水稻耐低磷种质的筛选与鉴定

本研究对281份不同的水稻（Oryza sativa L.）品种（品系）进行了耐低磷筛选和鉴定。在大田种植条件下,通过水稻部分性状耐低磷系数（－P/+P）的变异范围、平均值以及它们间的相关性分析,认为相对籽粒产量、相对成熟期的地上部生物重、相对植株分蘖期的分蘖数是较好的耐低磷筛选和评价的指标。并提出以偏低含磷量大田初筛及     

水稻耐低磷种质的初步筛选

本文以农业部948项目“全球水稻分子育种计划”采用的151份国内外代表性种质为供体亲本、云南育成的优质高原粳稻品种滇粳优1号为轮回亲本、通过连续回交形成的5500个株行为材料，在田间自然缺磷条件下，以水稻植株分蘖数作为耐低磷评价指标，初步筛选出20个耐低磷基因型种质。     

水稻耐低磷种质的苗期筛选与鉴定

从以成恢448为轮回亲本，M401为供体亲本构建的回交后代BC₁F₆筛选出的耐低磷材料（GP9）和低磷敏感材料（GP14）及其亲本用于盆栽试验，设置P2（2.31 mg/kg）、P30（30 mg/kg）和P80（80 mg/kg）3个磷处理水平，以P80处理为对照计算性状相对值，研究不同磷处理浓度对供试材料6个生物学性状的影响。结果表明，P2处理较P30处理更能反映不同材料性状相对值间的差异，宜用于苗期耐低磷筛选。P2处理时，GP9与GP14及其亲本播种后52 d、59 d和66 d的相对分蘖数差异均达极显著水平，建议采用相对分蘖数作为水稻苗期耐低磷筛选的主要鉴别指标。同时，运用相对叶面积、相对绿叶数和相对叶龄进行综合评定。     

耐低磷旱稻种质筛选的初步研究

利用海南典型缺磷砖红壤土为基质进行耐低磷旱稻种质筛选试验。通过对多个相对耐低磷指数进行多重相关性分析,认为相对分蘖数、相对分蘖干重、相对地上部干重和相对总生物量是较好的耐低磷种质苗期初步筛选指标,而相对分蘖数、相对有效穗数、相对成穗率、相对结实率和相对单株籽粒产量是全生育期筛选可靠、有效的指标。结果表明:BXLD和AX128等品种属于耐低磷旱稻种质,QX128和RD-2属于低磷敏感旱稻种质。     

水稻耐低磷种质资源的筛选、鉴定指标

选用3个耐低磷水稻基因型99011、508和99112及1个低磷敏感基因型99056，采用土培试验，分别进行了苗期及全生育期水稻耐低磷指标的统计分析和磷营养含量的研究。结果表明，在供试土壤有效磷含量为2～4 mg/kg的土壤上，水稻苗期耐低磷筛选的适宜磷用量为35 mg/kg，全生育期鉴定以50 mg/kg为宜。苗期筛选以相对分蘖率为主要指标     

谷子苗期耐低磷种质筛选及其根系保护酶系统对低磷胁迫的响应

本研究旨在探讨不同基因型谷子苗期耐低磷特性,建立其筛选的评价体系,筛选出苗期耐低磷谷子种质材料。对160份核心谷子种质资源的苗期株高、根长、地上鲜重、地下鲜重、叶长、叶宽、茎粗、地上磷含量、地下磷含量、地上干重和地下干重11个指标的耐低磷系数进行变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析,采用隶属函数法综合评价不同谷子耐低磷相关指标和耐低磷特性;针对筛选出的低磷敏感和耐低磷品种,在生理水平上分析其根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性。结果表明, 9份材料属于低磷敏感品种, 66份材料属于低磷较敏感品种, 70份材料属于较耐低磷品种, 15份材料属于耐低磷品种;低磷胁迫促使谷子根系SOD、POD、CAT活性增加。总之,以综合指标对谷子耐低磷特性的鉴定更为客观;根系保护酶系统对谷子在低磷胁迫下的适应性具有重要作用。     

