基于CRISPR/Cas9的棉花GhbHLH71基因编辑突变体的分析

碱性/螺旋-环-螺旋(basic/helix-loop-helix,bHLH)转录因子在植物的生长发育、次生代谢、信号转导、逆境胁迫等方面起重要的调控作用。棉花GhbHLH71基因c DNA全长996 bp,编码331个氨基酸残基,蛋白序列中含有保守的bHLH结构域,属于bHLH转录因子家族成员。实时荧光定量分析结果表明,GhbHLH71基因在棉花纤维快速伸长期3~12 DPA (days post anthesis,DPA)相对高表达,暗示其主要在棉花纤维发育过程中发挥作用。构建该基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体进行了棉花遗传转化,T_0代再生株经过Cas9基因的PCR检测以及靶位点突变情况检测分析,获得6个T_0代基因编辑突变体。T_1代不同突变株系在棉花生长发育期的表型性状与对照相比无明显差异,但成熟纤维的长度与对照相比皆明显变短。T_2代突变株系可以稳定遗传T_1代株系纤维变短的表型。其中4#和8#株系连续2代的纤维长度与对照相比缩短比率皆达20%以上,表明GhbHLH71基因的突变主要影响了棉花纤维细胞的伸长。本研究为深入了解棉花中bHLH转录因子的生物学功能以及棉花纤维发育的分子机制提供了一定的参考。

一种新的组培大豆种子的消毒方法

为获得一种较好的环境友好型组培大豆种子的消毒方法,本试验通过对三种不同消毒方式下大豆种子组培4 d的萌发数目和污染数目进行统计。研究结果表明:通过不同浓度和不同时间的过氧化氢消毒后,四个品种的萌发数目趋势一致。都是随着15%H_(2)O_(2)消毒时间的延长,种子萌发越多,在灭菌1 h时全部萌发,且达到最大值;随着时间的再次延长,萌发数目减少且受到抑制。浓度为30%H_(2)O_(2)随着灭菌时间的延长,大豆种子萌发抑制程度加深,当灭菌2 h后,将近20%左右的大豆种子受到抑制未萌发。此外用同样的品种进行了其他两种方式的消毒,研究结果发现随着0.1%生汞、5%次氯酸钠消毒时间的增加,污染的种子越来越少,但是萌发数目越来越受抑制,在此试验品种中均没有达到完全消毒的目的。综上所述,选取15%H_(2)O_(2)消毒1 h最为合适,能够保证大豆种子完全萌发且不污染。同时选取国内主栽的15个大豆品种进行试验结果的验证,最终获得了一种新的组培大豆种子的消毒方法。此方法是一种高效、省时、便捷的消毒方式,这为下一步大豆遗传转化试验奠定了基础。

西瓜特色种质资源的鉴定与评价利用

西瓜作为一种广受欢迎的水果,在我国具有深厚的消费基础,并在全球范围内被视为重要的水果型蔬菜。针对山西区域西瓜种植资源较少、育种技术单一、连茬枯萎病等问题开展了详细探究,针对如何解决此类问题进行了深入探讨。在当前乡村振兴实施背景下,农业稳定、持续、健康发展关系国计民生。这些新种质资源将具有更好的适应性、抗病性和品质,为山西西瓜产业的可持续发展提供支持。

