玉米ZmGRAS13基因的克隆及功能研究

GRAS家族是植物特有的一类转录因子,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。探究玉米(Zea mays L.)GRAS家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmGRAS13基因(Zm00001eb401210),利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR(qPCR)等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及逆境胁迫下表达模式等进行分析。生物信息学分析结果显示,该基因编码序列全长为1638 bp,编码545个氨基酸;ZmGRAS13蛋白不具有跨膜结构,分子量为60.79 kD,理论等电点为5.86,具有GRAS家族所特有的保守结构域。对基因启动子上游2 kb序列进行分析,发现该序列含有与逆境胁迫、激素响应及光响应等相关的顺式作用元件。qPCR分析表明,ZmGRAS13基因在玉米不同组织中均有表达,且茎中的表达量最高;同时该基因在不同非生物胁迫处理条件下均有不同程度的诱导表达。玉米原生质体瞬时表达实验表明,ZmGRAS13蛋白定位于细胞核。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)的1/2 MS固体培养基上,转ZmGRAS13基因拟南芥株系的根长均显著长于野生型拟南芥;在土壤中,高盐和干旱处理下转基因拟南芥株系较野生型拟南芥生长状态更好,且绿叶率高于野生型。转ZmGRAS13基因拟南芥与野生型相比,抗逆生理指标MDA含量降低、叶绿素含量增加、POD和CAT活性增强,且差异均显著。由此推测,ZmGRAS13基因可能参与玉米生长发育调控和对逆境胁迫应答及激素信号转导途径。本研究为进一步解析ZmGRAS13在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

玉米转脂蛋白基因ZmLTP3启动子互作蛋白的筛选与鉴定

转脂蛋白(Lipid transfer protein,LTP)广泛参与植物的各种生长发育进程及逆境响应,但对其表达调控规律的研究则鲜有报道。首先鉴定了ZmLTP3基因上游启动子的核心序列,进而构建了玉米(Zea mays L.)自交系B73的cDNA表达文库,克隆了ZmLTP3基因上游启动子区域,利用酵母单杂交技术筛选,筛选ZmLTP3基因启动子序列互作蛋白。通过测序和生物信息学分析,共筛选到13个互作蛋白cDNA。其中ZmLSD1具有典型的转录因子特征,属于C4类型锌指蛋白家族成员。EMSA检测结果表明,只有ZmLSD1蛋白可以与来自ZmLTP3基因启动子的DNA探针序列结合。上述结果表明ZmLSD1能与ZmLTP3基因启动子结合,并调控其表达的转录因子。

玉米ZCN7在调控花期抗旱性中的作用

【目的】我国玉米主产区多分布在干旱和半干旱的雨养农业地区,干旱造成的玉米减产严重威胁国家粮食安全。作为异花授粉作物,开花期是玉米对干旱最为敏感的时期,干旱引起的散粉吐丝花期不遇将导致严重的产量损失。因此,挖掘花期抗旱基因,并研究其功能,将为玉米抗旱种质改良和品种培育提供理论支撑和基因资源。【方法】采取生物信息学方法,对玉米基因组中24个ZCN基因(拟南芥FT的同源基因)的同源关系进行分析。利用qRT-PCR和活体GFP荧光成像试验分析ZCN7的组织表达模式。选取118份玉米多样性自交系,在北京(2021和2022年)和新疆乌鲁木齐(2022年)3个环境下开展不同水分处理的玉米开花期性状调查,采用PCR扩增和Sanger测序方法对ZCN7及上下游区域的遗传变异进行检测,利用混合线性模型开展散粉-吐丝间隔的候选基因关联分析获得显著关联的遗传位点,同时,取花期叶片组织进行ZCN7表达量检测,分析显著位点不同单倍型自交系中散粉-吐丝间隔及ZCN7表达量的差别。构建Ubi1:ZCN7的过表达转基因玉米植株,在大田环境开展不同水分处理下的开花期鉴定和产量及相关性状的鉴定,分析ZCN7的花期抗旱功能。【结果】玉米24个ZCN基因被分为15个FT类基因、6个TFL1类基因和3个MFT类基因,编码的蛋白长度为111—193个氨基酸,其中,ZCN7与ZCN8的亲缘关系最近,二者蛋白序列的相似性为83.33%。组织表达分析结果表明,ZCN7在V12期表现出表达峰值,并且ZCN7的启动子在成熟的拟南芥叶片边缘高表达。候选基因关联分析发现位于ZCN7起始密码子前1001 bp的一个SNP位点具有最显著的关联信号,该位点AA和GG单倍型分别包含78和27个自交系,干旱条件下,A/A单倍型自交系的散粉-吐丝间隔显著小于G/G单倍型,并且A/A单倍型的玉米ZCN7表达量显著高于G/G单倍型。对ZCN7过表达转基因玉米的田间表型鉴定,表明干旱和正常水分条件下转基因玉米的散粉-吐丝间隔均小于野生型,其中,干旱条件下,OE1散粉-吐丝间隔较野生型缩小2.3 d,OE2较野生型缩小2.6 d;并且,在干旱条件下,转基因玉米的单株产量和单株籽粒数均显著高于野生型,而百粒重、粒长、粒宽等性状没有显著差异。【结论】玉米ZCN7正调控玉米的抗旱性,其过表达能够缩短干旱下的散粉-吐丝间隔,并增加籽粒产量。

