枯萎病菌诱导感、抗陆地棉品种的转录因子表达变化

以陆地棉抗病品种中棉所12和感病品种新陆早7号为材料,利用Solexa高通量测序技术调查枯萎病菌诱导后不同时间感、抗陆地棉品种转录因子家族及转录因子的表达情况。结果表明,枯萎病菌诱导后,抗病品种中棉所12有39个转录因子家族的433个转录因子在至少一个比对组中表达活性发生变化;感病品种新陆早7号则有52个转录因子家族的588个转录因子在至少一个比对组中表达活性发生变化。新陆早7号对枯萎病菌响应的转录因子及转录因子家族的数目明显多于中棉所12,且2个品种的下调基因数目均多于上调基因。随着枯萎病菌诱导后时间延长,两品种对枯萎病菌诱导响应的转录因子家族及转录因子数量均呈现先增加后降低的变化趋势,中棉所12在枯萎病菌诱导后6 h达最多,而新陆早7号在诱导后3 h达最多。在6个比对组中,表达活性均发生变化的重叠转录因子,中棉所12中有9个,隶属于6个转录因子家族;新陆早7号中有31个,隶属于17个转录因子家族。不同抗病性品种对枯萎病的响应有较强的品种特异性,除37个共有的转录因子家族外,2个转录因子家族是中棉所12所特有,15个转录因子家族是新陆早7号所特有。     

海岛棉枯萎病抗性与类黄酮代谢途径基因表达量的相关性

枯萎病是危害海岛棉生产的重要因素之一,研究枯萎病抗性分子机制将为培育抗病海岛棉品种、解决枯萎病对海岛棉的危害问题提供坚实的基础。本研究在前期转录组测序的基础上,对海岛棉枯萎病抗性差异表达基因进行分析(Differentially Expressed Gene,DEG);以7个抗病性表现不同的海岛棉品种为材料,利用qRT-PCR方法研究抗病差异表达基因在接种0~40 h的表达量差异,分析基因表达量与病情指数的相关性。结果表明,DEG分析得出类黄酮代谢通路相关基因与海岛棉枯萎病抗性有关。qRT-PCR分析显示抗病材料中类黄酮代谢通路关键基因的表达量显著高于感病材料。在接菌后多个时间点,类黄酮代谢通路中的关键基因TT7、CHI和DFR在抗病材料中的表达量显著或极显著高于感病材料,其中CHI和DFR基因的表达量与病情指数呈显著负相关。综上所述,类黄酮代谢通路相关基因对海岛棉枯萎病抗性均有影响,且CHI、TT7和DFR基因是关键基因。     

甜瓜与白粉病菌非亲和互作的数字基因表达谱分析

为探讨甜瓜与白粉病菌非亲和互作在转录水平的分子机制,本研究选用高抗甜瓜品种‘Yuntian930’,利用Solexa高通量测序技术分析甜瓜幼苗接种白粉病菌前0 h和接菌后24 h、48 h和72 h的基因表达谱。与未接种相比,接种后3个时间点分别鉴定出219个、1 784个和2 371个差异表达基因,且上调表达基因数多于下调表达基因数。GO功能分析表明,已注释的差异表达基因显著富集到代谢过程、生物学过程、磷代谢过程、磷酸化及蛋白磷酸化修饰、光合膜、类囊体、氧化还原酶活性和序列特异结合位点等生物学过程。Pathway分析显示,差异表达基因富集到多条物质代谢、次级代谢物合成、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢、光和系统、植物激素信号转导等通路中。比较各接种时间的差异表达基因显示,接种后48 h鉴定出的差异基因和Pathway最多,并发现有7个涉及多胺代谢的差异表达基因,其中6个呈上调表达。这一结果进一步验证了多胺代谢途径基因能有效响应白粉病菌胁迫反应,从而提高对白粉病菌的抵抗能力。利用q RT-PCR验证4个多胺代谢相关基因在接种白粉病菌后的差异表达,其结果与DGE一致,证实了DGE测序结果的可靠性。     

