水稻OsMDH基因的克隆及其生物信息学分析

水稻(Oryza sativa L.)OsAAP6基因是控制水稻种子蛋白质含量的主效数量性状座位(quantitative trait locus,QTL)基因,对水稻品质性状产生重要影响,而OsMDH蛋白能够与OsAAP6基因发生相互作用。利用生物信息学策略对OsMDH蛋白的理化性质、蛋白结构及功能进行预测,探究OsMDH基因的生物学功能。结果表明:水稻OsMDH基因的编码区(coding sequence,CDS)区长999 bp,编码332个氨基酸;编码蛋白为疏水蛋白且不存在信号结构,包含两个跨膜结构。通过蛋白互作分析,发现OsMDH可能与柠檬酸合酶、延胡索酸酶等发生相互作用,参与三羧酸循环过程。

植物激素调控水稻冠根发育研究进展

水稻(Oryza sativa L.)根系为须根系,主要由冠根构成.水稻冠根的生长活力与其耐旱、耐涝、耐盐能力以及地上株型、育性等密切相关.对水稻冠根的发生发育的详细过程和激素调控冠根发育的机制研究近况进行了综述,并对水稻冠根发育的研究前景进行了展望.

云南软米水稻种质资源Waxy基因的检测与分析

【目的】云南软米水稻种质资源材料中Waxy等位基因功能性遗传变异位点的检测,结合其稻米中的直链淀粉含量检测结果综合分析,为优质软米水稻新品种的分子育种提供理论依据。【方法】利用Waxy基因的4个功能性分子标记,针对75份云南软米水稻种质资源材料进行了PCR检测与分析,并利用近红外谷物分析器对其稻米中的直链淀粉含量进行了检测与综合分析。【结果】云南软米水稻种质资源材料中Waxy基因功能标记In1位置处为GG基因型的有39份,其余的36份为TT基因型或GT基因型;在Waxy基因功能标记E2位置处存在缺少的软米水稻种质资源材料有63份;在功能标记E4mq位置处为A基因型、G基因型、C或T基因型的软米水稻种质资源材料分别有8、37和30份;在功能标记E4op/hp位置处为A基因型、G基因型、C或T基因型的软米水稻种质资源材料分别有18、15和42份;Waxy基因功能标记E2、E4mq和E4op/hp位置处,携带不同的基因型,其对应稻米中的直链淀粉含量存在显著性差异。【结论】本试验对云南软米水稻种质资源材料中Waxy等位基因功能标记的检测,结合其稻米中直链淀粉含量检测的结果,发现携带不同Waxy等位基因型,其对应稻米中的直链淀粉含量明显不同,这为利用Waxy基因功能标记辅助选育优质软米水稻新品种奠定基础。

水稻种子主要营养物质合成及调控研究与展望

淀粉、储藏蛋白和脂类等物质是水稻种子中最主要的营养物质,它们在水稻种子中的组成及其含量对稻米品质的优劣起决定性的作用。本文综述了近年来水稻种子中淀粉、储藏蛋白、脂类物质和氨基酸等主要营养物质的合成及其相关基因的表达与调控等方面所取得的新进展,并分析了这些营养物质在水稻遗传改良过程中面临的挑战与展望,以期为今后稻米品质的遗传改良与新品种的培育提供参考与借鉴。