玉米的热害及热响应研究进展

全球气候变暖环境下,高温热害频发,导致作物产量和品质下降。玉米是我国三大粮食作物之一,但是目前对玉米的热胁迫致灾机制研究较少,减灾预防措施方面的研究也缺乏系统性。本文首先介绍了玉米热胁迫的界定依据,即环境温度比通常情况下高10~15℃时,对玉米来说就可造成热害或热胁迫。其次分析了热胁迫对玉米生长发育及生理生化进程的影响。热胁迫会导致玉米幼苗失水增加、根生长受损,分蘖期遭受热胁迫会导致叶片萎蔫、卷曲和变黄,生殖期遭受热胁迫会破坏授粉过程,造成籽粒败育;同时热胁迫也会导致玉米关键生育期内光合、呼吸反应紊乱,活性氧积累,激素稳态失衡等现象的发生。然后阐述了玉米对热胁迫信号的响应机制,即首先通过细胞表面受体感受胞间信号,再经双信使系统将胁迫信号级联传递,最终引起未折叠蛋白及热休克等反应相关基因的表达。接着总结了生产中降低玉米热害损失的手段,包括选用耐热品种、改善田间管理和喷施外源生长调节剂等。最后对今后玉米耐热性研究进行了展望,建议从培育优良的耐热性玉米品种、深入玉米热害生理生化机制的研究与研发玉米热害预警系统3个方面入手,为玉米高温热害防御和农业减灾增效提供科学支持。

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB211基因拟南芥株系的根长显著长于野生型。在干旱和高盐处理下,盆栽转基因拟南芥株系较野生型株系表现出更强的耐受性,且苗期的绿叶数显著多于野生型,过氧化物酶(POD)活性和叶绿素含量均显著高于野生型。研究表明ZmEREB211可能参与调控玉米根系生长发育,对高盐、干旱、渗透等逆境胁迫及JA激素处理均能起到正向的调控作用。本研究为进一步解析ZmEREB211在玉米中的生物学功能提供了重要的参考依据。

玉米苗期淹水性状全基因组关联分析

以329份来源广泛的玉米自交系为材料,在苗期进行淹水处理,测定耐淹水相关指标,利用Farm CPU模型通过全基因组关联分析方法挖掘玉米苗期耐淹水性状的关联位点。结果表明:玉米苗期淹水处理组与对照有较大差异,各个性状的变异系数普遍偏高,且具有不同的相关性。共检测到49个显著关联位点,其中与SPAD值和株高相关的显著位点较多。依据这些显著位点共预测到18个基因,其中与SPAD值有关的基因有7个。本研究可为解析玉米苗期耐淹水分子机制和培育耐淹水玉米新品种提供理论依据与耐淹水新种质。

贵州省地理标志果品品牌营销竞争力评价及建议

果品是地理标志农产品的重要组成,对地理标志果品品牌营销竞争力进行分析评价有助于果业的健康发展。在分析贵州省水果产业及地理标志果品发展现状的基础上,构建了地理标志果品品牌营销竞争力的评价指标,对通过问卷调研获取的数据进行了描述性统计分析、相关分析和回归分析。结果表明,地理标志能够提升果品的品牌营销竞争力,品牌情感力、传播力、显示力、产品力、文化力对消费者购买意愿的影响依次递减。

