多年生小麦杂种F5代分子细胞遗传学鉴定

对利用八倍体小偃麦和中间偃麦草杂交获得的多年生小麦杂种F5代中选育的15份材料进行形态学观察和分子细胞遗传学检测。结果表明,大部分材料均含有E组和St组染色体或染色体片段。其中,8份中间型(小偃麦类型)材料具有双亲性状,根系发达、植株繁茂、分蘖多、抗逆性强等;但染色体数目仍不稳定,介于42-56之间,有6份材料具有再生性;7份普通小麦型材料染色体数在41-43之间,虽无再生性,但含有中间偃麦草染色体或染色体片段,具有大穗多花、抗病等特性,可能为E或St组染色体代换或易位材料。以上结果表明决定多年生小麦再生性、抗寒性和多年生特性的基因主要存在于部分E和St染色体上。

玉米含硫氨基酸代谢机制研究进展

玉米是重要的粮食和饲料作物,为畜禽提供必需的代谢能和营养物质,饲料的营养价值与蛋白质及氨基酸组成比例密切相关。玉米籽粒蛋白质中氨基酸组成不平衡,添加豆粕可以补充玉米中缺乏的赖氨酸和色氨酸。然而,含硫氨基酸(半胱氨酸和蛋氨酸)也是大豆中的限制性氨基酸,其中蛋氨酸直接影响畜禽的机体蛋白质合成速率,进而影响肉蛋奶的产量。因此,提高玉米含硫氨基酸特别是蛋氨酸含量对畜牧业发展意义重大。我国玉米种质资源中缺乏高蛋氨酸种质,且育种进程缓慢。近年来,随着人们对植物硫元素的吸收和转运机制的深入研究,初步构建了含硫氨基酸代谢调控网络。本研究概括了近年来关于提高作物含硫氨基酸代谢机制的研究结果,提出将群体遗传学、比较基因组学及分子生物学相结合挖掘候选基因的新策略,并利用现代生物育种技术提高玉米籽粒蛋氨酸含量,为优质蛋白玉米遗传改良提供参考。

玉米PDI基因家族鉴定和表达模式分析

蛋白质二硫键异构酶(PDI,protein disulfide isomerase)作为硫氧还蛋白家族的一员,是一种氧化还原酶,广泛存在于动物、植物及微生物中。在植物中,蛋白质二硫键的形成和异构主要由二硫键蛋白催化完成,在参与蛋白质正确组装折叠方面至关重要。本研究以拟南芥PDI家族基因序列信息为基础,利用同源序列比对方法,从玉米中鉴定出21个PDI基因,除8号染色体外,非均匀地分布在其余玉米9条染色体上。进化树分析表明,玉米PDI基因家族分为4个进化分支11个发育组,同一发育组的基因结构和保守基序相似。顺式作用元件分析表明,PDI基因家族启动子含响应逆境胁迫、植物激素及胚乳特异表达的顺式作用元件。表达模式分析表明,PDI基因家族在胚、胚乳和籽粒中表达量较高,在授粉后10~20 d的胚乳中表达量呈下降趋势,然后表达量又呈现上升趋势。生物多样性分析发现:ZmPDIL1-1基因存在多样性。亚细胞定位结果表明ZmPDIL1-1定位在内质网。本研究结果为玉米PDI家族基因功能研究提供参考。

小麦-黑麦小片段易位系新种质的分子细胞遗传学鉴定

为创制有利用价值的小麦-黑麦易位系,选育小麦遗传改良的新种质,本研究运用形态学与分子细胞遗传学结合的研究手段,对小麦-黑麦代换系6R/6A×克珍杂种后代中选育的11个品系进行鉴定。结果表明,11个品系形态表现为大穗多花、多小穗、抗倒伏、籽粒饱满度好等优良性状。其中有4个品系2-13、2-18、2-20、2-21穗长超过14 cm。品系2-18、2-21,分蘖数为7个,2-17千粒重为35.24 g,品系2-19主穗粒数为54,均超过亲本。另有8个品系结实率也优于亲本。亲本克珍为小麦-黑麦小片段易位系,带有7R和3R染色体遗传成分,分子标记和原位杂交显示,11个品系均带有R组染色体成分,分别有10个、6个和3个品系带有黑麦6R、7R和3R染色体遗传成分。有9个品系可确定为小麦-黑麦小片段易位系,易位类型为端部易位和中间易位。本研究成果对小麦育种及种质改良具有重要意义。