棉花开花调控相关基因研究进展

棉花是重要的经济作物,棉花的早熟性状与株型、产量、品质等关系密切,是育种的重要目标之一。FT(FLOWERING LOCUS T)和CETS(CENTRORADIALIS/TERMINAL FLOWER1/SELF-PRUNING)是调控植物开花的2类重要蛋白,进化上高度保守,皆属于PEBP(Phosphatidylethanolamine Binding Protein)家族,FT和CETS通过竞争性结合bZIP转录因子FD或14-4-3蛋白决定植物开花。棉花中PEBP家族基因在调控开花及株型发育方面同样起重要的作用。其中,GhFT基因可促进棉花提早开花,GhFT和GhFD蛋白可与不同的GhGRF蛋白形成有功能的三元复合体来调控SAM(Shoot Apical Meristem)的发育。GhSP、GhCEN基因抑制开花,棉花中降低GhSP、GhCEN的表达则可促进棉花植株的有限生长,导致开花时间提前,果枝变短。表明这2个基因在调节棉花开花和株型发育方面具有较大应用潜力。MADS-box转录因子家族是调控棉花开花的另一类重要转录因子,成员众多,但至今大部分仍未被分离鉴定。为了全面解析棉花开花调控的分子机制,挖掘与开花及株型发育相关的重要基因,利用基因工程技术或CRISPR/Cas9基因编辑技术,定向修饰有利基因,创制早熟性好、株型理想的棉花育种新种质提供理论参考,文章综述了PEBP及MADS-box转录因子在棉花开花调控方面的研究进展。

转基因抗草甘膦棉花R1-3株系的分子特征鉴定

【目的】通过转化抗草甘膦除草剂基因G10aroA获得抗草甘膦除草剂的棉花转基因株系,对其进行分子特征鉴定分析,为今后棉花育种利用该株系提供必要的分子依据。【方法】利用农杆菌介导法,在草甘膦筛选条件下,通过组织培养获得棉花再生株系,利用Western blot对转基因棉花株系不同组织的外源蛋白表达进行检测;通过Southern blot确定株系中外源G10aroA整合位点的拷贝数;利用TAIL-PCR扩增外源基因整合位点侧翼序列,并通过NCBI BLAST工具比较分析其定位的染色体位置。【结果】通过草甘膦筛选,利用组织培养获得R1-3棉花再生株系;Western blot结果表明,外源基因在叶、苞叶、花、茎中均可正常表达,其蛋白大小约为46 kDa,与预期目标条带一致;基因组DNA酶切后杂交结果显示,R1-3株系外源序列的整合位点为单拷贝插入,其中,KpnⅠ酶切的杂交条带位于约6557 bp处,EcoRⅠ酶切的2条杂交带位于略大于4316 bp处;侧翼序列比对结果显示,外源序列融合到陆地棉A或D基因组的第11号染色体上,且在交换插入的过程中,左右边界的融合位点分别位于该染色体47525303和47525449处。另外,利用特异引物进行PCR鉴定,可知左侧融合位点可扩增出约300 bp的预期特定目标条带,右侧融合位点可扩增出约600 bp的预期特定目标条带。【结论】获得具有稳定遗传特征的R1-3转基因棉花株系,不同组织中外源基因编码的蛋白均有表达,提高了该株系对草甘膦的高抗性。含有G10aroA的外源序列为单个位点插入,融合位点位于陆地棉A或D基因组第11号染色体上,该融合位点处缺失约146 bp的核苷酸序列。

黄芩产量和质量的关键影响因素研究进展

黄芩是我国传统大宗中药材,具有清热燥湿、泻火解毒、止血凉血和安胎等作用,分布广泛,药效显著,临床意义重大。分析研究影响黄芩质量及产量的关键因素,对于黄芩优良品种选育和提升黄芩质量具有重要意义。通过查阅2015年以来影响黄芩产量和质量的关键因素的相关研究论文,系统总结了产地、生长年限与采收期、栽培与野生、环境因子、栽培技术、炮制加工等6个关键因素的研究进展。

