AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及抗非生物胁迫基因表达的影响

为明确AtDREB1A基因过量表达对马铃薯生长及基因表达的影响,以马铃薯品种陇薯3号(L3)及其AtDREB1A转基因株系T2为材料,采用盆栽试验,在马铃薯盛花期将盆土含水量控制为田间最大持水量(FWC)的45%~50%,观察转基因前后植株表型,并研究叶片MDA含量、RWC、SOD和POD活性及其基因表达的差异。结果表明,正常浇水条件下2个株系各指标差异不大。胁迫20d后,转基因植株T2的表型明显好于对照L3,且RWC显著高于L3;各株系叶片的MDA含量、SOD和POD活性均明显上升,但转基因植株MDA含量上升幅度较对照小,抗氧化保护酶SOD、POD活性升高幅度较对照大,说明转基因植株细胞膜损伤和膜脂过氧化程度较轻,植株的耐旱性明显提高。转录组测序及生物信息学分析发现,转基因材料T2相对于L3的差异表达基因共430个,其中上调表达基因287个,下调表达基因143个。功能注释和显著性富集结果表明,差异表达基因富集涉及GO功能分类体系中生物过程、细胞组分和分子功能3个大类别,且大部分集中在细胞内和膜上,主要涉及信号传导、氧化还原、生物调解、应激反应、发育过程、系统免疫过程、核酸和蛋白结合转录因子活性、转运活性及催化活性。其中抗非生物胁迫相关蛋白PPR、HSP、P450、MLO等家族的大量基因表达量发生较大变化,说明这些基因在转AtDREB1A基因马铃薯抵御干旱过程中发挥着非常重要的作用。本研究为进一步解析AtDREB1A基因提高马铃薯抗旱性的调控网络奠定了基础。

草铵膦对转基因抗草铵膦马铃薯田间杂草的防效及安全性评价

为了解草铵膦对转基因抗草铵膦马铃薯田间杂草的防效及对马铃薯和环境的安全性,本研究在转基因抗草铵膦马铃薯苗期向田间杂草和马铃薯茎叶定向喷施有效成分分别为0(G0)、847.5(G1)、1 271.25(G2)和1 695 g·hm-2(G3)的草铵膦,系统比较了药后1、4、11和20 d时马铃薯叶片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,药后30和45 d时马铃薯植株的平均株高、茎直径、根茎叶鲜干重和杂草株数,以及成熟期马铃薯块茎营养品质、单株产量、土壤和块茎中草铵膦残留在各处理间的差异。结果表明,药后不同时期,各处理间的马铃薯叶片MDA和Pro含量、SOD和CAT活性均无显著差异。药后30和45 d时,除各草铵膦处理区的根茎叶鲜干重显著高于清水对照外,各处理间的马铃薯株高、茎直径和成熟期块茎营养品质均无显著差异,说明试验剂量的草铵膦对马铃薯生长发育及品质无显著影响。与清水对照相比,各剂量的草铵膦对杂草均有明显的防除效果,且可以明显地提高马铃薯的单株产量,杂草的株、鲜重防效和成熟期马铃薯单株产量在各处理间的差异均依次表现为G3>G2>G1,但在土壤和块茎中均未检测到草铵膦残留。综上,采用有效成分1 695 g·hm-2草铵膦可以有效防除杂草,对马铃薯安全,且在土壤和马铃薯块茎中未检出草铵膦残留。本研究结果为草铵膦的科学使用提供了理论依据。

马铃薯PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

作为关键信号分子,脱落酸(ABA)通过其核心信号通路PYLs-PP2Cs-SnRK2s广泛调控植物的生长发育和逆境响应过程,PYLs蛋白作为ABA信号传导的核心组件,在ABA信号传导中发挥着不可替代的作用。为探究PYLs(PYR/PYL/RCARs)基因在马铃薯中的进化以及表达模式,本研究从马铃薯全基因组‘DM-v 6.1’共鉴定到17个StPYLs基因,并对其分布、蛋白理化性质、系统进化、基因结构特征以及基因表达模式进行了分析。结果表明,17个StPYLs基因不均匀分布在8条染色体上,其氨基酸大小在163~231 aa之间,等电点在4.5~8.6之间,相对分子量在18.71~25.29 kD之间。根据基因结构和蛋白的系统发育特征,StPYL家族成员共分为3个亚组,motif 1存在于本家族所有基因中,说明它在StPYLs的进化过程中较为保守。基因表达模式分析表明,StPYL家族成员具有明显的组织表达特异性,且除StPYL1在外源激素(BAP、ABA和IAA)和非生物胁迫(高温、盐和干旱)下均上调表达外,其余基因存在功能分化,不同胁迫下的表达模式各异。本研究结果为进一步阐明StPYLs基因在马铃薯中的功能奠定了理论基础。