‘龙麦35’与寒地多年生麦草杂交后代的分子细胞遗传分析

本研究利用黑龙江省哈尔滨地区冬季寒冷的气候特点以及形态学和分子细胞遗传学研究手段,对‘龙麦35’与6份寒地多年生麦草杂交后代F1进行选育和分析。结果表明,寒地多年生麦草同中间偃麦草染色体组构成一致,具有出色的抗寒性;寒地多年生麦草1-1-4和7-31花期同‘龙麦35’同步,杂交结实率明显高于其他组合。杂种F1为两亲中间型,植株成活率低,减数分裂时期寒地多年生麦草的染色体可同‘龙麦35’染色体发生配对,但染色体组配对不完全,单价体数量多于二价体,导致植株不育。F_(1)植株虽不具有抗寒性,但具有割后再生性。8个F_(1)株系,仅株系F_(1)18731结实,GISH检测结果表明,F_(2)18731染色体组带有27条‘龙麦35’染色体,14条麦草染色体和1条小麦-麦草易位染色体,染色体数为42条。本研究可为寒地多年生麦草染色体组的研究和利用提供理论基础。

东北毛茛科植物营养器官结构及其系统学意义

首次采用了GMA半薄切片及叶表皮撕取法,深入研究了东北毛茛科17属、27种及4变种营养器官的形态结构。结果显示毛茛科植物根、茎、叶的角质层,气孔、叶柄横切面形状,通气组织等特征具有重要的系统学价值。唐松草属植物具极厚的角质层,而这种厚角质层不存在于所研究的其他物种;属内不同物种气孔的分布相同,而属间有区别;毛茛组不同物种根和茎的皮层均具通气组织;叶柄横切面形态在属内不同物种相近。此外研究还揭示出毛茛属、水毛茛属和碱毛茛属植物根及茎具相似的结构,如根具溶生性通气组织,导管呈束状分布及无次生木质部,支持前人将三者归入广义毛茛属。驴蹄草属与金莲花属根皮层结构及气孔分布等存在很大不同,二者应属于不同类群,为分子系统学的结果提供了形态学依据。

东北野豌豆族植物叶形态结构的研究及其分类学意义

本研究采用了扫描电镜、叶片透明及GMA切片法,深入研究了东北野豌豆族3属,22种,2变种及1变型叶的形态结构。结果表明,叶为偶数羽状复叶,小叶1至多对,多为卵形。叶表皮细胞垂周壁多为波形。山黧豆属与豌豆属的气孔主要为不等型,野豌豆属多为无规则型。多数物种的叶片具单细胞非腺毛和多细胞腺毛。叶柄横切面多为戟形,近轴面具沟槽。叶柄具多个维管束,排列成V形、心形或圆形。本研究为野豌豆族的分类提供了形态学依据,并为探讨这一类群的系统演化及深入研究豆科的系统学提供形态学基础。

不同生境下陌上菜的形态解剖学比较

本研究首次采用GMA切片等方法对不同生境下陌上菜的形态结构进行了深入的研究。结果显示,陌上菜种苗发育具有水生植物的特征:种子及种苗需浸水萌发及发育,具下胚轴毛,胚根发育迟缓。成株的营养器官兼具水生及陆生植物的结构特征:完全陆生的植株和湿生植株的气生部位具有较厚角质层,发达的机械组织及较发达的通气组织。完全水生的植株和湿生植株浸水部位的角质层和机械组织不发达,但通气组织非常发达。生殖器官:完全陆生和湿生的植株具有闭锁和开放2种类型的花,而完全水生的植株仅具闭锁花,从而保证了这一物种在不同生境下均能正常结实。此外,陌上菜具有特立中央胎座。本研究首次揭示了陌上菜在不同生境下种苗发育、营养器官及生殖器官结构的变化,完善了陌上菜的形态学,为进一步研究母草科的系统学提供了形态学依据。

植物抵抗盐胁迫的生理机制

由于现代农业、气候变化和全球粮食危机的日益严重,粮食产量一直是被广泛关注的课题。环境因素包括生物和非生物胁迫,是影响作物生长和产量的重要原因。盐胁迫是主要的非生物胁迫之一,高浓度的盐将导致植物组织中积累大量有毒的离子及活性氧类物质,破坏了植物细胞内正常代谢的平衡状态,进而影响植物的生长。植物在抵抗盐胁迫方面形成了包括渗透调节、活性氧清除、激素调节、多胺及信号分子调节等复杂生理机制。现对植物耐盐能力的生理和分子机制的研究进展进行综述,以期为筛选高效、高质量的耐盐植物品种资源,利用、改造盐化土壤进行农业生产提供参考。

