新农科背景下园艺植物育种学智慧教学模式探索与实践

针对园艺植物育种学传统教学过程中“以教师为中心、学生无差异对待、考核重结果”等教学痛点,在我校信息化建设已初见成效的背景下,园艺植物育种学教学团队对本课程教学模式进行创新与改革。以“以学生为中心、教师为主导”原则,采用计算机信息技术辅助教学,将学习过程分为课前、课中、课后:课前注重学习前移,引导学生自主学习,先期掌握核心知识;课中以生为本,采用智慧课堂,根据不同教学内容进行混合式教学,同时加强学生思政教育;课后根据学生差异,结合实验、实践、实习,进行分类分层次培养,注重园艺植物育种学知识的应用与提升。教学全过程应用互联网信息技术,并基于动态学习数据分析,形成智慧教学模式,实现学生学习的自主自助性、探索性和应用性。

蔬菜育种学实践教学改革探析——以安徽农业大学为例

蔬菜育种学应用性较强,需要加强实践教学,以增强学生的动手能力,培养应用型人才。以安徽农业大学为例,从提高设计性大实验比重、充分发挥试验站教学功能、增加实践基地数量、优化实践基地结构、增加专职实践教学教师、增强青年教师培训、探索实习基地建设新模式等方面探讨了蔬菜育种实践教学改革措施,以促进蔬菜育种学教学效果提升,培养优秀人才。

基于多元统计分析对芥菜营养品质的综合评价

为建立芥菜营养品质标准评价体系,筛选优良品质的芥菜品种,采用多元统计分析方法(相关性分析、主成分分析、模糊数学隶属函数分析、聚类分析),对14份芥菜材料的干物质、VC、粗蛋白、粗纤维、葡萄糖、果糖、草酸、苹果酸、柠檬酸9个品质指标进行综合评价。结果表明:14份芥菜材料的9个品质指标均存在显著差异,变异系数在16.46%~66.67%之间,说明不同芥菜材料单一指标间的差异较大。主成分分析综合品质得分较高的是1917012、1917396、1917381,较低的是1917351、祥瑞182;通过模糊数学隶属函数分析和聚类分析评价,营养品质优良的芥菜材料为1917396、1917397、1917381,较差的为1917152、祥瑞182。综合来看,芥菜材料1917396和1917381表现优异,营养品质好。这2份材料的干物质、VC等含量较高,也证明该评价体系可以极大的消除单一指标的差异。

PBL模式在园艺植物组织培养教学中的实践应用

本文针对园艺植物组织培养课程的教学目标和教学现状,分析目前该课程教学过程中存在的问题,并运用基于问题学习教学法在园艺植物组织培养教学中进行实践研究。结果表明,该教学方法不仅能调动学生的学习积极性,而且能够培养学生的自学能力,提高学生的学习效率和学习成绩。

萝卜春化响应相关基因鉴定及表达模式分析

抽薹开花是十字花科蔬菜最重要的性状之一。秋冬季节低温环境,使萝卜(Raphanus sativus L.)过早完成春化,导致未熟抽薹,严重影响产量与品质。本研究采用多重序列比对及系统进化树构建等生物信息学技术,鉴定出萝卜抽薹开花相关基因272个。对萝卜NHJS1、NHJS2和2#材料不同春化阶段的转录组数据进行重分析,筛选出春化相关基因;再结合META分析技术,共确定萝卜春化响应关键基因25个。利用蛋白质-蛋白质互作网络(PPI)分析了春化响应关键基因之间潜在的互作关系。对富集在春化、冷响应、赤霉素生物合成与信号转导途径上的春化响应关键基因进行了实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析,结果显示,RsGA20ox 1、RsAGL 18、RsFLC 2等基因在萝卜春化响应中发挥着重要作用。研究结果为深入解析萝卜春化分子机制奠定了基础。