利用酵母双杂交系统筛选大豆结瘤因子受体NFR1α的互作蛋白

大豆是重要的植物蛋白作物和粮豆间作作物,挖掘大豆的生物固氮潜力,对推动生态农业的可持续发展具有深远意义。大豆结瘤因子受体蛋白GmNFR1?(Nod Factor Receptor)对结瘤至关重要,但其具体调控机制尚不明确。本研究以大豆mRNA为模板,利用RT-PCR方法扩增到GmNFR1α蛋白的激酶结构域(GmNFR1α-pk),构建了pGBKT7-GmNFR1α-pk诱饵表达载体,通过酵母双杂交技术,筛选大豆根瘤AD-cDNA文库,从文库中分离到与GmNFR1α-pk相互作用的71个阳性克隆,经测序和同源性分析筛选到12种与GmNFR1α-pk互作的蛋白,包括钙离子结合手性蛋白、豆血红蛋白、结瘤素Nod44等蛋白。以大豆豆血红蛋白GmLbc2为例,回转酵母以及烟草体内BiFC验证其与诱饵蛋白的相互作用,对其进行同源蛋白比对及系统进化树分析,并利用百脉根毛根转化技术鉴定GmLbc2在结瘤过程中的生物学功能。研究结果进一步补充和完善了GmNFR1α介导的结瘤信号传递途径,为大豆与根瘤菌共生互作机制提供了新的分子证据。

豫南香稻种质资源稻米氨基酸含量的检测与分析

【目的】针对豫南香稻种质资源稻米中各种氨基酸含量进行检测,分析其香米中氨基酸含量的差异,为优质香稻新品种的选育提供参考。【方法】以豫南香稻种质资源共18个香稻品种的香米米粉为试验材料,利用酸水解法进行处理,随后采用全自动氨基酸分析仪测定并分析其香米中氨基酸的含量。【结果】豫南香稻种质资源材料中,不同香稻品种香米的氨基酸总含量存在明显差异,黑香稻193与信香粳1号稻米中总氨基酸含量相差23.33 mg·g^-1;总的必需氨基酸含量变异较大,其变化区间是25.13~34.13 mg·g^(-1);18个香稻品种稻米的限制性氨基酸含量以及芳香族氨基酸含量的变异丰富,其中赖氨酸含量最高的是矮杆香稻丸品种,且该品种稻米中的杂环族氨基酸含量也都相对较高。【结论】通过对豫南香稻种质资源稻米中的氨基酸含量进行检测与分析,发现18个香稻品种中的氨基酸含量存在明显差异,这将为今后选育高营养品质的香稻新品种提供重要的香稻种质资源。

信阳地区特种稻种子氨基酸含量的检测分析

以信阳地区具有代表性的20份特种稻为试验材料,采用近红外谷物分析仪,对其种子中的氨基酸含量进行检测与分析.结果表明:不同特种稻种子中的总体氨基酸含量存在明显差异,黑香稻与信粳糯631种子中总氨基酸含量相差26.64 mg/g;总的必需氨基酸以及各类必需氨基酸含量存在丰富的变异,特别是豫农32和矮秆香稻丸等特种稻品种内总的必需氨基酸含量较高;在20份特种稻种子中限制性氨基酸含量、杂环族氨基酸含量以及芳香族氨基酸含量均存在较大的变异,其中来源于息县的矮杆香稻丸种子中赖氨酸含量、杂环族氨基酸含量和芳香族氨基酸含量均相对较高.因此,针对信阳地区特种稻种子中总氨基酸含量、限制性氨基酸含量以及必需氨基酸含量均较高的品种,可以考虑作为优质特种稻新品种选育的骨干亲本.

乙烯调控水稻根系生长素合成及运输研究

用乙烯的前体物质乙烯利处理水稻根系,观察根系表型、DR5∷GUS转基因材料GUS活性、生长素的合成基因和生长素运输载体基因表达水平的变化.结果表明:低浓度乙烯利促进侧根伸长;高浓度乙烯利抑制初生根和侧根的伸长以及侧根的起始;乙烯利处理表现出促进根毛的伸长;DR5∷GUS活性在根系中随乙烯利浓度升高而增强;生长素合成相关基因OsYUCCA1、OsYUCCA3、OsYUCCA4、OsYUCCA6上调表达;生长素输入载体基因OsAUX1、OsAUX2、OsAUX4、OsAUX5下调表达;生长素输出载体基因OsPIN5a、OsPIN5b、OsPIN8、OsPIN9显著下降表达.