航天搭载对辣椒SP_1代的诱变效应

为了研究航天搭载对辣椒的诱变效应,以3种卫星搭载当代(SP1)的辣椒种子为材料,对其根尖细胞进行了细胞遗传学分析.结果表明,与未搭载对照相比,航天诱变对辣椒SP1代种子根尖细胞的有丝分裂产生了促进效应,同时使根尖细胞产生了微核以及包括染色体桥、染色体断片、多极分裂等在内的多种类型的染色体变异,说明卫星搭载对辣椒根尖细胞具有诱变效应。

山羊草属杀配子染色体2C特异SCAR标记的建立

用40条10碱基随机引物,对普通小麦"中国春"、"中国春"-杀配子染色体2C二体附加系、柱穗山羊草进行RAPD分析,筛选到1个杀配子染色体2C特异引物OPF03。从"中国春"-杀配子染色体2C二体附加系中克隆了该DNA片段。测序结果表明,该片段长1 496 bp,与大麦1个cDNA的同源性为92%。根据OPF031496的序列设计了1对SCAR引物2C-F586、2C-R586,对普通小麦"中国春"、"中国春"-杀配子染色体2C二体附加系、柱穗山羊草、二倍体长穗偃麦草、"中国春"-长穗偃麦草7E二体附加系等材料进行了SCAR分析,在"中国春"-杀配子染色体2C二体附加系、柱穗山羊草中扩增出了586 bp的片段,而在普通小麦"中国春"、二倍体长穗偃麦草、"中国春"-长穗偃麦草7E二体附加系中没有该产物,初步证明此标记可以用于杀配子染色体2C的检测。进一步用该对SCAR引物对"中国春"-杀配子染色体2C二体附加系与"中国春"-长穗偃麦草7E二体附加系的杂种F1代、F2代进行了分析,结果在全部F1代以及部分F2代材料扩增出了目的片段,进一步证明了此SCAR标记可以用来检测小麦背景下的杀配子染色体2C,为小麦背景中杀配子染色体2C的快速跟踪检测提供了新途径。

过氧化物酶体增长因子活化受体(PPARs)与microRNAs

在细胞中,过氧化物酶体增长因子活化受体(PPARs)和microRNAs相互制约和调控从而影响相关细胞、组织和器官的功能,在脂肪细胞分化与代谢、炎症、癌症和心血管疾病等生理和病理过程中发挥重要作用.本文首先简要总结了PPARs发挥作用的分子机制;并分别以PPARs家族每一个成员(PPARα、PPARβ和PPARγ)为对象,分析了PPARs调控下的microRNAs表达及功能,探讨了microRNAs调控下的PPARs表达活性变化,并归纳了PPARs与microRNAs之间的调控关系;最后对PPARs相关microRNAs的应用前景进行了简单探讨.研究PPARs与microRNAs间的网络调控关系,可以为PPARs与microRNAs在理论和实践中的深入研究和应用提供参考.

中国伞形科前胡属果实结构的系统学价值

本文深入研究了位于中国前胡属刺尖前胡组,多小苞片组,山亮蛇床组及近亮蛇床组的果实结构,结果显示前胡属果实多具单细胞毛状体.中脊及侧脊通常不明显,边脊形成翅.多数物种具小的伴生油管.油管分布在沟（1～4个）及结合面（2～14个）,一些物种具短的或小的油管.结合面与分果同宽,具两个相对的心皮柄.胚乳腹面多平直.中果皮有球状晶体.前胡属不同组的果实结构相似,此属应是一个较自然的类群,属内是否需要分组值得进一步研究.石防风的果实与其他物种不同,具厚的边翅和大的维管束,支持分子系统学将其从前胡属分离出去.

Atfad8叶绿体转基因烟草对冷胁迫的生理响应

达:通—过膜采脂用脂5肪℃酸低不温饱处和理度,研—究植A物tf低ad温8叶抗绿性体之转间基的因关烟系草,即对膜冷脂胁脂迫肪的酸生不理饱响和应化。在从植而物揭抗示低fad温8中的超的作用。结果表明:随着低温胁迫时间的延长,烟草幼苗的丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)活性呈增加趋势,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性先上升后下降。Atfad8叶绿体转基因烟草的MDA含量明显低于对照植株,而抗氧化酶活性明显高于对照植株。Atfad8基因的导入提高了烟草幼苗的耐冷害能力。