乌菜BcVIL2基因克隆及春化响应表达分析

【目的】从乌菜(Brassica campestris L.)中克隆VIN3⁃LIKE 2(VIL2)基因并进行生物信息学与表达分析,为进一步研究BcVIL2基因功能奠定基础。【方法】以‘徽乌19’为试验材料,利用同源克隆等技术获得BcVIL2基因,对其序列进行蛋白分子量(MW)、糖基化位点、二级结构等生物信息学分析;利用荧光定量PCR等技术分析其应答春化表达模式。【结果】BcVIL2基因ORF(Open reading fragment)全长为1296 bp,共编码431个氨基酸,属于亲水性蛋白,预测含有1个潜在的糖基化位点和59个潜在的磷酸化位点,蛋白分子量为47.91 kDa,理论等电点(pI)为8.27;其二级结构主要由α⁃螺旋与无规则卷曲组成;亚细胞定位预测其可能在细胞核中发挥作用;同源序列比对分析显示该基因与芸薹属植物VIL2基因同源性较高;亲缘进化树分析也显示该基因与白菜(B.rapa,syn.B.campestris)和芥菜(B.juncea)VIL2基因亲缘关系很近;荧光定量PCR结果表明,盛花期时BcVIL2基因在根中表达量最低,在荚中表达量最高,而叶中表达量显著低于茎和花中表达量;一月苗龄植株春化后BcVIL2基因的表达量显著低于未春化时的表达量。【结论】乌菜VIL2基因响应春化负表达,与春化反应相关基因BraA01g032910.3C、BraA05g026410.3C与BraA10g016160.3C密切相关,可能存在互作关系,本研究结果为深入分析BcVIL2基因的功能提供了良好基础。

白菜PRX基因家族的鉴定与生物信息学分析

为深入研究白菜(Brassica rapa)第Ⅲ类过氧化物酶(classⅢperoxidases,PRX)家族基因(BrPRX)的相关功能,通过全基因组分析技术鉴定其家族成员,并对其进行生物信息学分析。结果表明:白菜基因组共有121个PRX基因,含有0~9个数量不等的内含子,在染色体上呈不均等分布,并有多对基因串联重复;系统进化树分析将白菜与拟南芥PRX家族基因分成5个簇;共线性与Ka/Ks分析表明,白菜和拟南芥之间有较高的同源性,且大部分BrPRX家族基因在进化中受到纯化选择;顺式作用调控元件分析发现,8个BrPRX基因与激素响应调节、光响应和抗逆等相关;此外,转录组数据表明,BrPRX基因具有组织表达特异性,且部分BrPRX基因在雄性不育材料中下调表达。上述研究结果为进一步研究白菜PRX基因功能奠定了基础。

白菜NAC基因家族全基因组鉴定及其应答春化反应的表达分析

[目的]本文旨在鉴定白菜NAC(NAM-ATAF 1/2-CUC2)基因家族并对其应答春化反应的表达进行分析。[方法]利用生物信息学软件及公共数据库,全基因组鉴定白菜NAC基因家族成员,并对其染色体位置、基因结构特征、进化及复制模式等进行分析;利用转录组数据和RT-qPCR技术分析白菜NAC基因的表达模式以及其应答春化反应的表达水平。[结果]白菜NAC基因家族成员共有188个,基因结构及保守基序差异较小,大部分成员含有2~6个内含子。系统进化树分析表明,白菜与拟南芥NAC基因家族成员分为7个亚簇。基因表达模式分析发现,大部分BrNAC基因表达具有组织特异性,仅少数成员在各组织中具有较高的表达丰度。春化反应转录组及RT-qPCR分析发现,白菜NAC基因家族中有5个成员(Bra 004385、Bra004736、Bra031950、Bra036327、Bra033296)在白菜应答春化过程中维持较高的表达丰度。[结论]白菜NAC基因家族的扩张主要来源于基因复制事件,与拟南芥NAC基因家族关系密切,部分基因可能来自同一祖先。白菜NAC基因家族在各器官中的表达具有组织特异性,其中5个BrNAC基因在应答春化反应中具有重要作用。

白菜bZIP转录因子基因家族应答春化反应关键基因表达分析

为研究白菜(Brassica rapa)碱性亮氨酸拉链(Basic leucine zipper,bZIP)转录因子家族基因(BrbZIP)的相关功能,通过生物信息学分析技术,鉴定全基因组的BrbZIP基因家族成员,并对其染色体分布、进化关系、表达模式及其应答春化反应等进行了分析。白菜bZIP转录因子基因家族共有118个成员,在染色体上不均等分布。白菜组织转录组分析结果显示,大部分BrbZIP基因在根、茎、叶、花及荚中均有较高的表达丰度,且具有组织表达特异性;春化反应转录组、荧光定量PCR及相关基因互作网络分析结果表明,白菜bZIP基因家族中应答春化反应相关基因上调与下调表达基因数量差异不大,相互之间存在复杂的互作网络,其中4个成员(Bra039631、Bra020620、Bra004550与Bra020471)是应答春化反应的中心节点。