小麦TaTVP1基因的克隆与表达分析

[目的]发掘并研究小麦TaTVP1基因响应耐盐、耐旱等非生物胁迫的功能与机制,为小麦抗逆育种提供新的基因资源。[方法]利用PCR技术克隆小麦TVP1基因,扩增获得cDNA全长序列,并对其进行生物信息学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析其表达模式。[结果]小麦TVP1基因全长2 289 bp,编码762个氨基酸;其氨基酸序列具有12个跨膜结构,该结构中疏水氨基酸具有高度保守性,且肽链N末端与C末端均位于膜外,预测该跨膜结构可形成具有明显孔道的高级3D结构蛋白,推测与其具有的H+离子泵通道功能密切相关;系统发育树分析表明,TaTVP1蛋白与单子叶植物TVP1蛋白的同源性较高,该类蛋白在进化过程中单子叶和双子叶植物可形成2个明显的类群Ⅰ和Ⅱ;定量PCR分析表明,小麦中TVP1基因在根、茎中的表达量要明显高于叶、穗中,具有组织特异性,且不同材料间同一组织中该基因的表达趋势也存在差异,这可能与不同材料间的耐旱等抗逆性存在差异有关。[结论]克隆并分析了小麦TaTVP1基因,为进一步阐明该基因参与抵御非生物胁迫的机理奠定一定的研究基础。

硅酸盐提高番茄抗盐性的效应与生理机制

研究了盐胁迫下外源硅对盐敏感番茄(Solanum lycopersicum)中杂9号和耐盐番茄金鹏朝冠幼苗生长、根系特征、光合作用、渗透调节及抗氧化酶活性的影响,以探讨硅提高番茄抗盐性的生理机制。结果表明,在150 mmol·L-1Na Cl胁迫下,两个番茄品种的生物量、净光合速率、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)活性、可溶性蛋白含量及渗透势均显著降低,而H2O2和丙二醛含量显著升高;外源硅可显著改善盐胁迫下番茄的生长、提高光合和蒸腾作用及抗氧化酶活性、促进根系生长、降低膜脂过氧化;不同浓度硅对盐胁迫的缓解效果不同,两个品种均在硅酸盐浓度为2.0 mmol·L-1左右时缓解效果最好。硅可通过促进番茄根系的生长和水分吸收、提高叶片的光合作用及降低植株的氧化损伤来提高其抗盐性,而渗透调节与降低蒸腾失水不是本试验条件下硅诱导番茄抗盐的机理。

大豆WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子在植物的逆境胁迫和生长发育中起着关键作用。目前关于WRKY转录因子的功能研究,已经成为植物生物学领域研究的热点。本文阐述了大豆WRKY家族转录因子的生物学功能,同时对目前大豆在各种逆境胁迫和生长发育中相关应答基因进行归类和分析,结果有助于大豆WRKY基因家族的挖掘和功能研究,为后续大豆作物遗传改良提供一定的分子依据,同时对新抗逆材料的研究以及创造新种质具有现实意义。

山西不同大豆品种再生体系的筛选

为探究品种对大豆再生体系的影响,试验选取山西省选育的10个大豆品种,对其子叶节再生体系和胚尖再生体系中不定芽诱导率、伸长率、生根率及再生苗成活率进行了研究。结果表明,在子叶节再生体系中,晋豆37号与中黄13号的各个参数值较其他品种高,且差异显著;而在胚尖再生体系中,晋豆36号各参数值均较高。同一大豆品种在不同的再生体系中表现也不同。邯豆5号、晋豆19号、晋豆36号在子叶节再生体系中的4个指标值均明显低于在胚尖再生体系中,而中黄13号与晋豆37号在子叶节再生体系中的各项数值均比在胚尖再生体系中高。初步认为,品种与大豆的再生能力有关,其中,邯豆5号、晋豆19号、晋豆36号较适合胚尖再生体系的研究,中黄13号与晋豆37号较适合子叶节再生体系的研究。这些结果可为进一步进行大豆遗传转化提供较好的受体材料作参考。

外源硅对逆境胁迫下大豆抗逆相关转录因子表达的影响

为探究外源硅对逆境胁迫下大豆转录因子的表达模式,分析大豆晋豆37号幼苗在盐、干旱胁迫和外源硅作用下NAC家族GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及WRKY家族GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54转录因子的表达情况。结果表明:在盐、干旱逆境胁迫下,大豆植株生长受抑制,与对照相比,逆境胁迫下的植株鲜重、干重、株高、叶片数、叶片相对含水量均不同程度下降,而加入外源硅后这些指标较单独胁迫明显升高。NAC家族和WRKY家族的8个转录因子在大豆叶、茎和根系均有表达,在盐、干旱胁迫下,GmNAC2、GmNAC3、GmNAC4、GmNAC5以及GmWRKY1、GmWRKY25、GmWRKY38、GmWRKY54的表达量明显低于对照,而在胁迫下加入外源硅后其表达量明显比单独胁迫高,且随逆境胁迫时间延长,转录因子的表达量变化趋势基本一致,不同处理时间单独施加硅处理和对照无显著差异。说明外源硅能够在盐、干旱逆境胁迫下影响大豆相关转录因子的表达。

