<i>Wrinkled</i>1 (WRI1) Homologs, AP2-Type Transcription Factors Involving Master Regulation of Seed Storage Oil Synthesis in Castor Bean (<i>Ricinus communis</i>L.)

Among APETALA2 (AP2)-type plant specific transcription factor family, WRINKLED1 (WRI1), has appeared to be a master gene transcriptionally regulating a set of carbon metabolism- and fatty acid synthesis (FAS)-related genes responsible for seed specific triacylglycerols (TAGs) storage in oil plants. B3 type transcription factors, such as ABI3 and FUS3, are known to be involved in seed development, such as seed storage protein synthesis and maturation. Based on the recent whole genome sequence data of castor bean (Ricinus communis L.), putative WRI1 homologs (RcWRI1, RcWRI2) specifically expressed in castor bean seed have been identified by comparing organ specific expression profiles among seed development-related transcription factors, seed storage specific genes (Ricin, RcOleosin) and a set of FAS genes including genes for sucrose synthase (RcSUS2), biotin carboxyl carrier protein (a subunit of acetyl-CoA carboxylase, RcBCCP2) and ketoacyl-acyl carrier protein synthase (RcKAS1). Immunoreactive signals with WRI1, FUS3 and ABI5-related polypeptides were also detected in seed specifically, consistent with the expression profiles of seed development-related genes. The WRI1 binding consensus sites, [CnTnG](n)(7)[CG], designated as the AW-box, were found at the promoter region of RcBCCP2 and RcKAS1. Thus, RcWRI1 possibly play a pivotal role in seed specific TAGs storage during seed development by directly activating FAS -related genes.

蓖麻基因组中一种Mutator-like类型MITEs元件的结构分析和鉴定

利用生物信息学方法,对蓖麻基因组Mutator-like类型MITEs元件进行了分析和鉴定。结果表明,蓖麻基因组上共鉴定出76个小于3 kb的Mutator-like类型MITEs元件,其中长度小于1 000 bp的元件有53个,占69.7%。这些MITEs元件中有42个位于基因间隔区,11个位于基因内含子区,位于5'UTR和3'UTR区的分别有8个和4个,另有1个位于基因编码区。29个MITEs元件带有转座酶以外的功能基因片段,成为pack-MITEs。多个pack-MITEs带有相同的非转座酶基因片段。Mutator-like类型的MITEs对蓖麻基因的表达和基因组的进化有潜在的影响,值得深入分析。

蓖麻数量性状遗传距离与杂种优势关系的研究

【目的】摸索蓖麻种质资源的分类方法,分析蓖麻数量性状影响产量的程度,探讨数量性状遗传距离与杂种优势的关系。【方法】对46份蓖麻种质资源的11个数量性状进行了主成分分析和聚类分析,采用作图法研究21份亲本间遗传距离与杂种优势指数的关系。【结果】5个最大特征根的累积百分率为89.74%。在影响蓖麻产量的性状中,首先应考虑的性状为主穗及一二级分枝的果穗长、蒴果数,其次为单株有效穗,最后为百粒重。初步提出评选蓖麻种质资源的遗传主成分标准。46份蓖麻种质资源被分为4类,地理远缘材料在遗传上不一定远缘,而近缘材料由于选择方向不同可能成为遗传远缘。遗传距离与杂种优势指数的关系呈曲线关系。并非遗传距离越大杂种优势越强。【结论】评价资源间遗传差异时,不能仅以地理来源和亲缘关系为依据。在亲本选配时,应选择遗传距离中等较大的材料。

蓖麻单株产量构成要素的主成分分析及综合评价

应用主成分分析法对74份蓖麻种质的农艺性状进行综合评价,在常规栽培密度下,探索主穗、分枝的果穗产量对蓖麻单株产量的影响,为蓖麻优良新品种选育及推广应用提供理论依据。试验结果表明,蓖麻单株产量由主穗、一二三级分枝的果穗产量构成,比例分别为18.4%、44.7%、28.9%、7.6%,蓖麻群体单株产量的组合形式可分为主穗产量型、主穗与分枝产量型、分枝产量型3种类型。通过对19个蓖麻性状主成分分析确定7个主成分,累计贡献率为86.69%,分别为分枝产量构成因子Ⅰ、植株长势构成因子、分枝产量构成因子Ⅱ、主穗产量构成因子Ⅰ、主穗产量构成因子Ⅱ、产量构成综合因子Ⅰ、产量构成综合因子Ⅱ,累计贡献率分别为33.2%、14.6%、10.1%、9.0%、7.3%、6.7%、5.6%,在影响蓖麻群体单株高产的性状中,植株长势良好,优先选择主穗及一二级分枝的产量,结合封顶打叉,可获得较高的产量。