海岛棉枯萎病抗性与类黄酮代谢相关基因表达量的相关

枯萎病是危害海岛棉生产的重要因素之一, 研究枯萎病抗性分子机制将为培育抗病海岛棉品种、解决枯萎病对海岛棉的危害问题提供坚实的基础。本研究在前期转录组测序的基础上, 对海岛棉枯萎病抗性差异表达基因进行分析(DEG, Differentially Expressed Gene); 以7个抗病性表现不同的海岛棉品种为材料, 利用qRT-PCR的方法研究抗病差异表达基因在不同接菌时间点的表达量差异, 并分析基因表达量与病情指数的相关性。结果表明, DEG分析得出类黄酮代谢通路相关基因与海岛棉枯萎病抗性有关。qRT-PCR分析显示抗病材料中类黄酮代谢通路关键基因的表达量显著高于感病材料。在接菌后多个时间点, 类黄酮代谢通路中的关键基因TT7、CHI和DFR在抗病材料中的表达量显著或极显著高于感病材料, 其中CHI和DFR基因的表达量与病情指数呈显著负相关。综上所述, 类黄酮代谢通路相关基因对海岛棉枯萎病抗性均有影响, 且CHI、TT7和DFR基因是关键基因。     

2种黑籽南瓜响应枯萎病菌侵染的转录组学研究

为了筛选白皮黑籽南瓜和绿皮花纹黑籽南瓜抗枯萎病的差异表达基因,挖掘参与抗性相关的代谢通路。以尖孢镰刀菌侵染2 d后和未侵染的2种幼苗叶片作为材料,利用Illumina Hiseq 2500测序技术进行转录组测序分析。以未侵染的幼苗作为对照,白皮和绿皮花纹黑籽南瓜差异表达基因分别有2082和1116个。其中141个基因在2种黑籽南瓜中均呈现出差异表达,62个基因具有相同表达趋势。对差异表达基因进行GO功能注释,结果显示2种黑籽南瓜差异表达基因主要富集在生物学过程中。KEGG代谢通路分析发现白皮有22个差异表达基因显著富集在植物激素信号通路,绿皮花纹有30个差异表达基因富集在苯丙烷生物合成通路。本研究挖掘出黑籽南瓜抗枯萎病差异表达基因,预测了抗性通路,为瓜类抗病机制的深入研究奠定了理论基础。     

海岛棉枯萎病抗性与糖基转移酶类基因表达量的相关性

枯萎病是危害海岛棉生产的重要因素之一，研究枯萎病抗性分子机制是培育抗病海岛棉品种的分子基础。基于对前期转录组测序数据分析，本研究对参与海岛棉抗枯萎病调控的糖基转移酶基因进行了初步研究，以8个不同抗病性的海岛棉品种为材料，在枯萎病菌处理后，利用实时荧光定量PCR检测9个棉花抗枯萎病相关基因进行表达量分析，结果表明，GB＿A03G0575在海岛棉枯萎病侵染过程中随着时间的推移，表达量会先减少再增加，推断其可能在受到病菌胁迫时植物生长会受到影响。GB＿A13G1825和GB＿A11G1787基因在抗病材料中的表达量会比感病材料的多，最大表达量出现的时间，感、抗材料基本一致，推测这些基因对抗病有一定影响，表明在抗病过程中三个基因可能起着比较重要的作用。本研究结果为海岛棉抗枯萎病育种及抗病机理提供候选基因资源。     

烟草与黑胫病菌亲和互作的数字基因表达谱分析

为探讨烟草与黑胫病菌亲和互作在转录水平的分子机制,本研究利用Solexa高通量测序技术分析感病品种红大接菌前0 h和接菌后12 h、24 h、48 h和72 h茎部组织的基因表达谱。将5个时间点样品的Unigene表达量依次进行两两相比,4个时间点分别鉴定出11 434、12 190、5 128、7 428个差异表达基因。GO功能分析表明,已注释的差异表达基因显著富集到细胞组分中的细胞壁、胞外区域和质膜上,分子功能的催化活性、激酶活性、核酸结合转录因子活性和信号转导活性,并主要参与响应刺激、响应胁迫、次级代谢、信号转导等生物学过程。Pathway分析显示,差异表达基因显著富集到多条次生代谢产物生物合成途径和碳水化合物代谢途径,以及与抗病相关的植物与病原菌互作、植物激素信号转导等途径。14类共计36个已知功能差异基因参与植物与病原菌互作Pathway,多数属于PTI途径调控基因,且基因表达量在黑胫病菌侵染中期(48 h)达到最高;仅有4类ETI途径调控基因差异表达,其中抗病负调控因子RIN4在黑胫病侵染前、中期(24 h,48 h)上调表达,信号组分HSP90接菌后24 h下调表达。由此可以推测,受黑胫病菌侵染后,红大品种中PTI途径调控基因能有效响应黑胫病菌胁迫反应,从而提高对黑胫病菌的抵抗能力,而ETI途径调控基因不能有效响应黑胫病菌胁迫反应。本研究初步揭示了烟草黑胫病感病品种在转录水平上的表达差异,为培育优质抗病新品种提供了理论基础。     