过表达CsMADSs拟南芥的表型变化及CsMADSs表达水平

为探究黄瓜Cs MADSs的功能,构建了黄瓜Cs MADS08及Cs MADS21基因的真核表达载体并转化烟草,研究其在烟草中的亚细胞定位;同时通过农杆菌介导法转化拟南芥,经潮霉素筛选及分子检测,获得阳性株,观察转基因后代植株的表型变化情况;实时荧光定量PCR检测Cs MADS08和Cs MADS21在转基因后代植株各器官中的表达情况。结果显示,Cs MADS08定位于细胞膜和细胞核上,而Cs MADS21定位于细胞膜上。表型分析结果显示,过表达Cs MADS08基因的拟南芥叶片发紫,侧枝少,且侧枝上出现莲座状的茎生叶;而过表达Cs MADS21植株的侧生花序及果荚都比野生型多,且花期早,果实成熟早。荧光定量PCR结果显示,CsMADS08基因主要在茎中表达,而Cs MADS21基因则主要在花中有高表达。该研究可为进一步明确黄瓜CsMADSs基因的功能及培育黄瓜新品种提供参考依据。

桃软腐病的病原菌鉴定与高效防治药剂筛选

【目的】为明确早熟桃软腐病的病原菌种类,并评价其在不同桃品种中的致病力差异;筛选评价不同药剂对致病菌的毒力和活体接种防效。【方法】根据科赫式法则对病原菌进行分离、鉴定及致病性测定,采用室内离体接种法测定5个桃品种的果实对该病原菌的抗性。采用菌丝生长速率法和孢子萌发法测定15种药剂对桃软腐病病菌的毒力,通过贮藏试验验证药剂对桃软腐病的防效。【结果】分离获得了27株形态特征相同的菌株。结合rDNA-ITS和rDNALSU克隆与系统进化树分析明确病原菌为Gilbertella persicaria。室内离体接种48 h后,测量显示中油19号和中桃红玉的病斑直径最小。微孔板毒力测定结果表明,在供试的15种药剂中,吡唑醚菌酯抑制效果最明显,EC50为0.168mg·L^(-1)。采后贮藏试验结果显示苯醚甲环唑处理抑菌效果最好。【结论】引起桃软腐病的致病菌为Gilbertella persicaria,且中油19号和中桃红玉较抗病。吡唑醚菌酯和苯醚甲环唑对该菌有很好的防效,在桃软腐病田间防治中具有较大的应用潜力。

十字花科植物抗氧化基因(OXR)的鉴定与生物信息学分析

OXR(Oxidation resistance)基因含有TLDc保守结构域,能够有效清除活性氧,在细胞抗氧化损伤中起着重要的作用。本研究基于小盐芥(Thellungiella halophila,Tha)、白菜(Brassica rapa,Bra)、甘蓝(Brassica oleracea,Bol)、黑芥(Brassica nigra,Bni)、甘蓝型油菜(Brassica napus,Bna)、芥菜型油菜(Brassica juncea,Bju)和胡萝卜(Daucus carota,Dca)7种十字花科植物基因组数据库,通过与拟南芥(Arabidopsis thaliana,At)的6个OXR基因序列比对,共筛选鉴定出所选植物的50个OXR基因家族成员,并对其进行生物信息学分析。系统进化树的构建表明,OXR基因家族成员有5个亚分支;顺式作用元件分析显示,OXR基因启动子区域含有多个响应温度和激素的顺式作用元件和结合位点,表明十字花科植物的OXR基因家族成员可能参与逆境响应和激素调节;OXR基因在染色体上分布不均匀,并有24对OXR串联重复基因,表明OXR基因具有高度保守性。本研究为进一步揭示植物OXR基因的功能提供了依据。

酥瓜新品种‘淮酥1号’

酥瓜(Cucumis melo L.var.makuwa Makino)新品种‘淮酥1号’是以S06-2与Y08-1杂交育成。果实羊角形,成熟后瓜皮转白绿色,瓜肉绿色,肉质酥脆,中心糖度12.5%以上,商品性好。平均单瓜质量0.8 kg,产量45000~60000 kg·hm^-2。耐低温弱光,适宜沿淮地区春早熟及秋延迟栽培。