云南红壤上蓖麻干物质积累和N、P、K吸收规律研究

选用蓖麻品种TCO-202为试验材料,测定苗期、现蕾期、开花期、灌浆期、成熟期根、茎、叶、花序各器官的干物质积累和氮(N)、磷(P)、钾(K)吸肥量。结果表明,干物质积累速率从出苗到灌浆呈上升趋势,到灌浆期达最大值,灌浆期以后上升速度开始减慢。各个时期干物质积累量大小依次为:开花至灌浆期>苗期至现蕾期>灌浆期至成熟期>现蕾期至开花期>苗期;蓖麻氮、磷、钾的吸收量在整个生育期遵从“慢—快—慢—快—慢”的规律,吸收速率呈现双驼峰型,2个吸肥速率高峰出现在现蕾期和灌浆期;在云南红壤上蓖麻每生产100kg籽粒需氮(N)7.71kg,磷(P)1.26kg,钾(K)4.42kg,吸肥比例为1∶0.16∶0.57。

利用雌性单株建立蓖麻雌性系的三种方法比较

比较了三种由雌性单株建立蓖麻雌性系方法：（１）利用环境高温处理 ＮＥＳ型雌性单株诱导雄花建立雌性系，是比较成熟的方法，但对日均温要求较高。 （２）利用植物生长调节剂处理 ＮＥＳ型雌性单株诱导雄花建立雌性系，该法成功的 可能性较大，对环境条件要求也不高，如积极探索有望早日成为比较成熟的方法， 目前已有一定的进展。（３）利用组织培养无性繁殖Ｎ型雌性单株建立雌性系，该 法也有一定的可能性，值得进一步探索。

中国主栽蓖麻品种在云南的适应性分析

为了挑选出可直接应用于生产的优良蓖麻品种或优异的育种材料,以‘云蓖2号’为对照,根据物候期、抗性、株高、单株有效穗、单株蒴果数、百粒重、每公顷产量等多项指标,对国内21个蓖麻主栽品种在云南省的表现进行观察和统计分析。研究结果表明:‘云蓖麻5号’、‘云蓖麻4号’、‘通蓖麻8号’、‘淄蓖麻9号’、‘通蓖麻6号’5个品种的生育期在124~153天之间,与对照品种相仿,产量为2644.5~3934.35 kg/hm^2,显著高于对照品种。通过相关性分析结果显示:对蓖麻产量贡献因素最大的蓖麻农艺性状为单株总蒴果数与单株有效穗数。聚类分析将21个蓖麻品种划分为3大类群,根据不同特点为育种提供依据。初步鉴定出‘云蓖麻5号’、‘云蓖麻4号’、‘通蓖麻8号’、‘淄蓖麻9号’、‘通蓖麻6号’5个高产蓖麻品种可以直接用于生产或作为选育优良品种的材料。

蓖麻种子吸水和萌发过程对盐分胁迫条件的响应

为确定盐分对蓖麻的影响,设置0 m M和100 m M 2个盐分浓度Na Cl,研究了4个蓖麻品种种子的吸水和萌发特性。在吸水开始的18 h内,种子吸水快速增加,18 h后增加缓慢,48 h后在0 m M Na Cl水平下种子吸水呈快速增加趋势,而在100 m M Na Cl水平下吸水很少。汾蓖10号和淄蓖7号的吸水量和吸水速率显著高于淄蓖5号和淄蓖8号。与0 m M Na Cl相比,同一品种在100 m M Na Cl下的吸水量和吸水速率明显较低。100m M Na Cl处理对种子萌发具有明显的抑制作用,表现为延迟种子萌发,降低发芽率,抑制芽长和芽粗。综合发芽率、芽长和芽粗相对盐害率,淄蓖5号耐盐能力最强,其次是汾蓖10号,淄蓖7号和淄蓖8号耐盐能力相对较差。本试验通过研究不同蓖麻品种的吸水和萌发特性,为采用外源措施提高种子吸水能力,促进种子萌发和出苗奠定基础。

