCR结果显示,TaMYB165在小麦苗期和灌浆期都受热胁迫诱导表达,只是响应的早晚有所不同。在拟南芥中过量表达TaMYB165,转基因株系热胁迫后成活率提高,细胞膜热稳定性增强。【结论】TaMYB165是小麦热胁迫响应的重要转录因子,可作为小麦耐热育种的重要候选基因。

小麦种质资源成株期氮效率评价及筛选

【目的】建立小麦成株期氮效率评价方法,挖掘和筛选氮高效种质资源,为小麦氮效率的生理机制研究和氮高效品种的选育提供理论依据和材料基础。【方法】2018—2020年,以108份不同基因型小麦品种为材料,采用大田试验,设置4个氮肥处理水平(0、180、240和360 kg·hm^(-2)),调查不同氮水平下小麦株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量11个农艺及产量性状,利用模糊隶属函数法、主成分分析法以及聚类分析法对小麦品种进行耐氮性评价和基因型差异分类。【结果】连续2年的数据结果显示,在低氮胁迫下,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、茎粗、可育小穗数、穗粒数和单穗产量8个性状均受到不同程度的抑制,其中,旗叶长对氮胁迫的敏感程度最大。主成分分析提取4个主成分,贡献率分别为39.766%、16.661%、9.361%和9.275%,累积贡献率达75.064%。以耐低氮性综合评价D值进行聚类分析,将供试小麦品种划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮型小麦品种5份,温麦19、西农529、石4185、陇麦212和丰抗2,强耐低氮型小麦品种2份,中麦875和西农158。与低氮胁迫不同,高氮胁迫仅抑制茎粗、千粒重、粒长、粒宽和单穗产量5个性状,株高、穗长、旗叶长、旗叶宽、可育小穗数和穗粒数6个性状值随施氮量上升而增加。4个主成分的贡献率分别为31.348%、20.387%、12.452%和9.850%,累积贡献率达74.037%。依据耐高氮性综合评价D值,将供试小麦品种划分为耐高氮型、中间型、高氮较敏感型和高氮敏感型4类。鉴定出耐高氮型小麦品种9份,包括兰考矮早8、良星99、农大179、豫农9901、兰考926和郑农46等。基于籽粒产量和氮综合评价D值,将108份小麦品种划分为4种氮效率类型,双高效型(西农158和陇麦212等)、低氮高效型(西农585和石4185等)、高氮高效型(长丰1号和中种麦10号等)和双低效型(金丰7183和泛麦5号等)。【结论】供氮水平对小麦产量相关性状指标有显著影响,基于小麦种质间氮吸收与利用效率的差异,结合3种分析方法,可以准确评价小麦种质资源成株期氮效率状况。

小麦TaGRF4基因分析与功能鉴定

旨在研究小麦TaGRF4基因的生物学功能,利用生物信息学技术分析小麦TaGRF4基因结构及其与其他作物的进化关系,利用实时定量检测TaGRF4在不同发育时期叶片和不同区段叶片中的表达丰度,同时检测外源GA处理条件下TaGRF4的表达情况,最后利用BSMV-VIGS体系使TaGRF4的3个同源基因同时沉默,研究TaGRF4沉默对叶片生长发育的影响。结果表明,TaGRF4是玉米ZmGRF10的同源基因,在幼嫩叶片和叶尖部位的表达量最高,而且对外源GA处理响应迅速;TaGRF4沉默后新生叶片明显伸长,说明TaGRF4与ZmGRF10有类似的生物功能,能够抑制叶片的伸长生长。

小麦TaGRF1基因调控抽穗期功能分析

抽穗期是小麦生产中重点关注的农艺性状,与生殖器官发育密切相关,而GRF基因是植物器官建成的调控因子,为了明确小麦GRF基因调控抽穗期的生物学功能,本研究利用生物信息学方法分析小麦TaGRF1基因与水稻OsGRF1基因的亲缘关系,利用VIGS病毒沉默技术鉴定TaGRF1生物学功能,借助RT-qPCR对沉默株系中抽穗相关基因VRN1、VRN2、SOC1进行表达分析。结果表明,TaGRF1与水稻OsGRF1基因同源性为53.1%~71.56%,TaGRF1沉默后小麦抽穗显著延迟,沉默株系中的TaGRF1基因与对照相比显著下调表达,小麦调控抽穗期关键基因VRN1也显著下调表达,同时,VRN2基因上调表达,而SOC1基因表达无显著变化。本研究结果表明,小麦TaGRF1基因可能通过调控抽穗期关键基因VRN1、VRN2的表达促进小麦抽穗。