基于转录组的油茶MADS-box转录因子的筛选及分析

MADS-box是植物中一类重要的转录因子,在植物生长发育和信号传导过程中发挥重要作用,特别是在显花植物的花器官分化、开花时间的调节等方面起到重要的调控作用。本研究基于油茶转录组数据,利用生物信息学方法筛选出20个MADS-box转录因子,并对其理化性质、保守结构域、亚细胞定位、二级结构等进行预测分析,同时构建和模式植物拟南芥MADS-box蛋白家族的系统进化树。依据保守结构域将20个CoMADS基因分为TypeⅠ型和TypeⅡ型(MIKC),所编码的蛋白序列长度为89～564 aa,理论等电点在5.75～10.28之间,大部分蛋白为碱性不稳定蛋白,并具有一定的亲水性,氨基酸组成以亮氨酸(Leu)含量最为丰富。所有蛋白均不含有信号肽和导肽,不具有跨膜结构,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,均定位于细胞核。聚类分析发现1个TypeⅠ型CoMADS蛋白聚类到拟南芥Mλ亚族,3个TypeⅠ型CoMADS聚类到型Mδ亚族;5个CoMADS蛋白单独聚类,没有归属到拟南芥MADS-box蛋白中;10个MIKC型CoMADS蛋白归属于拟南芥MIKCc型MADS-box蛋白的不同亚家族,其中SVP ...     

乌拉尔图小麦WRKY转录因子的筛选与分析

WRKY转录因子广泛参与植物抗逆胁迫反应,全面分析挖掘小麦A染色体组供体物种乌拉尔图小麦中的WRKY转录因子,对进一步挖掘分析六倍体小麦WRKY转录因子的分子功能具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,在乌拉尔图小麦基因组数据中鉴定得到62条全长WRKY转录因子,其中14条能被准确定位在染色体上,并发现2对WRKY转录因子发生了复制;通过进化树分析,发现62条WRKY转录因子被分为8个小亚族,且小亚族内部的基因结构相对保守。通过荧光定量分析所选基因在非生物胁迫下的表达模式,筛选到2条在不同非生物胁迫下均上调表达的WRKY转录因子,为进一步分析其功能打下基础。     

大豆ZF-HD转录因子GmZHD1的克隆及表达分析

为了揭示大豆ZF-HD基因的生物学功能,通过PCR的方法,从大豆栽培豆科丰1号中克隆了ZF-HD转录因子Glyma.02g040100,命名为GmZHD1。生物信息学分析表明,该基因的c DNA全长为888 bp,编码295个氨基酸,GmZHD1蛋白分子量约为32.64 k Da,等电点为7.69;序列分析表明,GmZHD1含有ZF-HD家族保守的锌指结构域和同源异形盒结构域,GmZHD1与Ft HB2蛋白序列一致性最高,为44.4%;亚细胞定位结果显示GmZHD1定位于细胞核;荧光定量PCR结果表明,GmZHD1在大豆不同组织中都有表达,其中,花、种子和叶片中表达较高。此外,将GmZHD1基因连接到植物过表达载体p BA002上,为进一步研究大豆GmZHD1基因的功能奠定了基础。     

基于转录组金银花WRKY转录因子的挖掘与分析

WRKY转录因子是植物抗逆应答过程中最为常见的蛋白家族。为了挖掘金银花抗寒相关的WRKY基因,本研究基于已有的转录组数据,利用植物转录因子数据库和BioEdit对WRKY进行筛选及保守结构域分析,对筛选出的WRKY转录因子利用ExPASy进行理化性质分析,利用PSORT进行亚细胞定位预测,NetPhos进行磷酸化位点分析并且利用MEME数据库对WRKY基因的氨基酸进行序列分析,运用MEGA软件对筛选的金银花WRKY转录因子基因和21个已知抗寒的WRKY基因进行序列同源比对,并构建系统进化树。结果表明:金银花中筛选的30个WRKY基因的蛋白为85～721个氨基酸,理论等电点的范围为4.85到9.76。所有LjWRKY基因编码的蛋白中只有LjWRKY6为稳定蛋白,其余均属于不稳定蛋白,所有蛋白均属于亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果,LjWRKY所有蛋白定位于细胞核。除LjWRKY23不具有Try磷酸化位点,其它所有氨基酸均具有Ser、Thr和Try磷酸化位点。LjWRKY蛋白比较保守,WRKYGQK没有发生任何变异,且包含三类WRKY转录因子。系统进化树发现,有12个WRKY基因与已知抗寒基因有同源性,推测其参与了金银花低温逆境下的反应。研究结果可以通过筛选的WRKY基因,进行进一步的转基因验证,进而为植物抗寒分子育种提供分子基础。     