茶饼病诱导感、抗茶树品种的基因表达谱分析

为揭示茶树被茶饼病危害诱导的防御反应机制,本研究选择抗病和感病茶树品种为材料,通过转录组测序和数字表达谱分析茶树叶片被茶饼病危害前后的基因表达差异。结果显示,共筛选出差异表达基因974条,其中共有的为122条,抗病品种中特异364条,感病品种中特异的为488条。对差异表达基因进行分析发现,茶饼病危害主要影响了茶树体内代谢途径、内质网蛋白质加工、次生代谢产物的生物合成、植物病原相互作用、植物激素信号转导途径、淀粉与蔗糖的代谢、苯丙醇生物合成等通路中关键基因的表达水平,这些差异基因包括抗病蛋白基因(R protein)、水解酶基因、细胞壁加固基因、转录因子基因、植物激素及其信号转导基因、次生代谢和氧化酶类、转运蛋白等。利用RT-qPCR对筛选的6个基因进行验证,其表达模式与测序结果一致。本研究初步明确了茶饼病侵染对茶树基因转录水平的影响,为揭示茶树抗病的分子机制奠定了基础。     

棉花ERF-B3亚组转录因子基因GhERF5-3的克隆及表达

植物在受到病原菌侵染时,ERF转录因子被诱导调控抗病相关基因的表达。为了研究棉花AP2/ERF-B3类转录因子在棉花抗病调控中的作用,用电子克隆及RT-PCR技术,从陆地棉抗枯萎品种‘中棉所12’根部c DNA克隆得到一个新的ERF转录因子Gh ERF5-3(登录号:MF197875)。利用q RT-PCR检测枯萎病及不同激素处理后该基因的表达。结果表明:其c DNA全长为672 bp,编码223个氨基酸,分子量24.95 k D,等电点为9.04,含有一个典型的保守AP2结构域,通过进化树分析属于B3亚组。枯萎病菌侵染后,随着侵染时间的延长,Gh ERF5-3基因呈现出先增后降的趋势,在24 h时间点,其相对表达量达到峰值;ET和Me JA处理后,Gh ERF5-3基因呈上调表达。SA处理后为下调表达。推断Gh ERF5-3基因响应枯萎病菌。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

Identification of powdery mildew resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L. em Thell.). IX. Cultivars, land races and breeding lines grown in China

The objective of the study was to provide information about the occurrence and distribution of resistance genes in wheat cultivars, including old cultivars, land races and advanced breeding lines grown in China. Ninety-four accessions were analysed with a set of 11 differential powdery mildew isolates. Forty-four cultivars did not possess any major mildew resistance genes. Thirty cultivars revealed the response pattern of individual resistance genes. The most frequently encountered gene was Pm8, which occurred singly in 11 cultivars, combined either with Pm4a in three cultivars or with Pm4b in another three cultivars. However, 12 cultivars possessing the wheat-rye translocated chromosome pair T1BL-1RS did not express Pm8. Gene Pm2 was found in four cultivars and in combination with Pm6 in one cultivar. Genes Pm4a and Pm4b were observed in four and five cultivars, respectively. Another six cultivars carried Pm5. A gene combination of Pm2+Pm4b+Pm6 was found in one cultivar. Twelve cultivars and breeding lines exhibited a response pattern that could not be assigned to resistance genes or gene combinations present in the differential cultivars. Five out of these 12 cultivars/lines showed resistance to all the isolates tested. There is an urgent need to search for novel sources of mildew resistance in order to sustain resistance to existing and emerging powdery mildew pathogens.     