蓖麻在轮作中对大豆胞囊线虫的防治效果

在大豆胞囊线虫病严重发生的地块,布置不同前茬作物对大豆胞囊线虫影响的试验,结果表明,用蓖麻做前茬的试验区,下茬大豆根上的胞囊明显减少,产量大幅度提高。可以认为蓖麻与大豆轮作是防治大豆胞囊线虫病的有效措施。

蓖麻饼粕的综合开发与利用

对蓖麻籽制油后的副产物———蓖麻饼粕中蓖麻蛋白、毒素以及蓖麻壳的综合开发与利用进行了较全面的综述 ,并指出了其中存在的问题 。

蓖麻WOX转录因子家族成员的全基因组分析及逆境胁迫响应

WOX是植物中特有的一类转录因子,参与植物发育和应激反应。为探究蓖麻基因组WOX转录因子信息,本研究通过生物信息学方法鉴定出11个蓖麻WOX转录因子家族成员,并对其系统发育、基因结构、保守基序及理化性质等基本信息进行鉴定与分析。结果显示,11个WOX成员被分为三个进化支,在古代进化支、中间进化支和现在进化支分别有2、2和7个成员,同一进化支成员的外显子、基因结构具有相似性,但理化性质差异较大。利用RT-qPCR检测根、茎、叶不同组织中5个蓖麻RcWOXs基因在干旱与盐胁迫下表达情况,结果表明,RcWOXs在不同组织中的表达具有特异性;除RcWOX10受干旱胁迫抑制外,RcWOX2、RcWOX4、RcWOX8和RcWOX9在干旱和盐胁迫下均被诱导表达,表明RcWOX转录因子在蓖麻逆境胁迫中起调控作用。本研究结果为进一步探究蓖麻WOX转录因子家族在逆境胁迫中的功能提供了一定的理论参考。

蓖麻GRAS转录因子家族的全基因组分析及逆境胁迫响应

GRAS转录因子在植物生长发育及逆境胁迫等多个生理生化途径中具有重要作用。本研究从蓖麻基因组中鉴定出48个GRAS转录因子,对其理化性质、系统发育模式、基因结构与保守基序进行了分析。结果表明,蓖麻GRAS基因编码的蛋白全部为亲水蛋白,其中酸性蛋白质约占94%,等电点在4.82~10.21之间,相对分子量介于10096.8~90986.6之间。GRAS转录因子家族成员分为11个亚家族,同一亚家族成员具有相似的基因结构与保守基序。利用RT-qPCR技术检测了根、茎、叶不同组织中的5个基因在干旱与盐胁迫下的表达情况,结果表明,RcGRASs在不同组织中的表达具有特异性,干旱与盐胁迫诱导RcGRAS14、RcGRAS21、RcGRAS35的表达,抑制RcGRAS1、RcGRAS10的表达。本研究结果为进一步研究GRAS转录因子在非生物胁迫中的功能提供参考。

蓖麻延伸因子基因的克隆与表达分析

为探讨蓖麻延伸因子基因(RcEF-1α)作为参考基因进行相关研究的可行性,以蓖麻雌性花为试验材料,扩增RcEF-1α(GenBank登录号:XM_002518027. 3)的编码序列(CDS),并将其亚克隆至原核表达载体pET32a(+)构建成重组载体p ET32a(+)-RcEF-1α;将p ET32a(+)-RcEF-1α转化至大肠杆菌表达菌株BL21 (DE3)中进行优化表达,表达蛋白经纯化后进行Western blot验证。结果表明,异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)可诱导一个分子量约66 kD的特异蛋白;采用纯化的表达蛋白免疫新西兰白兔制备抗RcEF-1α的多克隆抗血清,用多克隆抗血清进行Western blot验证,发现多克隆抗血清具有针对RcEF-1α的特异性,经ELISA检测,其效价为1∶51 200;以抗血清为一抗,通过Western blot分析RcEF-1α在时空条件一致且正常生长的根、茎、叶、雌花、雄花和果实中的表达量,结果显示,蓖麻各组织中RcEF-1α蛋白质的含量存在显著差异,其中雌花和雄花中的含量显著高于其他组织。RT-qPCR分析结果表明,蓖麻各组织中RcEF-1αmRNA差异不显著。本研究结果为蓖麻功能基因表达分析参考基因的筛选提供了一定的理论依据。