过量表达紫花苜蓿MsHB7基因对拟南芥耐旱性的影响

同源异型域-亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)第I类亚家族在植物非生物胁迫调控过程中起着重要作用,已在多个物种中进行了克隆鉴定,但关于紫花苜蓿该家族基因的研究还鲜有报道。本研究旨在研究紫花苜蓿HD-Zip第I类亚家族基因MsHB7对拟南芥抗旱性的调控功能。通过克隆得到大小为738 bp、编码245个氨基酸的MsHB7基因的开放阅读框。多重序列比对和系统进化树分析结果显示,MsHB7蛋白属于HD-Zip I亚家族,且与拟南芥中ATHB7和ATHB12亲缘关系较近。实时荧光定量分析表明,MsHB7基因受干旱诱导。将MsHB7基因转化拟南芥并获得了阳性植株。干旱处理后,转基因拟南芥比野生型拟南芥萎蔫程度更明显,转基因植株相对含水量显著低于野生型拟南芥,并积累了更多的脯氨酸和丙二醛。qRT-PCR检测发现处理之后逆境胁迫指示基因ATCAT1、ATDREB2A和ATRD29A在转基因拟南芥中的表达量显著升高,而ATLEA3的表达量显著下降。上述结果表明MsHB7基因的过表达可降低转基因拟南芥的耐旱性,为进一步开发利用该基因提供理论依据。

紫花苜蓿MsZAT10基因的克隆及其在烟草中的功能验证

C2H2型锌指蛋白ZAT10在植物应对外界非生物胁迫中具有重要的作用。克隆得到紫花苜蓿C2H2型锌指蛋白MsZAT 10基因。该基因开放阅读框全长762 bp,编码253个氨基酸。ZAT10蛋白含有2个单C2H2型保守结构域,有典型的QALGGH保守基序,属于C2H2型锌指蛋白。氨基酸序列比对和进化树分析表明,紫花苜蓿MsZAT 10与蒺藜苜蓿MtZAT10亲缘关系最近,其氨基酸的相似性为76%。构建植物表达载体pCBM-MsZAT 10,通过农杆菌介导法转化到烟草,经过草丁膦(PPT)抗性筛选和聚合酶链式反应(PCR)鉴定,获得25株阳性植株。荧光定量PCR(qRT-PCR)检测表明,MsZAT 10基因在转基因株系中得到表达。选取3个转基因株系进行抗逆性分析,在-4℃条件下处理2 h,转MsZAT 10基因烟草叶片的萎蔫程度和相对电导率均低于野生型烟草。在0℃条件下处理5 h,转MsZAT 10基因烟草与野生型烟草相比积累更多的脯氨酸和可溶性蛋白,但丙二醛(MDA)含量要低于野生型烟草。另外,在300 mmol·L^-1 NaCl溶液中处理4 d,转MsZAT 10基因烟草的打孔叶圆片仍保持绿色而野生型烟草明显失绿。以上结果表明MsZAT 10基因在提高烟草对低温和盐胁迫的抗性方面具有重要的作用。

大麦基因组和分子育种研究进展

大麦(Hordeum vulgare L.)是世界上重要的谷类作物之一,其二倍体特性使其成为麦类作物基因组研究的重要材料。随着大量分子标记图谱、BACs文库、突变集合和DNA阵列技术的应用,大麦基因组测序工作已不断深入,越来越多的大麦基因组信息使综合分析大麦基因组结构和功能,了解基因表达网络同重要农艺性状之间的关系成为可能。就大麦基因组研究内容,如ESTs系统、物理图谱的构建、功能基因组学研究和大麦分子育种研究作简要综述,为进一步阐述大麦基因组结构和功能特性,提高大麦分子育种能力提供理论依据。

7个大穗型小麦-黑麦代换系间杂交后代的形态学与SSR分析

对从小麦-黑麦代换系5R/5A与1R/1D杂交后代中选育的大穗型品系1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11进行形态学与SSR分析。结果表明,7个品系田间表现遗传性稳定,且具有黑麦大穗、抗病等优良性状;利用黑麦特异引物PSC119.1确定7个品系均导入了黑麦染色体片段,引物SCM138扩增结果表明,在1-6、1-7、1-8、1-9、1-10中导入了黑麦染色体5RS片段,引物SCM120、TSM604可以在7个品系中稳定扩增出黑麦5R长臂和1R短臂特异片段。以上结果可为小麦遗传育种与品质改良提供基础材料。

小黑麦对石油污染盐碱土壤细菌群落与石油烃降解的影响

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率。结果表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67%和33.20%。从6个土壤样品中分别获得21398—27899条测序序列。在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤。同时,在“门”,“纲”,“属”的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gamma-proteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等。有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物。本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果。研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础。

NGS技术在作物基因组研究中的应用

新一代测序技术(Next-generation sequencing,NGS)在阐明复杂和高度重复的基因组结构,DNA序列与基因组结构变异同重要农艺性状之间的关系等方面具有重要作用。从NGS系统的开发与作物基因组测序,NGS与转录组分析,NGS与全基因组关联图谱,及SNPs开发与预测育种等方面,综述了NGS技术在作物基因组研究中的应用,可为作物基因组研究提供理论基础。