玉米光敏色素A1基因(ZmPHYA1)在棉花中的转化及分子鉴定

为评价玉米ZmPHYA1基因在棉花种质资源改良中的价值,本研究利用农杆菌介导法在陆地棉(Gossypium hirsutum)R15材料中进行了玉米ZmPHYA1基因的遗传转化。经过愈伤组织诱导、抗性愈伤筛选、体细胞分化诱导后获得棉花转基因再生植株。通过田间草铵膦除草剂筛选鉴定抗性植株,并利用PCR扩增其草铵膦抗性基因和目的基因ZmPHYA1进行分子鉴定,发现阳性植株对草铵膦除草剂具较好抗性,并可扩增到256 bp的草铵膦抗性基因和217 bp ZmPHYA1基因的特异条带。进一步通过免疫印迹检测表明,3个不同转基因株系中外源ZmPHYA1基因可正常表达约170 kD大小的蛋白,且在不同组织中该外源蛋白均可正常表达。此外,对转基因植株的不同农艺性状分析表明,转基因株系株高明显低于受体对照,而铃重和纤维长度等性状无明显差异。本研究成功获得具有草铵膦抗性和外源ZmPHYA1基因的棉花新种质材料,为进一步利用光敏色素基因创新种质资源提供了材料来源。

植物光呼吸途径及其支路研究进展

[目的]光呼吸是植物重要的代谢途径之一,该过程要消耗大量能量从而降低光合效率,这种效果在C3植物中比C4植物中更明显。抑制光呼吸成为C3植物高光合效率的研究方向之一,为了解光呼吸研究现状。[方法]采用文献综述法对国内外光呼吸研究最新报道进行跟踪。[结果]对光呼吸途径的代谢机制、光呼吸重要生理功能及光呼吸支路最新研究进展做了综述。[结论]一种光呼吸支路的建立对C3植物光合效率提高及产量提高起到较好效果。

转乙醇酸脱氢酶(GDH)基因棉花的获得及表型鉴定

[目的]减少植物光呼吸的消耗能有效提高光合效率,有助于提高植物生物量。将细菌乙醇酸代谢途径导入植物建立光呼吸支路,可以把乙醇酸代谢产生的CO_2直接释放到叶绿体中,促进Rubisco羧化反应,从而提高光合效率。[方法]本研究运用农杆菌介导法,将乙醇酸脱氢酶基因GDH导入常规陆地棉受体材料R15建立光呼吸支路,通过体细胞愈伤诱导法在含抗生素的筛选培养基中获得再生植株。[结果]分子检测结果显示外源基因被成功导入棉花受体,并获得36株转基因材料。通过对转基因植株及对照的光合参数测定及田间表型观察,发现转基因植株比对照净光合速率提高26.99%～37.29%,株高增加10.07%～16.18%,叶片鲜重增加21.59%～44.25%,干重增加11.06%～17.79%,表明GDH降低了棉花光呼吸消耗,增加了植株生物量。[结论]本研究为筛选高光合效率及高产棉花种质资源提供了新的思路。

棉花突变体种质资源创制概述

棉花是极其重要的纤维作物,各种种质资源对满足棉花育种和棉花基因组功能研究具有重要价值。叙述了植物种质资源的重要性及突变体创制的广泛性,并对棉花突变体的获得途径及国内报道的棉花突变体进行了概述。认为构建具有自主知识产权的陆地棉突变体库是我国棉花功能基因组研究的迫切需要。