BAK1调控植物免疫信号识别和转导的分子机制

植物通过类受体激酶感知环境变化,产生相应的信号来调控机体生长发育。BAK1(BRI1-associated kinase 1)是其中研究最深入的类受体激酶之一。它调控多种生理过程的信号转导,如植物生长发育、细胞死亡和植物免疫等。本文综述了BAK1作为模式识别受体的共受体以及信号转导的调控子,调控免疫信号识别和转导的机理。以期为深入研究BAK1基因家族在植物抗病反应中的作用,阐明植物免疫信号转导途径提供信息。

水稻类受体激酶基因OsBAK1L调控细胞坏死机制

拟南芥类受体激酶BAK1(BRI1-associated kinase 1)在调控生长发育和免疫信号中有十分重要的作用。本研究选择水稻中BAK1的同源基因LOC_Os03g49620.4,将它暂命名为OsBAK1L并探索其结构和功能。结果表明,OsBAK1L定位于细胞膜,是SERKL(Somatic embryogenesis receptor kinase like)家族成员。OsBAK1L-RNAi转基因水稻中OsBAK1L下调表达。接种细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)菌株Rs105后,转基因苗与受体9804-Rxo1都表现过敏性反应(hypersensibility response,HR),但转基因苗HR推迟。此外,HR相关基因OsMPK13(Mitogen activated protein kinase 13)表达模式与HR变化趋势一致,在转基因苗中皆出现推迟现象。上述结果表明:OsBAK1L可能通过调节OsMPK13表达而推迟9804-Rxo1对细菌性条斑病菌的HR反应。

26个水稻新品种(系)对白叶枯病抗性的鉴定和评价

采用菲律宾10个代表菌株和我国V型菌代表菌株在植株的分蘖初期和孕穗期人工接种,鉴定和评价近年选育的26个"绿色超级稻"品种(系)对白叶枯病的抗性。结果表明多数品种在分蘖初期和孕穗期对病菌的抗感水平相同,少数品种在孕穗期接种部分菌株后的病斑长度小于分蘖期。此外,新黄占、华201S-1和XF10450在分蘖初期和孕穗期接种10个菌株后的病斑长度均小于5 cm,具有高度的广谱抗性;其他品种对不同菌株的抗性水平不同,黄华占、旱优113、新两优3411和天优145对4～6个菌株表现抗病,旱优75、旱优715和009067对测试的10～11个菌株高度感病;其他品系对所有菌株表现中度感病或感病。

二系杂交小麦混播制种产量与产量构成因素的相关性分析

为研究混播制种模式下二系杂交小麦不同组合制种产量变异和产量构成因素的关系,以期为高制种产量杂交小麦组合的筛选提供科学依据。研究在混播制种模式下,以不育系S1和7个恢复系R1~R7为试验材料,调查穗数、穗粒数和千粒质量等产量构成因素以及抽穗期、花期和株高相关农艺性状,通过相关分析研究不同杂交小麦组合制种产量与产量构成因素的关系,并进一步分析穗粒数与亲本农艺性状的关系。结果表明,穗粒数与组合亲本的抽穗期差和花期相遇期显著相关;组合亲本的抽穗期差和花期相遇期与组合穗粒数均呈显著相关,是穗粒数变异的主要因素,而穗粒数变异是这7个杂交小麦组合制种产量变异的主要因素。

沼液施用对花生小麦轮作土壤养分和重金属含量的影响

为研究沼液施用对花生远杂6号和小麦中洛08-2轮作作物产量及土壤养分和重金属含量的影响,试验共设置6个沼液处理(22.5(B1)、45.0(B2)、67.5(B3)、90.0(B4)、112.5(B5)t/hm2和不施沼液(B6,对照)),研究不同处理对作物产量、籽粒中重金属含量、土壤养分及其中重金属含量的影响。结果表明,施沼液处理的花生产量比对照均增产,增幅为3.15%~11.27%,施沼液处理的小麦产量比对照均增产,增幅为2.68%~11.53%,其中,B4、B5处理的花生和小麦产量与对照相比均差异极显著;与对照相比,施沼液处理增加了土壤养分含量,土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量的变幅分别为43.27~55.57 g/kg、0.19%~0.32%、73.60~107.63 mg/kg和200.67~321.33 mg/kg。花生籽仁中均未检测出Hg、Pb、Cr和As;小麦籽粒中均未检测出Hg和As,且Pb、Cd和Cr含量分别为0.023~0.029、0.025~0.042、0.025~0.047 mg/kg,均低于国家标准;不同沼液处理的土壤中Hg、Pb、Cd、Cr和As含量变幅分别为0.045~0.076、22.90~27.60、0.110~0.230、71.80~90.30、11.60~15.20 mg/kg,远低于国家标准。综上,B5(112.5 t/hm2)处理是花生和小麦高产的适宜施沼液量,施用沼液可提高土壤肥力,同时不会造成籽粒(仁)中重金属和土壤重金属含量超标。