蓖麻主茎叶片着生节位与主茎及叶片性状指标的回归分析

2018—2020年连续3年以蓖麻品种(Ricinus communis L.)滇蓖麻2号为试材,对蓖麻主茎叶片节位与其节间性状、叶片性状和质量性状等指标进行回归分析,为蓖麻合理采叶提供理论依据。结果显示,①相关系数分析,蓖麻主茎叶片不同着生节位与主茎节位长度、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄宽横径、叶基腺长度、叶片质量和叶片净质量之间均呈极显著正相关,与主茎节间厚横径和叶柄厚横径之间呈显著正相关,与每千克叶片数量之间呈极显著负相关,与其他指标之间呈不显著正相关。②方差分析,蓖麻主茎叶片着生节位与主茎节位长度、叶片长度、叶片宽度和叶柄长度等指标之间均存在极显著差异,与主茎节间厚横径、叶基腺长度和叶片净质量之间均存在显著差异,与其他指标之间差异不显著。③蓖麻主茎叶片着生节位与主茎性状、叶片性状和质量性状之间拟合的回归方程都符合二次曲线规律;由数据拟合得到,主茎叶片着生最好节位为9.20节时,拟合方程中叶片净质量达89.15 g。蓖麻主茎上着生节位对主茎叶片质量的影响表现为,在一定节位范围内,叶片在蓖麻主茎上着生节位越高,叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄宽横径、叶柄基腺长度、叶片质量和叶片净质量等指标均极显著增加,到第9节位的叶片净质量最大,为采叶时合理采叶提供参考。

蓖麻生长素外输载体PIN蛋白家族的生物信息学分析

PIN蛋白家族是植物重要的生长素外输载体,通过介导细胞间的生长素极性运输来调控生长素在植物组织间的差异分布,从而调控植物的生长发育。目的:分离鉴定出蓖麻中PIN蛋白家族成员,为蓖麻生长素极性运输机制的研究奠定基础。方法:利用生物信息学分析软件,以拟南芥PIN基因家族序列为模板,在蓖麻基因组数据库中进行PIN基因鉴定,并对鉴定到的候选基因进行序列分析、所编码蛋白的结构域分析、信号肽预测、磷酸化位点分析以及系统进化分析。结果:蓖麻中共鉴定到7条编码PIN蛋白的同源序列,平均长度为537个氨基酸残基,平均分子量为58.64 ku,均属于脂溶性较好的碱性蛋白,结构稳定,具有9至10个跨膜结构域。系统进化分析结果表明,蓖麻PIN基因与同属于大戟科的木薯、橡胶树和麻风树的PIN基因进化关系较为密切。利用蓖麻基因表达数据库对鉴定到的RcPIN基因的表达模式进行了分析,并利用RT-PCR进行了验证,结果表明,RcPIN1-1和RcPIN1-2在根、叶、雌花和胚中表达水平较高,RcPIN2主要在根中表达,RcPIN3、5、6和8在所有检测的组织均有表达。

蓖麻油体固醇蛋白质的鉴定与生物信息学分析

以拟南芥蛋白质作"种子"在蓖麻(Riciuns communis L.)的蛋白质数据库中搜索,结合关键字搜索方法,获得10个蓖麻油体固醇蛋白质,通过生物信息方法对这些蛋白质进行分析。结果表明,10个蓖麻油体固醇蛋白质外显子的数目和内含子的位点较保守;氨基酸残基数、分子量和等电点相差不大;疏水性/亲水性和跨膜结构分析表明,成员间在N-末端第25个氨基酸位点有一个跨膜结构;主要由α螺旋、β折叠和无规则卷曲组成;三维结构符合SDR超家族特点;NADPH结合区域、活性位点较保守,膜锚定区域和固醇结合区域差异较大。

低温条件下蓖麻种子萌发期转录组分析

蓖麻(Ricinus communis L.)是一种冷敏感作物,解析其响应低温胁迫的关键调控基因,对于选育耐低温蓖麻品种具有重要的理论意义。以蓖麻耐低温品种‘通蓖5号’为材料,构建15℃(低温)和25℃(适温)萌发条件下完全展开的子叶cDNA文库,利用Illumina测序技术进行转录组测序(RNA-Seq),筛选差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)。结果表明:借助RNA-Seq技术共筛选到1 530个DEGs,其中低温相对于适温表达上调的DEGs有848个,表达下调的DEGs为682个;对1 530个DEGs进行GO功能分类和富集分析显示,共有953个DEGs被注释到GO功能三大分类的57个亚类中,涉及生物学过程、细胞成分及分子功能的DEGs比例分别为88.46%、69.67%和25.71%;KEGG功能分类显示,低温相对于适温表达上调的DEGs有243个,被富集到201个代谢通路中,其中显著富集的通路包括细胞周期、激素信号转导、DNA复制、细胞周期-酵母、减数分裂酵母和孕酮介导的卵母细胞成熟等20个通路,差异基因数富集最多的代谢通路为细胞周期;利用qRT-PCR对上调表达且显著富集的8个DEGs进行了表达分析,证实了转录组测序结果的准确性。该研究将为揭示蓖麻种子低温条件下萌发的分子机制提供理论依据。