玉米甘油-3-磷酸酰基转移酶基因ZmGPAT13生物信息学及表达特性分析

【目的】对玉米(Zea mays L.)甘油-3-磷酸酰基转移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAT)家族成员ZmGPAT13进行生物信息学分析和在不同非生物胁迫处理下的基因表达模式变化检测,为进一步研究ZmGPAT13的生物学功能奠定理论基础。【方法】通过TAIR和MaizeGDB数据库获得拟南芥(Arabidopsis thaliana)和玉米中GPAT家族蛋白序列,利用生物信息学方法进行理化性质、蛋白结构、亚细胞定位、保守基序、系统进化、磷酸化位点和启动子顺式作用元件等分析,并采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对ZmGPAT13在不同组织部位及甘露醇(Mannitol)、NaCl、脱落酸(ABA)、高温(42℃)、低温(4℃)处理下的相对基因表达量进行分析。【结果】ZmGPAT13是一个定位于线粒体的跨膜蛋白,与部分GPAT家族成员含有排序相同的15个保守基序(motif),且与拟南芥中AtGPAT1的亲缘关系最近;预测分析发现ZmGPAT13含有62个磷酸化位点,可能与玉米中多个GPATs存在相互作用关系;ZmGPAT13基因启动子富含多种与低温和ABA响应等相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR技术对ZmGPAT13组织表达模式分析发现ZmGPAT13的相对基因表达量在胚芽鞘(Coleoptile)中最高,根(Root)中次之,叶片(Leaf)中最低;甘露醇(Mannitol)、NaCl、脱落酸(ABA)及高温(42℃)和低温(4℃)处理均能诱导ZmGPAT13的基因表达显著上调。【结论】玉米中ZmGPAT13具有高度的进化保守性,可能通过转录水平的变化参与调控玉米对干旱、盐、高温和低温等非生物胁迫的响应过程。

表高油菜素内酯浸种对玉米幼苗某些生理特性的影响

用表高油菜素内酯浸种的结果表明 :玉米品种铁单10号幼苗的根系活力、根干重、叶面积、地上部干重、充实度、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性。

玉米非生物逆境响应基因ZmASK1的克隆及表达特性分析

类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因在植物发育和逆境应答中起着十分重要的作用。通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个与Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因同源的全长cDNA,命名为ZmASK1(abiotic stress-induced kinase)(GenBank accessionNo.,AY722707)。推测ZmASK1蛋白含有426个氨基酸,分子量为48.5kD,等电点为8.7。半定量RT-PCR分析表明,ZmASK1可以被甘露醇、高盐和脱落酸(ABA)诱导。另外,在不同的组织中,ZmASK1的表达模式也不一样,在子房中的表达量最高。这些结果表明,ZmASK1可能在植物逆境反应及生殖生育过程中起多重作用。本文是玉米类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因参与胁迫和发育过程的首次报道。

近15年国家自然科学基金稻、麦类作物遗传育种领域项目申请情况分析

国家自然科学基金是国家支持基础研究的主要渠道之一。本文以15年(1998—2012年)来国家自然科学基金中稻、麦类作物遗传育种面上类项目申请数据为依据,对稻、麦类作物遗传育种学研究的现状与趋势从研究领域和研究层次2个维度进行了深入分析。分析数据显示,15年来稻、麦类各类型项目申请量呈上升趋势,其中稻类项目的申请总量高于麦类项目。从研究领域来看,稻类研究项目申请量最多的是发育生物学,占稻类申请量的37.4%;其次是抗性,占27.6%。麦类作物研究主要集中在抗性研究领域上,占麦类申请量的38.1%;其次是发育及品质,分别占23.7%和21.5%。从研究层次来看,随着水稻基因组测序的完成,稻类研究领先于小麦研究。稻类研究项目申请量最多的基因克隆与功能分析,占稻类申请量的41.6%;其次是分子标记与基因定位,占28.8%。麦类研究申请量最多的是分子标记与基因定位,占麦类申请量的36.5%;其次是基因克隆与功能分析,占28.2%。综合国内外研究现状,建议今后在继续加强对围绕高产、优质、高效、抗逆等研究持续资助的基础上,积极支持将基因组学、生物技术和生物信息学与传统作物学相结合的基础研究。

表高油菜素内酯及其复合剂浸种对玉米幼苗某些生理特性的影响

用表高油菜素内酯及其复合剂浸种的结果表明 :玉米品种铁单 10号幼苗的超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)活性及脯氨酸 (Pro)含量都提高 ;丙二醛 (MDA)及电解质外渗率都降低 ;光合速率也明显提高。

拟南芥基因组DNA微量提取方法的改良

为了简化DNA提取方法的步骤,减少(或避免)有机溶剂的使用,对以前的提取方法进行了改进,报道了一种专供PCR分析的快速微量提取拟南芥基因组DNA的方法。该方法在常温下仅需10 mg左右的拟南芥叶片,以Tris-HCl为提取溶剂,简单研磨后以牛血清蛋白溶液回溶,离心后的上清液即可直接用于PCR检测。该方法大大简化了传统提取方法的步骤,缩短了提取时间,而且完全避免了对一些有机溶剂的使用,克服了传统方法中由于酚的残留带来的后续PCR等操作上的困难,完全可以满足以PCR扩增为基础的试验需要。