Cre/loxP定位重组系统在植物雄不育和杂种优势中的利用研究

Cre—loxP是来源于噬菌体P1的一种位点特异性重组系统。目前，它已广泛应用于基因功能鉴定，动植物及微生物基因组的修饰以及基因的表达和调控。雄性不育系在杂种优势的利用中具有重要意义。本实验是以Cre—loxP系统调控细胞毒素基因barnase在植物雄性器官发育的特异时期在特异组织表达，从而达到控制植物育性的目的。1．在本实验中，通过PCR方法克隆了解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens的barnase基因，及其抑制因子barstar的DNA序列，同时，构建成功双元表达载体及基因枪转化载体，并已获得经分子险测呈阳性的小麦植株。2．osg6B是来源于水稻花药绒毡层的特异性的启动子，它在小孢子发育的四分体时期至单核花粉期在花药绒毡层中特异启动基因的表达，它具有较为严紧的时空特异性。以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP位点特异性重组系统的适用于基因枪法转化小麦的载体系统。其中，转不育基因(og6B—barnase)小麦植株生长正常，但开花后，花粉量明显减少，自交不能得到正常种子。进行花粉活力检测发现，转基因小麦大部分花粉表现为败育。花粉离体萌发试验表明，转不育基因小麦的花粉离体萌发率极低，几近败育。说明以osg6B驱动barnase在小麦花药中的表达可以导致雄性不育。3．以osg6B为启动子，构建了一组受控于Cre／loxP的用于控制双子叶植物育性的双元表达载体系统。以转cre基因的烟草作为受体，以含阻断序列的质粒农杆菌进行二次转化。二次转化株营养生长正常，但开花期花器官表现异常。具体表现为花瓣异常开裂或不开裂，花丝变短或粘连，花药提早萎蔫或异常开裂。推测这种现象的出现与启动子的组织特异性或barnase的渗露表达有关。4．二次转化株花粉染色因不同株系出现全部败育、部分不育和多数可育的情况。花粉离体萌发实验也得到了相似的结果。这说明通过筛选，利用Cre／loxP得到完全不育的植物株系是完全可行的。5．获得了9个barnase的突变体，初步推测第十四位氨基酸及第八十位氨基酸与核糖核酸酶活性有关。同时，发现barnase的第316位核苷酸序列为易突变位点，自然发生的突变多插入一个C，从而产生终止位点的改变。这或许会为今后barnase的克隆与利用提供一些参考。     

利用Cre/loxP系统和rd29A启动子构建诱导型植物标记基因删除载体

出于对转基因作物中标记基因的安全性考虑,植物转基因育种中标记基因的删除将成为未来研究的热点之一。位点特异性重组系统之一Cre／loxP系统是目前在植物遗传转化中应用较多,较成熟的一个标记基因删除系统。为了利用Cre／loxP系统构建一种可调控的标记基因删除系统,本研究首先从拟南芥中克隆了逆境诱导型的启动子rd29A,同时从质粒pCre上克隆了Cre基因,构建了含有rd29A：Cre：Tnos表达元件的中间载体,将这一表达元件插入到另一植物双元表达载体pKsb中,最终构建了含有loxP-Pnos—nptⅡ-Toes—rd29A—Cre-Tnos-loxP的可诱导型删除标记基因nptⅡ的植物双元表达载体。     

