水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在种子萌发过程的时空表达特征及非生物胁迫下的表达模式。【结果】从PlantTFDB数据库鉴定获得13个水稻WOX基因家族成员(OsWOX1~OsWOX13),可分为3个分支,其中,远古进化支仅含1个基因,中间进化支和现代进化支分别含有6个基因。13个OsWOXs家族基因不均匀地分布在水稻的1、3、4、5、7、8、11号染色体上,其余5条染色体上则不含该家族基因,其基因结构之间存在较大的差异,暗示WOX基因功能具有差异性和多样性。13个水稻WOX蛋白均定位于细胞核,具有Homodomain superfamily保守结构域和10个保守基序,其中Motif 1和Motif 2位于每个蛋白的保守功能域中。OsWOXs基因启动子区域均含有较多的光响应元件和防御胁迫响应元件,种子特异性反应元件(RY-element)存在于OsWOX1、OsWOX9、OsWOX11和OsWOX12基因中。13个OsWOXs基因在水稻种子萌发及逆境胁迫下的表达模式存在明显差异。OsWOX8基因在萌发种子和幼苗中均呈较高的表达量,OsWOX9和OsWOX11基因在种子萌发期表达量较高,而OsWOX2、OsWOX6和OsWOX8基因在幼苗中的表达量较高。干旱胁迫下,幼苗中OsWOX1、OsWOX2、OsWOX4和OsWOX5基因的相对表达量分别是对照(CK)组的15.0倍、8.0倍、3.9倍和3.6倍,而种子中OsWOX3、OsWOX4和OsWOX7基因的相对表达量分别比CK组降低87.2%、86.9%和97.8%。【结论】相较于拟南芥和玉米,水稻WOX基因家族成员在系统发育进化上较先进,仅保留OsWOX8一个古老分支,且其启动子区域均含有大量光响应和胁迫响应元件,推测其在功能上偏向于参与光合作用和逆境应答方面。OsWOXs基因在水稻种子萌发、幼苗及各种非生物胁迫下呈现丰富多样的表达模式,其中OsWOX9和OsWOX11基因为调控种子萌发的关键基因。

应用近红外光谱和化学计量法测定甜玉米种子活力

【目的】建立一种利用近红外光谱和化学计量学检测甜玉米种子活力指数的方法,为种子批量无损筛选提供新方法。【方法】在反射和透射模式下分别收集甜玉米种子的近红外光谱,采用主成分分析和蒙特卡罗交叉验证方法对异常值进行识别与剔除;选取最合适的预处理方法和变量选择方法,建立并选取最优偏最小二乘法预测模型。【结果】对于漫反射活力指数定量分析模型,采用532份样品进行建模研究,其最佳预处理方法为多项式平滑导数(Savitzky-Golay derivative,SG)+均值中心化(Mean Center,MC),最佳变量选择方法为竞争自适应重加权抽样(Competitive adaptive reweighted sampling,CARS),其模型的性能参数校正相关系数(R_(c))、交互验证相关系数(R_(cv))、预测相关系数(R_(p))、校正均方根误差(RMSEC)、交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.826、0.783、0.663、0.137、0.151和0.199。对于透射活力指数定量分析模型,采用415份样品进行研究,其最佳预处理方法为SG一阶导数平滑,最佳变量选择方法为相关系数法(Correlation coefficients,CC),模型的性能参数R_(c)、R_(cv)、R_(p)、RMSEC、RMSECV和RMSEP分别为0.783、0.680、0.728、0.121、0.142和0.133,该模型不存在过拟合现象,说明光谱采集的透射模型可能更适合测定种子活力指数。【结论】透射光谱可获得更多有关甜玉米种子活力的信息,透射模块是光谱采集预测种子活力的较好方法。