蚕豆自噬基因鉴定及响应干旱胁迫分析

【目的】根据转录组测序结果鉴定蚕豆自噬(Augophagy, ATG)基因,分析其对干旱胁迫的响应,为深入研究该类基因在干旱胁迫下的作用机制提供理论参考。【方法】利用蚕豆干旱胁迫转录组测序(RNA-seq)数据,根据swiss-port、NCBI、Ensemble等数据库的注释,筛选和鉴定蚕豆ATG基因;通过Smart、MEGA-X、MEME等软件进行保守结构域、亚细胞定位预测、系统发育树和motif等进行生物信息学分析。基于转录组数据,分析ATG基因在蚕豆CDAS105(耐旱)和鄂蚕1号(敏感)品种中干旱胁迫下的表达差异。【结果】筛选注释得到12个蚕豆ATG基因,均含有Autophagy结构域。根据C端结构域的不同将其分成5个亚族:ATG3、ATG6、ATG8、ATG18和ATG26。蚕豆ATG基因与拟南芥、玉米、水稻、酵母共同构建的进化树,发现同一C端结构域的基因聚集在一起。亚细胞定位预测结果显示:11个蚕豆ATG基因定位于细胞外,1个ATG蛋白定位于细胞质中。基因结构分析表明,蚕豆ATG家族基因的DNA序列中均无内含子,且均由UTR区和CDS区组成。保守基序分析鉴定出这些蛋白含有20个mortif。基于干旱胁迫转录组数据的ATG基因表达模式分析结果显示,ATG18b、ATG18c和ATG8a在干旱处理16或64 h后在抗旱品种中较敏感品种表达上调,且ATG8a在抗旱品种中随着干旱处理时间的增加表达进一步增强。【结论】从蚕豆中鉴定得到了12个ATG基因,分布于5个亚家族,ATG8a、ATG18b和ATG18c响应干旱胁迫,可以作为潜在的基因资源改良蚕豆种子萌发耐旱能力。

病毒诱导基因沉默技术在豆科植物中的应用

病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种基于转录后基因沉默的反向遗传学研究方法,用于快速鉴定基因功能。该技术具有实验周期短、操作简便、低成本、高效率、获得表型快以及高通量等优点,被广泛地应用于植物基因功能研究。豆科植物作为人类食品中淀粉、蛋白质、油和蔬菜的重要来源之一,具有重要的经济价值。本文从VIGS的技术原理、VIGS载体的开发和改良、VIGS在豆科植物中的应用等方面进行了综述,分析了VIGS技术在豆科植物中存在的问题,并展望了其应用前景。

6-苄氨基腺嘌呤对江汉平原小麦开花后渍害的缓减效应研究

于2011~2012年度及2012~2013年度开展小麦开花后渍水试验,研究开花后渍水对小麦产量的影响及渍水前喷施6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)对产量的效应。结果表明,2011~2012年度及2012~2013年度江汉平原小麦开花期至成熟期均有持续降水分布,其中2011年4~5月累计降雨量达194.1mm,2012年同期累计降雨量达285.5mm,表明江汉平原小麦生殖生长期有较大渍害风险。本试验研究表明,开花后渍水,小麦植株衰老进程加速,叶片严重早衰失绿,旗叶光合速率降低;渍水前喷施6-BA,可缓减叶片衰老趋势,缩小旗叶光合速率降低幅度。开花后渍水亦导致根系活力降低,渍水前喷施6-BA可缓减根系活力降低,其中至灌浆中期,渍水处理根系活力仅为对照的56.3%,6-BA+渍水处理根系活力较渍水处理提高6.6%,差异达显著水平。渍水处理生物产量及籽粒产量均显著低于对照,渍水前喷施6-BA,生物产量、籽粒产量较渍水处理比较均有所提高,其中生物产量较渍水处理提高7.7%,籽粒产量提高13.7%。总之,在本试验条件下,开花后渍水导致光合速率、根系活力、生物产量、籽粒产量等显著降低,渍水前喷施6-BA可在一定程度上缓减渍害效应,在渍害发生后促进籽粒产量形成,据2011~2012年度及2012~2013年度产量结果估算,渍水前喷施6-BA相当于每666.7m2可减少42.7kg产量损失,即约1/3以上的田块未发生渍害。

喷施外源6-BA对小麦孕穗期渍害的调控效应

为深入研究外源6-BA(6-苄氨基腺嘌呤)对江汉平原冬小麦孕穗期渍害的调控效应,以江汉平原主栽品种郑麦9023为试验材料,在孕穗期设置渍水、喷6-BA+渍水2种处理,并以不渍水不喷6-BA处理为对照(CK),研究在小麦孕穗期遭遇渍害时外源6-BA对小麦生理生化指标的调控效应以及对子粒产量的影响。结果表明,孕穗期渍水显著降低旗叶净光合速率、干物质积累量及穗粒数,对子粒产量也造成显著影响;渍害还会加速植株衰老,增加旗叶和倒三叶中丙二醛(MDA)含量。渍水前喷施外源6-BA有助于孕穗期渍水后旗叶净光合速率和干物质积累量的恢复,且显著降低旗叶和倒三叶MDA含量,对穗粒数和产量也有很好的恢复效果。总之,孕穗期遭遇渍害会改变整个植株生理生化代谢,喷施6-BA有助于增强小麦的抗渍性及协调产量构成因素间的关系,从而达到产量恢复的效果。