基于GYT双标图对西北内陆棉区国审棉花品种的分类评价

西北内陆棉区是我国最重要的主产棉区,对该棉区历年国审棉花品种进行科学分类和综合评价有利于国审品种资源的合理利用和棉花生产效率的提升。本研究采用GYT双标图分析对2003—2019年期间西北内陆棉区37个国审棉花品种的产量与霜前花率、纤维长度、比强度、马克隆值、枯萎病指数和黄萎病指数等性状的组合水平进行了综合分析和品种分类评价。结果表明,西北内陆棉区37个国审棉花品种可划分为3个特征明显的品种类型。其中,I型品种包括新陆早13号、中棉所49、新陆早21号、巴13222、新46、天云0769、Z1112、新石K18、J206-5、新石K21、禾棉A9-9、创棉508、H33-1-4、金科20、新K28、创棉512和J8031等17个品种,是产量与其余性状组合协调最好的品种类型,在生产上推广应用价值最高。II型品种产量和纤维品质表现一般,抗病性差,在当前生产上应用价值有限。III型品种的抗枯萎病性表现最好,但在其余性状上表现略差,综合生产应用价值有限,也许可作为抗病亲本应用。同时,根据各品种的理想指数筛选出创棉512、J8031、新K28、H33-1-4、金科20、新陆早13号和创棉508等综合表现优良的品种,也鉴别出新陆棉1号、新陆早33号、创棉501号和新陆早51号等综合表现相对略差的品种。本研究采用的GYT双标图分析方法是基于“产量-性状”组合水平对品种进行综合评价和分类研究,产量-性状组合之间的相关关系更加简单,多数组合间表现显著正相关,更适用于品种的多性状直观选择和综合评价,通常比先前的GT双标图解释的变异比率高,双标图模型拟合度更好,结果更可靠。本研究采用GYT双标图分析方法对西北内陆棉区国审品种的分类研究揭示了该棉区国审棉花品种的分类特征和应用价值,为本区的国家棉花品种试验审定提供了借鉴,也为其他作物品种的类似研究提供了范例。     

棉花S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因的克隆及低温下的表达分析

根据棉花S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-adenosylmethionine decarboxylase, SAMDC)基因已知EST序列设计引物,采用RACE和RT-PCR技术克隆获得该基因的全长cDNA序列,命名为GhSAMDC (GenBank登录号为JN020148)。生物信息学分析表明,GhSAMDCcDNA序列全长1 874 bp,涵盖tiny ORF (tORF)、upstream ORF (uORF)和main ORF (mORF) 3个植物SAMDC基因特征ORF。其中mORF长1 064 bp,编码含355个氨基酸残基的SAMDC酶原,预测分子量为38.25 kD,该酶原含有高度保守的酶原剪切位点结构域(LSESSLF)和与SAMDC蛋白快速降解有关的PEST (TIHVTPEDGFSYAS)结构域。GhSAMDC基因组DNA序列全长2 743 bp,包含3个内含子,均位于5'' UTR,其中一个位于uORF内。聚类分析表明,GhSAMDC与葡萄中该蛋白的同源关系最近,并且与其他双子叶植物聚为一类。荧光定量PCR分析结果表明,GhSAMDC表达受低温诱导,在冷敏感品种新陆早1号中基因表达水平明显高于在耐冷品种新陆早33号中。     

病害对不同抗枯类型棉花品种SOD和POD活性的影响

不同抗枯萎类型棉花品种（系），在病害胁迫时，叶片组分内ＳＯＤ、ＰＯＤ活性呈明显规律性变化。研究结果表明，抗病品种ＳＯＤ和ＰＯＤ活性弱，可溶性蛋白质含量高；不抗病的品种则表现趋势相反，膜脂过氧化水平、ＳＯＤ和ＰＯＤ活性都较高，可溶性蛋白质含量较低，差异达极显著水平。同时发现ＳＯＤ和ＰＯＤ活性与田间发病指数呈明显的正相关。     

不溶性胞壁结合酚类物质在棉花对枯萎病抗性中的作用

分析了枯萎病菌侵染后棉花叶片和根茎部组织中不溶性胞壁结合酚类物质 (胞壁结合的简单酚、复杂酚聚合物及黄酮醇 )含量的变化。结果表明 ,抗病品种棉苗中不溶性胞壁结合酚类物质含量高于感病品种 ,同一品种内根茎部组织中含量较高 ;氟乐灵播前土壤处理可诱发棉苗产生对枯萎病的诱导抗性 ,同时也促进了棉苗组织中不溶性胞壁结合酚类物质的积累 ;枯萎病菌侵染后棉苗组织中不溶性胞壁结合酚类物质含量明显增加 ,抗病品种棉苗和经氟乐灵处理的棉苗受侵后不溶性胞壁结合酚类物质含量的增加分别大于感病品种棉苗和未经氟乐灵处理棉苗中的增加水平。这些结果说明 ,不溶性胞壁结合酚类物质在棉花对枯萎病的抗性及由氟乐灵诱发的诱导抗性中起作用     