不同除草剂对转Bar基因马铃薯田间杂草的防效及安全性分析

为了安全防除抗草铵膦转基因马铃薯田间杂草,以转Bar基因马铃薯为试验材料,分析比较了有效成分1440 g·hm^(-2)灭草松(T1)、99 g·hm^(-2)11%砜嘧磺隆·精喹禾灵(T2)、1440 g·hm^(-2)灭草松+99 g·hm^(-2)11%砜嘧磺隆·精喹禾灵复配剂(T3)、1695 g·hm^(-2)草铵膦(T4)、923 g·hm^(-2)草甘膦(T5)和清水(CK)处理下杂草防效、马铃薯生长指标、块茎产量及品质特性和药剂残留情况。结果表明,草甘膦在杀灭杂草的同时,也杀死了马铃薯植株,受害率达100%;灭草松、11%砜嘧磺隆·精喹禾灵和草铵膦对马铃薯均未产生药害,但因对杂草的防效不同而导致达到的增产效果差异显著。药后45 d时,灭草松和11%砜嘧磺隆·精喹禾灵复配剂(T3)对阔叶杂草的株、鲜重防效较灭草松单独处理(T1)分别提高35.13和38.71个百分点,较11%砜嘧磺隆·精喹禾灵单独处理(T2)分别提高23.88和16.29个百分点,对禾本科杂草的株、鲜重防效较T1分别提高78.36和80.92个百分点,较T2分别提高11.85和8.23个百分点,马铃薯单株产量较CK、T1和T2分别增加58.39%、35.52%和11.44%。草铵膦(T4)对阔叶和禾本科杂草的株、鲜重防效都显著高于T1、T2和T3,单株产量较CK、T1、T2和T3分别增加67.40%、43.24%、17.79%和5.6%。因此,用有效成分1695 g·hm^(-2)的草铵膦可以高效防治转Bar基因马铃薯田间杂草,但为了防止转Bar基因马铃薯连作时,因靶标除草剂草铵膦作用单一而诱导杂草产生草铵膦抗性的风险,建议用有效成分1440 g·hm^(-2)的灭草松和99 g·hm^(-2)11%砜嘧磺隆·精喹禾灵复配剂与草铵膦轮换防治杂草。本研究为转Bar基因马铃薯大面积种植中田间杂草的科学防治提供了科学依据。

临洮县水川区马铃薯品种比较试验

为了筛选适宜临洮县水川区及相近生态区栽培的马铃薯品种,引进马铃薯品种11个,并以当地主栽品种‘克新1号’为对照进行了品种比较试验。结果表明,‘冀张薯12号’和‘LK99’产量分别为76 709和59 247 kg/hm2,分别较对照产量(48 253 kg/hm2)增加58.98%和22.79%,增产达极显著水平,综合性状优良;‘费乌瑞它’、‘中薯5号’和‘克新23号’产量与对照相当,但生育期较短。生产中可根据具体要求选择品种。

‘陇薯8号’马铃薯块茎淀粉积累特性及淀粉-蔗糖代谢途径转录组分析

为探究超高淀粉马铃薯品种‘陇薯8号’的淀粉积累特性及调控的关键基因,以露地平播种植的‘陇薯8号’为试材,对盛花期(T_(1))至其后15(T_(2))、30(T_(3))、45(T_(4))和60 d(T_(5))的块茎进行蔗糖、淀粉含量测定与转录组测序及相关分析。结果表明:在整个取样期内,蔗糖含量在T_(1)—T_(3)期显著降低,之后有所回升;总淀粉含量随着发育进程的推进不断增加,其中T_(2)—T_(3)为激剧增长期,T_(3)—T_(5)增长较缓慢。转录组测序共获得14 634个基因在不同发育时期块茎中的转录表达数据,4个相邻时期比较组T_(1) vs T_(2)、T_(2) vs T_(3)、T_(3) vs T_(4)和T_(4) vs T_(5)的差异表达基因总数分别为1 279、427、184和300个,功能注释和代谢通路分析发现共有24个淀粉与蔗糖代谢途径相关的基因在各时期差异表达,其中只有蔗糖合酶基因Soltu.DM.09G031820和Soltu.DM.07G013370、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因Soltu.DM.01G049590、淀粉合酶基因Soltu.DM.02G027020和糖原磷酸化酶基因Soltu.DM.03G007710在整个取样期都高水平表达,且在T_(2)和T_(5)时期的表达量均高于低淀粉品种‘陇薯13号’。结合蔗糖、淀粉含量和基因表达的动态变化规律,推测Soltu.DM.09G031820、Soltu.DM.07G013370、Soltu.DM.01G049590和Soltu.DM.02G027020可能在‘陇薯8号’块茎淀粉的合成和积累中发挥重要的调控作用。