具鞘微鞘藻对电镀废水中金属离子的去除研究

以具鞘微鞘藻(Microcolus vaginatus)为实验材料,探究了其最适的生长温度以及不同温度下对电镀废水中金属铜、锌和铬离子的去除效果.结果表明,具鞘微鞘藻最适生长温度是30℃,它对三种重金属离子都有一定的去除效果,且30℃时去除效率最佳.

大豆GmHAT5的克隆及其转基因百脉根的抗盐分析

【目的】从大豆盐胁迫基因表达谱中筛选并克隆得到同源异型域亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)家族基因GmHAT5,将其转化豆科模式植物百脉根并进一步探究其抗盐调控机制。【方法】使用多种生物信息学软件对GmHAT5的开放读码框(ORF)、编码蛋白的分子量、等电点、序列结构和蛋白定位等进行预测,同时将大豆GmHAT5蛋白与其他10个物种的同源蛋白进行比对分析,并对GmHAT5在大豆不同器官及盐胁迫下的表达特性进行分析。此外,构建GmHAT5的植物超表达载体,通过对发根农杆菌LBA1334的转化,得到"复合体"百脉根植株,并在盐胁迫条件下对其进行抗盐表型分析;通过对根癌农杆菌EHA105的转化,获得百脉根的稳定转化株系,并对其进行抗盐表型分析及相关生理指标检测。【结果】多种生物信息学软件分析表明,该片段包含1个1 038 bp的ORF,编码345个氨基酸。GmHAT5的理论分子量和等电点分别为39.17 k D和4.63。GmHAT5蛋白定位于细胞核,与其他HD-Zip家族蛋白一样,属于典型的核蛋白。序列分析表明,GmHAT5包含一个同源异型结构域和一个亮氨酸拉链结构域,属于第I类同源异型域亮氨酸拉链蛋白。同源蛋白比对表明其与野生大豆GsHAT5同源性最高。基因表达特性分析表明,GmHAT5在大豆植株的各个不同器官中均有表达,是一个受盐诱导上调表达的HD-Zip类转录因子。发状根转化的结果表明,使用200 mmol·L^(-1) NaCl处理植株7 d后,"复合体"植株生长状态良好,对照组植株叶片明显萎蔫、失绿;不同NaCl浓度处理离体转基因发状根14 d后,对照组较试验组发状根明显干枯、生长受到抑制。稳定转化结果显示,不同盐浓度处理14 d后,转GmHAT5百脉根与两组对照植株相比生长状态更好。相关生理指标检测结果显示,与两组对照相比,转基因百脉根植株中丙二醛含量和相对质膜透性明显降低(P<0.05),而叶绿素含量和根系活力则显著升高(P<0.05)。测定不同植株阳离子含量的结果表明,转基因百脉根株系与两组对照相比,Na^+在叶片和根中含量显著下降,K^+和Ca^(2+)在叶片和根中含量显著升高。【结论】从大豆中克隆得到一个编码HD-ZipⅠ类同源异型域亮氨酸拉链蛋白基因GmHAT5,该基因在大豆中受盐胁迫诱导表达量显著升高。超量表达GmHAT5显著增强百脉根的耐盐能力,发状根转化法可以作为一种快速有效筛选抗盐候选基因的手段。推测GmHAT5在大豆盐胁迫应激调控中扮演重要角色。

脱落酸对水稻根系生长素合成与运输的调控

利用一系列不同浓度的脱落酸(ABA)处理水稻幼苗根系,观察水稻初生根根长、冠根数目、侧根数目及长度、DR5::GUS转基因材料GUS活性、生长素的合成及运输相关基因表达水平等变化.结果表明,ABA可以抑制水稻初生根的伸长、冠根和侧根的发生和伸长,并且抑制效应呈现剂量效应.DR5::GUS活性在整个根系中随ABA处理浓度升高而减弱,但根尖部位的DR5::GUS活性经过ABA处理后表现增强;生长素合成相关基因YUCCA2、YUCCA4、YUCCA7,生长素运输载体基因AUX3、AUX5、PiN1b、PiN2、PiN5a、PiN9、PiN10a均显著下降表达.