大丽轮枝菌侵染陆地棉早期的转录组分析

【目的】旨在深入挖掘大丽轮枝菌致病相关基因。【方法】运用转录组测序技术比较分析了强致病力大丽轮枝菌Vd991在侵染陆地棉品种Coker 312早期阶段的基因表达情况。【结果】对Vd991侵染前后的转录组数据进行差异表达分析,共筛选到979个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),其中376个上调,603个下调。通过基因注释和功能分类发现,这些DEGs涉及细胞增殖与生长、产孢、碳水化合物结合、蛋白激酶活性调节、裂解酶活性、水解酶活性等功能。对上调DEGs进行基因本体(Gene ontology,GO)功能富集分析,发现共有277个GO词条达到显著富集水平(P0.05),涉及生长速率正向调控、核苷酸合成、解旋酶活性等功能;京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析表明,上调DEGs参与53个代谢通路,包括嘧啶代谢、嘌呤代谢等。【结论】在早期侵染过程中,大丽轮枝菌细胞增殖相关基因表现活跃。上述分析为进一步揭示大丽轮枝菌的致病机理提供了有价值的参考。     

Preliminary Screening of Low Nitrogen-Tolerant Cotton Genotypes at Seedling Stage

[Objective] The aim of this study was to screen cotton varieties (lines) able to tolerate low nitrogen conditions, thereby tapping the potential of cotton to absorb and utilize nitrogen. [Method] This study analyzed the differences and correlations between the main cotton agronomic traits under two nitrogen levels using the sand culture method and 270 cotton varieties from different generations in three major cotton regions as materials. Principal component analysis and the membership function method were used to screen for low nitrogen-tolerant cotton varieties. [Result] The seven agronomic traits of 270 varieties varied greatly with different nitrogen levels. The coefficients of variation were all above 10 except for the SPAD value in four batches, and root biomass and cotton plant biomass in the first batch under low nitrogen level. The variation coefficient of nitrogen accumulation reached 60.02. The maximum relative value of SPAD, leaf area, and root biomass was greater than 80% in the first batch. The maximum relative values of SPAD, plant height, root biomass, shoot biomass, and cotton plant biomass were greater than 80% in the third and fourth batches, indicating that there are low nitrogen-tolerant genotypes in the selected materials. [Conclusion] Preliminary screening identified 32 low nitrogen-tolerant cultivars, including CCRI 35, CCRI 69, Yumian 12, Xinluzao 12, and Xinluzao 23. Furthermore, 32 varieties sensitive to nitrogen stress, including CCRI 64, CCRI 662, Xinluzhong 15, and Xinluzao 53, were identified.     

Genetic diversity in blast resistance of Bhutan rice landraces

With an objective to evaluate the Bhutan rice (Oryza sativa L.) landraces for genetic diversity in blast resistance, 402 accessions viz. 352 landraces, a differential set of 32 R gene lines and 18 modern cultivars were field-evaluated in three blast ‘hotspot’ sites followed by genetic analysis of the 352 landraces with 27 microsatellite markers. Across the sites, 19 landraces (5.4%) exhibited complete resistance with zero disease score and 203 (58%) and 163 (46%) landraces showed high partial resistance for early leaf and panicle blast, respectively, with disease score of four to six. Field evaluation for leaf and panicle blast at three experimental sites in Bhutan showed best cultivar discrimination in early leaf blast at the tillering stage (heritability, h² = 0.32) and in the panicle blast at maturity (h² = 0.44). Subdivision of the genetic variation into cultivar groups revealed the most variation for blast severity within the 352 landraces with h² of 0.31 and 0.46 for early leaf and panicle blast, respectively. Cluster analysis of the landraces revealed two distinct rice cultivar groups, which separated at dissimilarity of 0.84 according to origin of the cultivars from low, mid and high altitude zones in Bhutan. All microsatellites were polymorphic with two to 21 different alleles per marker and a high polymorphic information content value of 0.61. The identified blast resistant landraces were genetically diverse originating from different rice cultivation zones. Further investigation of the resistant and partial resistant material may reveal specific blast resistance genes, which could be useful to mitigate blast incidence in rice-producing countries.