应用GGE双标图分析甘蔗品种(系)的产量和品质性状

采用GGE双标图分析7个甘蔗参试品种(系)在7个试点的产量和品质性状。结果表明,云蔗05-51(YZ05-51)为单茎产量高且稳定性强的品种,福农39(FN39)和柳城03-1137(LC03-1137)的单茎产量较高,但稳定性较差;福农38(FN38)、粤甘35(YG35)和新台糖22(ROC22)有效茎数较高,但稳定性较差;福农39(FN39)和云蔗05-51(YZ05-51)为蔗茎产量较高且稳定性强的品种,福农38(FN38)和柳城03-1137(LC03-1137)蔗茎产量高,但稳定性较差;福农39(FN39)和赣南02-70(GN02-70)为甘蔗蔗糖分较高且稳定性强的品种,云蔗05-51(YZ05-51)和福农38(FN38)甘蔗蔗糖分较高,但稳定性较差;福农39(FN39)为产糖量较高且稳定性较强的品种,福农38(FN38)、云蔗05-51(YZ05-51)和柳城03-1137(LC03-1137)的产糖量较高、但稳定性较差。云南瑞丽和云南临沧2个试点单茎产量的代表性和区分力较强;云南保山和广西来宾2个试点有效茎数的代表性和区分力较强;广西崇左和云南临沧2个试点蔗茎产量的区分力较强;广西百色和柳州2个试点甘蔗蔗糖分的区分力较强;广西百色和云南临沧2个试点产糖量的区分力较强。

甘蔗过氧化物酶基因ScPOD02的克隆与功能鉴定

过氧化物酶(POD)广泛存在于植物各种器官及其不同发育阶段,在植物生长发育及应对逆境胁迫中起重要作用。本研究基于前期转录组数据,从黑穗病菌侵染2 d的甘蔗抗黑穗病品种崖城05-179中分离到ScPOD02基因的cDNA(GenBank登录号为KU593507)及基因组DNA(GenBank登录号为KU593508)序列。其cDNA全长为1434 bp,ORF区为1047 bp,编码348个氨基酸,而基因组DNA全长为1558 bp,含2个外显子和1个内含子。系统发育树显示,ScPOD02与水稻Os Prx11(GenBank登录号为gi|55700889)属于同一个进化分支,推测ScPOD02属于酸性胞外分泌/细胞壁类型的I.1型过氧化物酶家族。将该基因克隆到原核表达载体p ET 32a上,转化大肠杆菌BL21,经异丙基-β-d-硫代半乳糖苷诱导成功获得了大小约60 k D的融合蛋白,且该重组菌在聚乙二醇胁迫下的长势较对照快,表明其耐受干旱胁迫的能力更强。实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析表明,除ROC22和YZ03-103外,ScPOD02基因在甘蔗抗病品种(YZ03-258、YZ01-1413、YT96-86和LC05-136)中受黑穗病菌诱导上调表达,但在中感(GT02-467和FN39)和感病(FN40)品种中的基因表达量基本维持不变或略有降低;此外,ScPOD02积极应答水杨酸、脱落酸、聚乙二醇及氯化钠的胁迫。通过农杆菌介导法在本氏烟叶片上瞬时表达ScPOD02,结果显示出较深的DAB染色,且过表达后本氏烟中的目标基因(ScPOD02)及过敏性反应(HR)标记基因(Nt HSR201和Nt HSR203)和乙烯合成依赖基因(Nt EFE26和Nt Accdeaminase)均上调表达。以上研究结果显示,ScPOD02具有参与甘蔗免疫应答及抗旱和抗盐害的潜在功能。

基于HA-GGE双标图的甘蔗试验环境评价及品种生态区划分

采用遗传力校正的GGE双标图(heritability adjusted GGE,HA-GGE),分析基因型(G)、环境(E)、基因型与环境互作效应(GE)对产量变异的影响,对14个试验点的分辨力、代表性和理想指数进行分析,并对这些试验点的生态区进行划分。结果表明,甘蔗试验环境对产量变异的影响大于基因型和基因型与环境互作;互作因素中以环境×基因型的互作效应最大,基因型×年份的互作效应最小。广东遂溪(E3)和广西崇左(E6)为最理想试验环境,对筛选广适性新品种和鉴别理想品种的效率最高;福建福州(E1)、福建漳州(E2)、广东湛江(E4)、云南保山(E11)、云南临沧(E13)、云南瑞丽(E14)为理想试验环境;广西百色(E5)、广西河池(E7)、海南临高(E10)、云南开远(E12)为较理想试验环境;广西来宾(E8)、广西柳州(E9)为不太理想的试验环境。根据HA-GGE双标图分析结果,可将我国甘蔗生态区划分为3个,即以广西百色、河池、来宾和柳州为代表的华南内陆甘蔗品种生态区,以云南保山、开远、临沧、瑞丽为代表的西南高原甘蔗品种生态区,涵盖福建福州、漳州、广东湛江、遂溪、广西崇左等试点的华南沿海甘蔗品种生态区。

甘蔗CIPK基因的同源克隆与表达

CIPK （calcineurin B-like-interacting protein kinase）是植物特有一类的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用,尤其与非生物逆境胁迫（干旱、高盐、ABA等）的信号传导密切相关。根据玉米CIPK15基因（EU957447.1,2247 bp）核酸序列保守区域设计1对同源克隆PCR引物,以甘蔗品种崖城05-179的cDNA为模板,通过RT-PCR扩增得到甘蔗CIPK基因的一条全长cDNA序列（GenBank登录号为 KM114052）。序列分析结果表明,甘蔗ScCIPK基因全长1782 bp,具有完整的开放阅读框（ORF,91~1631 bp）,编码513个氨基酸,该基因具有CIPK基因的2个特征结构域（Kc-like superfamily和AMPKA-C-like superfamily）。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白定位于内质网,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要参与中间代谢。实时定量PCR表达分析表明,该基因表达具有组织特异性,虽在甘蔗各组织中均有表达,但在芽中的表达量最高。该基因在PEG、NaCl、ABA、SA和MeJA的胁迫诱导过程中,受ABA胁迫后表达量最高,约为对照的5.3倍,推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关。

甘蔗CDK基因的cDNA全长克隆与表达分析

植物细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,与周期蛋白(Cyclins)协同作用,是重要的细胞周期性调控因子。本研究从甘蔗受花叶病毒侵染的转录组数据库中获得一条与高粱(Sorghum bicolor)CDK基因(Gen Bank登录号为XP_002466536.1)高度同源的Unigene序列,通过RT-PCR扩增获得长度为1799 bp的甘蔗Sc CDK基因(Gen Bank登录号为KR258796)。序列分析显示Sc CDK基因含一个完整的开放阅读框(65~1603 bp),编码512个氨基酸,且具有CDK典型保守结构域,如ATP结合位点、磷酸结合位点及活化环A-loop。此外,生物信息学预测显示该基因编码的蛋白定位于细胞核,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为无规则卷曲,主要参与蛋白翻译。实时荧光定量PCR分析表明,Sc CDK基因的表达具有组织特异性,其在蔗芽上的表达量最高,其次是在蔗肉、蔗根、叶鞘和蔗皮中;在PEG、Na Cl和ABA的胁迫诱导过程中,Sc CDK均表现上调作用,且受ABA胁迫后表达量最高,约为对照组的1.9倍。推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关,同时受ABA的诱导,参与细胞周期分裂。