云南软米在豫南稻区的品质性状检测与分析

以豫南稻区引进的38份云南软米种质资源为试验材料,利用砻谷机、精米机和近红外谷物分析仪等仪器,结合生化和理化分析的技术方法,对云南软米在豫南稻区的外观品质、研磨加工品质、营养品质和蒸煮食味品质等主要性状进行了检测与分析.结果表明:供试软米的垩白率、垩白面积、垩白度、粒长、粒宽、长宽比、糙米率、精米率、整精米率、蛋白质含量、总氨基酸含量、总必需氨基酸含量、直链淀粉含量、食味值和糊化温度等品质性状存在丰富的变异类型.特别是软米中的总氨基酸含量、总必需氨基酸含量、垩白性状、粒型以及糊化温度等重要品质性状在软米水稻材料中的变异范围较大.

斜纹夜蛾保幼激素环氧水解酶基因的克隆和原核表达

为分析斜纹夜蛾(Spodoptera litura)保幼激素环氧水解酶(Juvenile hormone epoxide hydrolase,JHEH)基因在其生长发育过程中的功能,采用反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)扩增SlJHEH基因的开放阅读框,并进行原核表达。SlJHEH基因开放阅读框为1 389 bp,编码462个氨基酸,预测蛋白质分子质量为52 ku,等电点为8. 68。氨基酸序列存在催化三联体Asp226、Glu402和His429氨基酸残基及阴氧离子洞Tyr297、Tyr372和HGWP花样结构氨基酸残基。系统发育树分析结果表明,Sl JHEH与棉铃虫(Helicoverpa armigera) JHEH亲缘关系最近,氨基酸序列同源性高达78%。将SlJHEH的编码区连接到原核表达载体p ET32a上,成功构建了重组载体pET32aSlJHEH,转入大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中进行诱导表达。对表达产物进行SDS-PAGE和Western blotting检测,结果显示,斜纹夜蛾JHEH基因在大肠杆菌中得到高效且准确的表达。

不同播种期对日本“黄金晴”稻米品质性状的影响

【目的】研究不同播种期对"黄金晴"稻米品质的影响,实现日本"黄金晴"稻米品质提升,促进日本"黄金晴"在豫南地区应用与推广。【方法】针对来源于日本的优质水稻品种"黄金晴",在2014和2016年采用分批播种试验,并结合不同播种期"黄金晴"全生育期内对应的气象资料进行综合分析。【结果】日本"黄金晴"的加工品质(糙米率、精米率和整精米率)、稻米蛋白质含量(糙米蛋白质含量和精米蛋白质含量)和食味值与灌浆期温度(最低温度、最高温度和日平均温度)之间成反比,即随着播种期的推迟,灌浆期温度的降低,稻米的加工品质、蛋白质含量和食味值显著提升;日本"黄金晴"的垩白性状(垩白率、垩白面积和垩白度)与灌浆期温度(最低温度、最高温度和日平均温度)之间成正比,灌浆期温度高,稻米中的垩白率、垩白面积和垩白度都有所增加。2年试验数据表明,随着播种期的延迟,灌浆期温度降低,日本"黄金晴"稻米加工品质、蛋白质含量、垩白率、垩白面积、垩白度和食味值等重要品质性状均得到逐步提高。【结论】在实际生产中可以通过改变日本"黄金晴"播种期,将其灌浆期调整到一个相对有利的时期,为实现日本"黄金晴"在豫南地区的应用与推广奠定基础。