辣椒酸性蔗糖转化酶基因家族鉴定及表达

为了探究辣椒酸性蔗糖转化酶基因的多样性,本研究根据已公布的辣椒基因组数据信息,利用生物信息学方法对辣椒酸性蔗糖转化酶(Acid invertase)基因家族成员进行鉴定,对其染色体定位、系统发育树关系、表达模式进行分析。结果表明:辣椒含有9个酸性蔗糖转化酶基因成员(CaVIN01~CaVIN02,CaCWIN01~CaCWIN07),2个属于液泡蔗糖转化酶,7个属于细胞壁蔗糖转化酶。其编码氨基酸长度在513~656 aa之间,分子量大小位于58.19~73.31 kD之间,等电点变化在5.49~8.97区间;染色体定位发现,其中8个基因分布于四条染色体上,CaCWIN06的染色体定位是不确定的;系统发育树的构建来自于4个物种:辣椒、番茄、拟南芥和水稻,系统发育树显示酸性蔗糖转化酶分为两类:液泡蔗糖转化酶(vacuolar invertase, VIN)和细胞壁蔗糖转化酶(cell wall invertase, CWIN),其中细胞壁蔗糖转化酶又分为四个亚支(Ⅰ~Ⅳ);基于RNA-seq分析发现,CaVIN02和CaCWIN03在花和果实发育中呈现高表达,其它基因表达量较低;叶片中CaVIN02和CaCWIN07具有较高表达量,其它基因表达量低;进一步研究发现,在激素胁迫下,CaVIN01、CaVIN02、CaCWIN01、CaCWIN02和CaCWIN07受到激素的诱导,而其它基因几乎无变化;高低温胁迫下CaVIN02和CaCWIN03具有明显的表达量,这两个基因受温度诱导最为明显,其它基因无明显表达。这些结果为深入探讨辣椒蔗糖转化酶基因的功能提供数据基础。

乌菜抽薹开花转录抑制因子BcFLC2的克隆与表达分析

抽薹开花是白菜类作物很重要的农艺性状。开花抑制基因FLOWERING LOCUS C(FLC)是春化过程中的关键基因,并受多个途径的调控。本研究从乌菜(Brassica campestris L.ssp.Chinensis var.Rosularis)中克隆得到FLC序列,命名为BcFLC2,开放阅读框长度591 bp,编码196个氨基酸。序列分析表明,该基因属于Ⅱ型MADS-box家族基因,其蛋白序列二级结构主要由α-螺旋、β-转角及无规则卷曲构成,属于亲水蛋白,亚细胞定位于线粒体中。序列比对及进化树分析发现,该蛋白序列与紫菜苔(B.rapa var.purpuraria)、菜心(B.rapa subsp.chinensis)FLC序列具有较高的同源性(98%)。荧光定量PCR分析表明,随着乌菜的发育,BcFLC2基因在叶片中的表达量逐渐降低;在不同组织中表达差异显著,其中,叶中表达量最高,茎和蕾次之,根中不表达。以上结果表明,BcFLC2基因在乌菜抽薹开花中起到重要的作用。

乌菜春化相关BcGRAS基因鉴定及表达分析

本研究利用GRAS保守结构域的隐马尔可夫模型(PF03514),基于同源搜索策略,全基因组鉴定白菜(Brassica rapa, syn. B. campestris) GRAS基因家族成员。利用生物信息学分析技术,对GRAS基因家族各成员的氨基酸长度、等电点、保守基序与结构域、染色体位置、系统进化关系、亚细胞定位及启动子顺式作用元件(cis-acting element)等进行分析;基于白菜组织转录组数据,分析GRAS基因家族成员的组织表达模式;通过乌菜(B. campestris ssp. chinensis var. rosularis)不同春化时间的转录组数据,筛选BcGRAS基因响应春化反应的关键成员,并利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)方法进行验证。全基因组鉴定结果表明,在白菜基因组中共鉴定出49个BcGRAS基因,各成员含有0~3个数量不等的内含子,并不均等分布在10条染色体上。理化性质分析结果显示, BcGRAS基因家族氨基酸残基大小为249~744 aa,理论等电点(pI)为4.71~8.88。亚细胞定位预测结果表明, 24个BcGRAS蛋白定位在细胞核中。系统进化树分析将49个BcGRAS基因分成8个亚簇。顺式作用元件预测结果发现,所有成员均含有光响应元件,其中19个成员含有低温响应元件。表达模式分析结果显示, BcGRAS基因家族成员在根、茎、叶、花、荚等组织中的相对表达水平存在差异。利用比较转录组学与蛋白互作网络(PPI network)分析发现, 4个BcGRAS基因表达水平在春化前后差异显著;其中2个基因(BraA08g033560.3C、BraA06g040430.3C;芸薹属数据库)可能与赤霉素调控相关基因存在互作关系,推测这2个BcGRAS基因在乌菜响应春化反应中发挥着重要作用。