二系杂交小麦亲本光周期、春化和矮秆等位基因的组成和分布

为了解二系杂交小麦亲本材料光周期、春化和矮秆基因的组成和分布。本研究以245份二系杂交小麦亲本为材料,采用KASP标记对其光周期、春化和矮秆基因型进行鉴定。结果表明:供试材料有3种光周期基因型,即PPd-A1b、PPd-D1b和PPd-B1b,其中PPd-A1b和PPd-D1b在恢复系与不育系中的频率均为100%,PPd-B1b在恢复系与不育系中的频率分别为87.98%和91.67%。供试材料的春化基因型是vrn-A1,在恢复系与不育系中的频率分别为98.71%和100%。恢复系主要含2种矮秆基因型,即Rht-B1a和RhtD1a,其频率分别为98.28%和94.42%,而不育系主要含Rht-B1a和Rht-D1b2种矮秆基因型,其频率分别为66.67%和100%。本研究为杂交小麦适应性遗传改良提供重要的参考;此外,利用标记鉴定并筛选含有优异等位基因遗传材料,有助于提高二系杂交小麦育种效率。

春化基因Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用研究

为研究春化基因 Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用,利用春化基因 Vrn-1的7个KASP功能标记,对130份二系杂交小麦亲本(34份不育系,96份恢复系)进行检测,分析 Vrn-1等位基因的组成和分布;并以播种至抽穗的日历日和生长度日为指标,研究春化基因 Vrn-1与二系杂交小麦亲本抽穗期的关系。结果表明,供试材料以冬性为主,包含39种春化基因型。其中,1号、3号、4号、5号、7号、9号、10号、13号、18号基因型在不育系和恢复系中都存在,分别占不育系和恢复系的76.48%和46.87%。本研究不育系和恢复系在年度间和基因型间播种至抽穗的生长度日比日历日更稳定。2018-2019和2019-2020两个年度制种亲本组合“3号×4号”的生长度日差值在河南邓州分别为-118.9和-122.0℃·d;亲本间差异达到极显著水平。具有3号和4号基因型的不育系和恢复系可作为抽穗期稳定的制种亲本组合材料。

基于KASP标记研究光周期基因Ppd-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用

为阐明光周期基因Ppd-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用,本研究利用光周期基因Ppd-1的6组KASP功能标记对453份二系杂交小麦亲本进行检测,明确Ppd-1等位基因的组成和分布;以播种到抽穗的时间和生长度日为指标,研究光周期基因Ppd-1与二系杂交小麦亲本抽穗期的关系。结果表明:供试材料以光周期敏感型为主,包含39种光周期基因单体型。其中Ⅱ-Ⅴ和ⅩⅠ型在不育系和恢复系都存在,占供试不育系和恢复系的75.53%和38.44%。供试材料在光周期基因单体型间播种到抽穗的时间和生长度日的差异不显著,而在播期间差异显著。年度间和单体型间生长度日比播种到抽穗的时间更稳定。制种亲本组合Ⅱ×Ⅱ在2018—2019年和2019—2020年2个年度生长度日稳定分别为32.94℃·d和32.79℃·d,达到极显著和显著水平。本研究为利用Ppd-1分子标记辅助筛选抽穗期稳定的制种亲本组合,结合播期协调其发育进程从而获得制种产量稳定的制种亲本组合奠定科学基础。