OsAAP6基因在不同氮肥条件下的表达分析及其对水稻籽粒营养品质的影响

【目的】调查不同氮肥水平处理对水稻OsAAP6基因表达的影响,并进一步探究OsA4P6基因在不同氮肥条件下对其水稻籽粒中蛋白质(包括谷蛋白、醇溶蛋白、球蛋白和清蛋白)含量和氨基酸含量等营养品质的影响作用,为今后利用OsA4P6基因提高稻米营养品质提供参考。【方法】设置5个氮肥浓度梯度,在水稻OsA4P6遗传材料中分别检测OsA4P6基因的表达水平,并利用近红外谷物分析仪和考马斯亮蓝G-25O法检测分析其成熟种子中蛋白质含量和氨基酸含量等稻米营养品质性状。【结果】随着田间氮肥施加量的增加,OsA4P6基因的表达水平明显提高,并能显著促进水稻籽粒中谷蛋白的积累,进而增加水稻籽粒中总蛋白质的含量;在氮肥浓度较高的条件下基因有助于提高水稻籽粒中总必需氨基酸的含量;随着氮肥施加量的增加,OsA4P6基因能够显著提高水稻籽粒中总氨基酸的含量。【结论】OsA4P6基因随着田间氮肥浓度的增加,其表达水平不断升高,并能促进水稻籽粒中蛋白质含量和氨基酸含量等稻米营养品质的提高,这为今后利用OsA4P6基因提高稻米的营养品质提供了重要参考。

河南香稻品种主要代谢物质的检测与分析

以河南香稻品种为试验材料,采用改进的气相色谱质谱联用(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)技术,检测并分析了16种河南香稻及非香水稻品种籽粒中主要的代谢物质.结果表明:改进的气相色谱质谱联用技术能够较好地检测水稻籽粒中的主要代谢物质;在供试香稻品种籽粒中,发现15种相同的主要代谢物质,它们在不同的河南香稻品种中含量存在一定的差异.进一步分析发现,在供试河南香稻品种籽粒中所特有的主要代谢物质共有5种,分别是环戊硅氧烷(Cyclopentasiloxane)、环己硅氧烷(Cyclohexasiloxane)、环氧乙烷(Oxirane)、十二烷(Dodecane)和苯酚(Phenol),它们可能参与香稻的抗病反应过程.

大豆TGA转录因子基因GmTGA26在盐胁迫中的功能分析

TGA转录因子是bZIP的一个亚家族,在病原体和非生物胁迫反应中发挥重要作用。本研究在大豆中筛选并克隆得到1个TGA转录因子家族基因GmTGA26,同源蛋白比对表明GmTGA26具有保守的亮氨酸拉链结构域,与野生大豆同源性最高。基因表达特性分析表明,GmTGA26在大豆中受盐胁迫诱导表达。此外,GmTGA26编码核定位蛋白并且具有转录激活活性。通过发根农杆菌介导的大豆毛根转化,得到过表达GmTGA26的“复合体”大豆植株,在盐胁迫条件下,与空载体对照相比,“复合体”大豆植株生长状态更好,丙二醛含量和相对质膜透性明显降低(P<0.05),而叶绿素含量和根系活力则有显著的升高(P<0.05)。qRT-PCR结果表明,盐胁迫条件下在大豆毛状根中过表达GmTGA26可显著上调胁迫响应基因的表达。以上结果表明,过表达GmTGA26显著增强了“复合体”大豆植株的耐盐能力。推测GmTGA26通过调控下游一系列胁迫响应基因从而参与调控大豆盐胁迫应激反应过程。