一种简单快速的拟南芥基因组DNA的微量提取方法

报道了一种专供PCR分析的快速微量提取拟南芥基因组DNA的方法。该法大大简化了传统提取方法的步骤,而且用氯仿-异戊醇代替传统的酚,克服了由于酚的残留带来的后续PCR等操作上的困难。用该法提取的DNA样品质量较高,特别适合一些突变体及转基因植株的PCR初步鉴定。

玉米ZmPti1在转基因拟南芥中的亚细胞定位

Pti基因不但在植物的抗病信号传导中起着非常重要的作用,而且玉米中一个类Pti1基因——ZmPti1还参与了植物抗盐的信号传递。为研究ZmPti1在植物体内亚细胞水平上的分布情况,进而对ZmPti1基因功能提供更全面的信息,利用绿色荧光蛋白基因(GFP)为报告基因,分别构建了以35S为启动子表达ZmPti1-GFP融合蛋白和GFP游离蛋白的植物表达载体pGreen0029-35S∷ZmPti1-GFP和pGreen0029-35S∷GFP。构建好的植物表达载体首先转化感受态的农杆菌菌株GV3101,再通过花浸蘸法侵染拟南芥,结果得到62株转基因拟南芥株系。在共聚焦激光扫描显微镜下观察ZmPti1在转基因拟南芥细胞中的定位。结果表明:ZmPti1是一个可溶性蛋白,定位在细胞质内。

玉米ZmPti1基因表达载体的构建及遗传转化

Pti1基因在植物的抗病信号传导中起着非常重要的作用。为了研究玉米中一个类Pti1基因ZmPti1的功能,把ZmPti1的cDNA连接到植物表达载体pGreen0029中,通过农杆菌介导转入拟南芥中进行过量表达。PCR及Western-blot分析表明,ZmPti1已经转入到拟南芥中,并且在大多数转化植株中稳定表达。通过试验,为以后对ZmPti1的生物学功能验证打下基础。

表高油菜素内酯对玉米幼苗根系内源激素的影响

用表高油菜素内酯浸种试验结果表明,玉米品种铁单10幼苗的根长、根数、根干重增加;与对照相比,根系内的IAA、GA1,3含量升高,ZRs含量则降低,同时IAA/ZRs比值增加。

魔芋愈伤组织诱导过程中活性氧的动态变化

分别用MS、MS +0 .1mg/L 6 BA +0 .5mg/LNAA和MS +0 .5mg/L 6 BA +0 .5mg/L 2 ,4 D等3种培养基培养来自魔芋球茎的外植体,研究了一些与活性氧代谢有关的指标对诱导愈伤组织形成的影响。结果表明:培养期间高的SOD和CAT活性、能有效降低低的O2-·含量,减少外植体的细胞受伤害程度,有利于愈伤组织的诱导,推测H2 O2 可能参与了愈伤组织形成过程中的信号传导。

S3307浸种对玉米幼苗根系生长及根系内源激素水平的影响

用S330 7浸种的结果表明 :玉米品种铁单 1 0号幼苗的根长、根数、根干重、根冠比都提高 ;与对照相比根系内的IAA、ZRs、GA1 ,3含量都降低 ,但IAA/ZRs值上升。

魔芋愈伤组织诱导、分化及植株再生的初步研究

采用白魔芋(Amorphophallusalbus)块茎为外植体,以MS培养基为基本培养基,在不同生长调节剂组合的诱导培养基和分化培养基上进行培养。试验结果显示,在MS+0.5mg·L-16 BA+0.5mg·L-1NAA、MS+0.5mg·L-16 BA+0.5mg·L-12,4 D及MS+1.0mg·L-16-BA+1.0mg·L-12,4 D的培养基上容易诱导愈伤组织(诱导效率分别为92%、96%和93%),且愈伤组织容易分化;在分化培养基MS+1.0mg·L-16 BA+0.1mg·L-1NAA及MS+1.0mg·L-16 BA+0.5mg·L-1NAA上,愈伤组织容易分化(分化效率分别为86%和52%)。将在MS+1.0mg·L-16 BA+0.1mg·L-1NAA培养基上分化出的不定根和不定芽转至MS培养基上,30d后培养出完整植株。