小麦光温敏雄性不育系穗发芽抗性鉴定及相关分子标记验证

为鉴定小麦光温敏雄性不育系穗发芽抗性,筛选有效鉴定穗发芽的分子标记,进一步挖掘抗穗发芽种质资源,测定了88份小麦不育系的整穗发芽率(SGR),利用Vp1B3、Xwmc468、TaSdr-B1、TaPHS1-646、TaPHS1-666和TaMFT-721J共计6个标记对供试材料进行了基因型检测。结果表明,88份小麦雄性不育系的SGR存在不同程度差异,SGR值变化范围为3.75%~93.23%,平均为45.49%,其中有10个品系的SGR值小于10%。基因型与SGR的相关性分析表明,Vp1B3和Xwmc468的D片段类型与SGR显著相关(P<0.05);TaSdr-B1和TaMFT-721J与SGR相关性不显著;TaPHS1-646与SGR显著相关(P<0.05);TaPHS1-666的NW97S186单倍型与SGR显著相关(P<0.01)。说明Vp1B3、Xwmc468和TaPHS1-646可作为小麦光温敏雄性不育系穗发芽抗性鉴定的分子标记;TaPHS1-666可作为小麦光温敏雄性不育系穗发芽抗性分子鉴定的参考标记。综合SGR和分子标记检测结果,筛选出6份具有较低SGR值的不育系种质资源,分别为BS212、BS143、BS206、BS129、BS117和BS237。

中国小麦贵州98-18中抗叶锈基因的分子定位

小麦(Triticum aestivum)品系贵州98-18对中国目前大多数叶锈菌(Puccinia triticina)生理小种表现抗性。基因推导表明,贵州98-18可能携带新的抗叶锈基因。为了有效利用这一抗源,将贵州98-18和感病小麦品种郑州5389杂交,获得F1、F2代群体,用我国叶锈菌优势小种THTT对双亲及其杂交后代进行接种鉴定。结果表明,贵州98-18对THTT的抗性由1对显性基因控制,暂命名为LrG98。采用SSR技术对贵州98-18携带的抗病基因进行分子标记,共筛选了1 274对SSR或STS引物,位于1BL染色体上的4对引物可在抗/感池和双亲中扩增出多态性DNA片段。遗传连锁分析结果表明,该抗病基因位于小麦1BL染色体上,与Xbarc582-1B和Lr26的STS标记ω-secali(Glu-B3)的遗传距离最近,均为3.8 cM。该基因与目前所有已知的抗叶锈基因不同,可能是1个新的抗病基因。

小麦PHD基因家族鉴定及干旱胁迫应答分析

PHD (Plant homeodomain)基因家族是一类编码锌指类转录因子的家族,在调节植物的生长发育过程中起着重要作用。然而,目前对于PHD基因家族如何参与杂交种小麦的干旱胁迫响应的报道较少。本研究利用小麦最新基因组数据鉴定出165个PHD家族基因,这些PHD基因分布在21条染色体上,且在这些基因中存在7对片段重复。外显子/内含子结构和蛋白基序分析发现每个分支中的基因均具有相似的结构。Gene ontology (GO)分析表明,大部分PHD蛋白主要在细胞核内发挥作用,参与多种结合过程、表观遗传、植物生长发育及逆境胁迫响应等生物学过程。通过抗旱转录组及组织表达数据,共筛选出7个PHD基因与干旱胁迫耐受相关。进一步使用干旱处理前后的小麦杂交种‘JM6’及其父母本为材料,对筛选出的7个PHD基因进行实时荧光定量PCR验证,发现TaPHD-D18、TaPHD-D23、TaPHD-A44和TaPHD-B57基因可能参与了杂交种‘JM6’的抗旱过程。综上所述,本研究从小麦PHD家族中筛选出4个参与杂交种小麦‘JM6’抗旱候选基因,为进一步深入研究小麦PHD家族基因在杂交种小麦中的抗旱性提供重要的线索。

二系杂交小麦混播制种技术研究与利用

二系杂交小麦技术体系是我国原创的利用不育系实现杂交小麦产业化应用的重要成果,其高效制种技术是杂交小麦产业化发展的核心关键技术,选育高配合力和异交性状优良的不育系与恢复系能够有效提高制种异交结实率和产量.本研究通过2016~2020年间二系杂交小麦相关制种试验,对制种过程中的影响因素和效果进行研究,发现恢复系花粉传播距离、花药大小、花药外露率、花粉量和不育系的开颖角度、柱头外露率等异交生物学性状与异交结实性能有显著相关性;父本花期比母本晚2~3 d能够实现时空协同和生理协同的有效配制.按照父本比例5%对父母本进行混播制种比行比制种产量显著提高28.2%.2019~2021年度,在南阳地区进行规模化混播制种生产效果突出,BS1453/JS1规模化制种产量达到5273.4 kg/hm^(2),为二系杂交小麦推广应用和产业化提供了理论与技术支撑.