大豆GmHDL57基因的克隆及抗盐功能鉴定

HD-Zip I类转录因子在植物抵御非生物胁迫过程中发挥重要功能,本研究克隆得到1个大豆HD-Zip I类基因Gm HDL57(Glycine max homeodomain-leucine zipper protein 57)。序列分析表明,Gm HDL57基因包含1个1038 bp的开放读码框,编码345个氨基酸,具有HD-Zip类家族蛋白典型的保守结构域。基因时空表达分析表明,大豆Gm HDL57基因在大豆植株的各个不同时期及不同器官中均有表达,在花中表达量最高。采用实时荧光定量PCR技术分析了4种非生物胁迫(脱落酸、Na Cl、PEG、冷)对幼苗期大豆根中Gm HDL57基因表达的影响。结果表明,该基因表达量受高盐胁迫诱导显著升高,在脱落酸及干旱胁迫下上升幅度较小,但在冷胁迫下呈下降趋势。盐胁迫前后Gm HDL57基因在根中的表达量明显高于茎和叶,在盐胁迫48 h时达到峰值,72 h和96 h时表达量缓慢下降。此外,构建Gm HDL57基因的植物超表达载体,利用根癌农杆菌转化法获得转基因百脉根,200 mmol L–1 Na Cl处理条件下,转基因百脉根的株高、根长、叶绿素含量、根系活力以及阳离子K+、Ca2+含量显著高于野生型,而丙二醛含量、相对质膜透性以及Na+的含量明显低于野生型。以上研究结果表明,Gm HDL57基因参与了大豆对非生物胁迫的应答过程,过量表达Gm HDL57基因能够显著提高百脉根的抗盐能力。

豫南引进主栽粳稻稻米品质的检测与分析

【目的】针对豫南引进的5种粳稻稻米的品质性状进行检测,并对其检测结果进行全面综合分析,为豫南优质粳稻的引进与推广应用提供科学依据。【方法】以豫南引进主栽的5种粳稻为试验材料,利用全自动氨基酸分析仪、近红外谷物分析仪、粘度计和微波消解仪等仪器,结合生化和理化分析的技术与方法,分别对引进主栽的5种粳稻稻米的外观品质、蒸煮食味品质、研磨加工品质以及营养品质等主要的品质性状指标进行检测与分析。【结果】豫南引进主栽的5个粳稻品种之间差异最大的垩白性状是垩白率,其次为垩白面积,9优418品种在豫南稻区垩白性状表现欠佳;9优418、扬粳805和龙粳31为中糊化温度类型,其余均为低糊化温度类型的粳稻品种;这5种粳稻稻米的胶稠度介于61~100 mm,均属于软质粳稻;除了南粳9108外,引进的这5种粳稻品种的直链淀粉含量均达到国标优质一级标准;整个模拟煮饭过程中,不同的粳稻米粉的粘度均呈递增的趋势,但其递增的速率并不一致;豫南引进主栽的5个粳稻品种稻米中总氨基酸含量差异相对较大,扬粳805稻米中总的必需氨基酸含量最高(23.80 mg·g^-1),其次为南粳9108;而限制性氨基酸含量中,南粳9108稻米中赖氨酸和甲硫氨酸的含量最高,天隆粳6号稻米中赖氨酸和甲硫氨酸的含量最低。【结论】豫南稻区有利于粳稻种子中垩白性状的产生,在豫南引进主栽的5个粳稻的蒸煮食味品质均达到国标优质三级标准以上,加工品质达到优质稻谷二级标准以上,其稻米营养品质存在一定的变异,南粳9108稻米中的限制性氨基酸赖氨酸和甲硫氨酸的含量最高,且蒸煮食味品质较好,适口性佳,适合在豫南地区大面积推广应用。

大豆半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因GmCYS2的功能鉴定

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin,CYS)在结瘤,根瘤发育和衰老过程中起重要作用。本研究克隆了1个大豆CYS家族基因GmCYS2,氨基酸序列比对及进化树分析表明,GmCYS2与木豆(Cajanus cajan)CYS相似性最高。在体外对该基因编码蛋白进行了表达和纯化,重组蛋白GmCYS2的酶活性抑制实验显示,该蛋白对L类和B类组织蛋白酶的抑制活性明显高于对H类组织蛋白酶,并且在30 d根瘤提取物中的抑制活性高于在60 d根瘤提取物中。此外,构建GmCYS2的植物表达载体,通过百脉根毛根转化法获得转GmCYS2基因的超表达复合体植株。GmCYS2的超量表达增加了百脉根的结瘤数目,并且上调共生标记基因的表达。结果说明GmCYS2蛋白具有一定的酶活性抑制作用,并且正调控百脉根共生结瘤过程。