面包小麦(Triticum aestivumL)的蜡质胚乳突变体及其淀粉特性

利用甲基磺酸乙酯（EMS）对CV．Kanto107种子进行处理，已育成两个面包蜡质小麦品系K107W(x1)和K(107)W(x2)。约2000粒栽培品种种子浸在溶有0．5％EMS的7％酒精溶液中4h后播在温室里。从1872株M1代植株中收获10634粒M2代种子。用碘-碘化钾（I2-KI）溶液4000粒M2代种子的胚乳末端横截面进行染色，其中两粒种子里棕红色。因为这两粒种子的剩余部分繁衍出的M3代及M4代种子仍表现出蜡质胚乳的独特特性，可以认为蜡质胚乳这一特性在被命名为K(107)W(x1)和K(107)W(x2)这两个突变系中稳定遗传。两个突变系胚乳淀粉中直链淀粉含量是0．9％，且这两个品系的淀粉中未发现蜡质蛋白。大田栽培条件下，除突变系的抽穗期与K(107)W(x2)的千粒重外，K(107)W(x1)、K(107)W(x2)和cv．Kahto107的农艺性状极为相似。这些结果表明：当一个面包小麦品种的胚乳淀粉中只有单一的蜡质蛋白时，这种种子的诱变处理方法对于诱导蜡质（即解除直链淀粉）突变体是有效的。

水稻无蜡质叶片突变体wcl1的图位克隆

从水稻T-DNA插入突变体库中筛选获得1份叶片表皮无蜡质的突变体wcl1(Wax Crystal-Sparse Leaf 1),突变体wcl1有如下主要特征:一是突变体叶片角质层蜡质减少,二是突变体的干旱敏感性高于野生型。通过图位克隆技术,克隆了wcl1基因,其编码酮酯酰辅酶A(LOC_OS09g25850),在突变体中LOC_OS09g25850基因的第10个外显子处鸟嘌呤(G)突变为胸腺嘧啶(T)导致转录提前终止,经分析表明突变体wcl1是一个wsl2基因的等位突变体。

无蜡质芥蓝突变型叶表面蜡质超微结构观察

以亮叶无蜡质紫色芥蓝突变型紫.中花芥蓝和多蜡质紫色芥蓝野生型为试材,对芥蓝叶片发育过程中最外层的表面蜡质进行系统地观察,并对无蜡质突变型紫.中花芥蓝、多蜡质野生型芥蓝和普通绿色芥蓝(CK)的干物质量、VC、可溶性糖、粗纤维、蛋白质、花青苷等主要营养成分含量进行测定分析。结果表明:在叶片发育过程中,多蜡质野生型芥蓝的叶面蜡质明显多于无蜡质突变型紫.中花芥蓝;野生型芥蓝和紫.中花芥蓝叶片背面的蜡质均明显多于叶片腹面;野生型芥蓝叶片背面的蜡质退化速度明显慢于叶片腹面。无蜡质突变型紫.中花芥蓝的VC含量高于野生型芥蓝,而粗纤维(DW)含量低于野生型芥蓝,说明紫.中花芥蓝有利于改良现有芥蓝的营养品质,有望育成高VC含量、高花青苷含量、以生食为主的芥蓝品种。芥蓝叶片的无蜡质性状对多蜡质表现为隐性遗传,紫色对绿色表现为显性遗传。

低温胁迫下拟南芥表皮蜡质的响应机制

【目的】低温是影响作物产量和品质的主要环境因素之一,而表皮蜡质是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障。研究低温胁迫对拟南芥表皮蜡质组分含量、结构及相关蜡质基因表达的影响,有助于进一步理解植物表皮蜡质与低温互作机制,从而对后续作物的抗性机制研究起指导作用。【方法】以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer3、cer4、cer6、cer10、cer20及kcs1为试验材料,待植株生长至5—6周时进行4℃胁迫处理10 d和18 d。利用扫描电子显微镜观察表皮蜡质晶体结构变化;利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析蜡质组成及含量变化;利用qRT-PCR技术检测蜡质基因CER1、CER3、CER4、KCS1、WIN1的表达。【结果】低温胁迫后,拟南芥蜡质晶体结构在分布密度、形状与大小方面发生了不同程度的变化。野生型拟南芥蜡质晶体熔融成片,大面积覆盖茎秆表面,这可能一定程度上起到了低温阻隔作用,并减少水分散失。cer1突变体表现出松针状晶体显著减少,并以小型树枝状结构为主;cer3与cer10杆状晶体显著减少;而cer6与cer20蜡质晶体在低温胁迫后有所增加;kcs1蜡质晶体在低温胁迫后垂直杆状结构显著减少,水平杆状结构出现,并伴有蜡质晶体熔融现象。低温胁迫对一级醇减少突变体cer4结构无显著影响。GC-MS分析结果表明,拟南芥野生型与各突变体在低温胁迫下表皮蜡质组分含量也发生了不同程度的变化。野生型中醛类与酮类含量显著减少、一级醇类含量显著增加。各突变体则表现出相反的变化,蜡质组分中醛类、酮类含量增加或无显著变化、一级醇含量减少或无显著变化;受低温胁迫较重的cer3﹑cer10表皮蜡质中一级醇含量显著下降。拟南芥表皮蜡质在低温胁迫下显著积累(cer3无显著变化、cer10蜡质总量减少),且主要通过增加烷类与次级醇含量来增加蜡质总量。低温胁迫诱导了野生型CER1基因的强势表达,植株通过上调CER1的表达促进烷类物质的合成以响应低温胁迫;CER4的表达上调促进了一级醇的合成。KCS1、CER3与WIN1在低温胁迫下表达下调,暗示了植株蜡质总量的增加主要是通过蜡质合成的下游途径如烷合成途径增加。【结论】低温胁迫可以改变表皮蜡质晶体结构及组分含量,蜡质组分中烷类与次级醇类含量的上升是响应低温胁迫的主要方式,蜡质总量的增加主要来自于烷类的增加。CER1是响应低温胁迫的主要蜡质基因。