蓖麻PDCT基因启动子的克隆及生物信息学分析

磷脂酰胆碱甘油二酯胆碱磷酸转移酶(phosphatidylcholine diglyceride choline phosphotransferase,PDCT)是种子中甘油三酯(triglyceride,TAG)积累过程中不饱和脂肪酸合成所必须的酶,因此在油脂合成和积累中起着重要的作用。本研究以‘通蓖5号’蓖麻品种幼嫩叶片为实验材料,根据美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)上已知蓖麻PDCT基因(LOC8282344)及其基因组(NW-002994322)序列设计引物,通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增得到PDCT基因启动子片段。生物信息学分析PDCT蛋白的理化性质以及PDCT基因启动子序列。结果表明克隆到PDCT基因启动子序列3 741 bp,分析预测有多个转录起始位点及大量的顺式作用元件;PDCT基因共编码285个氨基酸,存在跨膜结构,为非分泌蛋白;对蛋白质编码的氨基酸进行同源性比对,并用MEGA 7.0构建了进化树,发现蓖麻和麻疯树,巴西橡胶树,木薯聚类到一起,这一分类与生物学分类一致,均为大戟科植物。对蓖麻PDCT基因及其启动子和蓖麻油脂合成代谢途径的进一步研究提供参考。

蓖麻质膜水通道蛋白PIP1.3在仓鼠卵巢细胞中的转运功能

为研究蓖麻质膜水通道蛋白PIP1.3的转运功能,采用RT-PCR技术扩增基因PIP1.3的全长编码区c DNA序列(861 bp),将该序列亚克隆至真核表达载体pc DNA3.1/Myc-His A,酶切、测序分析表明,重组质粒pc DNA3.1PIP1.3-Myc-His阅读框架正确。将pc DNA3.1PIP1.3-Myc-His和连接氯离子敏感性绿色荧光蛋白突变体(EYFP-H148Q-V163S)的pc DNA3.1Hygro-EYFP-H148Q-V163S重组质粒稳定共转染至中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary,CHO)细胞中,RT-PCR和Western blot分析表明,PIP1.3的m RNA和蛋白质在选定CHO细胞克隆中高表达。分别通过荧光法和同位素标记的14C-甘油摄入实验测定该CHO细胞对水分和甘油的通透性,结果表明,该CHO细胞表达的PIP1.3对水分子的转运能力很低,但能选择性转运甘油。

两个蓖麻品种萌发期的耐盐性与相关基因响应的差异比较

为比较盐胁迫下两个蓖麻品种通蓖5号和哲蓖3号萌发期耐盐性与盐响应相关基因表达的差异,本试验设置0、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L四个浓度NaCl处理,测定种子吸水变化、萌发各项指标和三个盐响应相关基因的表达量,分析其差异。结果表明:(1)两个品种蓖麻种子正常吸水分为三个阶段,在0～15 h快速增加,15～30 h内缓慢增加,30 h后快速增加。盐处理的通蓖5号在第三阶段吸水骤减,高浓度(100 mmol/L,150 mmol/L) NaCl处理下吸水基本停滞;哲蓖3号在低浓度(50 mmol/L NaCl)处理中仍表现出吸水三阶段特性,随着盐浓度升高才对第三阶段的吸水产生较大的影响。(2)盐胁迫下两个品种种子的发芽率、发芽势、发芽指数等指标均随盐浓度增加呈现逐渐下降的趋势。相同盐浓度处理下哲蓖3号各项指标显著优于通蓖5号,表明哲蓖3号萌发期耐盐性强于通蓖5号。(3)两个蓖麻品种种子中的三个盐响应基因RcSOS3、RcVP1、RcNHX1对盐处理有不同的响应,相同盐浓度处理下在耐盐性强的品种中表达量高。这一结果为蓖麻育种及蓖麻种子萌发期耐盐机制的深入研究提供了参考。