UV-B辐射增强对拟南芥表皮蜡质的影响

以野生型拟南芥、蜡质不同程度缺失突变体CER1、CER3、CER4、CER6、CER10、CER20及KCS1为试验材料,通过施加50μW/cm2、长达10 d的UV-B辐射,研究了拟南芥表皮蜡质晶体结构、组分及蜡质基因对UV-B辐射的响应机制。结果表明:UVB辐射增强改变了拟南芥表皮蜡质晶体结构,表皮蜡质松针状(CER1)、柱状、杆状(CER3、CER10与KCS1)晶体结构显著减少,球状蜡质晶体类型出现在CER6表面,无规则片状、膜状结构覆盖在KCS1与CER10茎表面。野生型拟南芥蜡质晶体结构类型无明显变化,但在部分区域积累了大量水平杆状、管状结构,增加了蜡质层厚度。UV-B辐射增强也改变了拟南芥表皮蜡质组分的分泌量。野生型在UV-B处理后一级醇、酸、醛含量显著上升,烷、次级醇及酮含量显著下降,蜡质总量增加不显著。一级醇含量的增加及酮和次级醇含量的减少在拟南芥各材料响应UV-B辐射中具有普遍性。UV-B辐射增强诱导了野生型CER3、CER4、KCS1基因表达的上调,其中CER4大量表达,促进了蜡质组分中一级醇、酸和醛含量的积累;CER1在UV-B处理后表达量下调,可能导致烷合成下游分支途径相关产物(烷类、次级醇及酮类)的减少。WIN1表达量的下调对蜡质总量没有显著影响。UV-B辐射增强使蜡质前体从烷合成分支途径更多地转向一级醇分支途径。

核盘菌侵染对拟南芥表皮蜡质结构及化学组成的影响

以野生型拟南芥与蜡质突变体cer1、cer4为试验材料,通过研究核盘菌胁迫对拟南芥茎表皮蜡质结构及组分含量的影响,揭示核盘菌侵染与表皮蜡质的关系。扫描电镜结果显示,野生型拟南芥蜡质晶体以垂直于表面的杆状、块状结构为主;突变体cer1晶体类型以水平的松针状、块状结构为主;突变体cer4蜡质晶体以垂直片层结构为主。核盘菌胁迫下,拟南芥蜡质晶体结构及分布形态发生变化。蜡质层结构在核盘菌胁迫下表现为:杆状、松针状蜡质晶体减少—蜡质晶体熔融—表皮"囊状凸起"—表皮膜层破裂。这些结构变化有利于病菌突破角质层屏障而侵入到植株体内。色质谱分析结果显示:与野生型相比,cer1突变体烷、次级醇、酮类显著减少;cer4突变体表现为一级醇含量减少。接种核盘菌后,野生型拟南芥与蜡质突变体一级醇类显著增加(cer1增加不显著);烷类、次级醇类、酮类含量与蜡质总量均显著减少,表明蜡质前体物质在受到核盘菌胁迫后更多地通过酰基还原途径生成一级醇,从而减少了由脱羰基途径所生成的蜡质组分。核盘菌通过改变表皮蜡质晶体结构与化学组分分泌量来促进侵染。

基于转录组测序的小麦旗叶表皮蜡质差异表达基因分析

为探索小麦表皮蜡质合成机制及调控机制,研究以济麦22无蜡突变体和多蜡突变体抽穗期叶片为材料,采用转录组测序技术分析2种突变体中叶片基因表达情况,以筛选出差异表达基因,并对差异表达基因进行KEGG蜡质功能注释和通路富集分析。结果显示,在2种突变体叶片中共获得40.63 Gb高质量基因数据,各样品中有效数据均达到9.63 Gb,Q30碱基百分比在94.22%以上,比对效率达到91%以上。2种突变体叶片中共检测到6840个差异表达基因,包括3181个上调基因和3659个下调基因。KEGG蜡质功能注释发现,差异基因主要富集到角质、亚角质和生物蜡的合成过程、脂肪酸降解以及过氧化物酶体生理活动过程,其中,与蜡质功能相关差异显著表达基因26个,主要包括CER1、MAH1、FAR和WSD1,这些基因通过调控醛、烷烃、伯醇、仲醇、酮及蜡酯合成过程,进而影响小麦表皮蜡质的差异表现。