大豆生物钟基因GmLNK1/2、GmRVE4/8和GmTOC1 CRISPR/Cas9组织表达分析及敲除靶点的鉴定

生物钟基因能够参与调控植物的整个生命进程,对提高作物产量具有重要的作用。LNK1(NIGHTLIGHTINDUCIBLE AND CLOCK-REGULATED 1)、LNK2、RVE4 (REVEILLE 4)、RVE8 (REVEILLE 8)和TOC1 (TIMING OF CAB EXPRESSION1)是植物中重要的生物钟基因。本研究利用BLAST同源比对和进化树分析的方法分别鉴定AtLNK1、AtLNK2、AtRVE4、AtRVE8和AtTOC1在大豆中的同源基因,通过qRT-PCR实验证明这些生物钟基因在大豆根、茎、叶等组织中均有表达。成功构建这些基因的CRISPR/Cas9敲除载体,并利用大豆根毛转化体系成功鉴定出13个基因的CRISPR/CAS9有效靶点。为进一步获得稳定的大豆突变体材料及研究其生物钟基因的功能提供了理论基础。     

Effects of reduced nitrogen input on productivity and N2O emissions in a sugarcane/soybean intercropping system

A seven-year (2009–2015) continuous field experiment was established at the South China Agricultural University in order to identify the effects of sugarcane/soybean intercropping and reduced N rate on ecosystem productivity, yield stability, soil fertility, and N₂O emissions. The randomized block experiment was designed with four cropping patterns (sugarcane monocropping (MS), soybean monocropping (MB), sugarcane/soybean (1:1) intercropping (SB1), and sugarcane/soybean (1:2) intercropping (SB2)) and two rates of N fertilization (300 kg hm⁻² (N1, reduced rate) and 525 kg hm⁻² (N2, conventional rate)). The results showed that the land equivalent ratio (LER) of all intercropping systems was greater than 1 (between 1.10 and 1.84), and the SB2-N1 optimally improved the land utilization rate among all treatments. The cropping patterns and N applied rates had no significant effect on sugarcane yield. The soybean yield was influenced by different cropping patterns because of different planting densities (4, 8 and 16 rows of soybean were plant under SB1, SB2, and MB, respectively) and was adopted in this experiment. In addition, under the SB2 cropping pattern, the soybean yield at the reduced N application rate was higher than that at the conventional N application rate. Wricke’s ecovalence (W_i²), the sustainable yield index (SYI) and the coefficient of variation (CV) were used to evaluate yield stability. Different treatments had no significant effects on sugarcane yield stability, as demonstrated by three indicators (W_i², SYI and CV), which indicated that intercropping with soybean and reduced N rate had no effect on sugarcane yield. For soybeans, the value of W_i² demonstrated that the stability of the intercropping system was higher than its counterpart monocropping system, as SYI and CV values indicated that SB2 had higher stability than SB1. During seven years of experiments, there was no significant difference in the soil fertility between MS and SB patterns. The soybean monocropping had a higher available K, pH and lower available P content than sugarcane inter- and mono-cropping. Different cropping patterns had a slight impact on N₂O emissions and the greenhouse gas intensity (GHGI) value. Higher N input promoted N₂O emissions and increased GHGI values. In conclusion, the present study observed that a 40% reduced nitrogen input combined with intercropping soybeans could maintain sugarcane yield and soil sustainable utilization, and that higher N fertilizer additions induced negative impacts on greenhouse gases emissions. Sugarcane intercropping with soybeans can reduce chemical fertilizer input and simultaneously maintain crop productivity; thus, it can be considered to be a reasonable practice for field management.     

Basic studies on hybrid wheat breeding using the 1BL-1RS translocation chromosome / Aegilops kotschyi cytoplasm system 1. Development of male sterile and maintainer lines with discovery of a new fertility-restorer

The Aegilops kotschyi cytoplasm and a 1BL-1RS translocation chromosome that consists of the long arm of wheat chromosome 1B and the short arm of rye chromosome 1R were transferred to six spring common wheat cultivars by repeated backcrossing. Resistance to leaf rust race 21B conditioned by the Lr26 gene and a secalin subunit encoded by the Sec-1 gene, both on the 1RS arm, were used as the selection markers of the translocation chromosome. Five of the six cultivars used were converted to complete male steriles, whereas the remaining one, cv. Kitamiharu 48, retained normal fertility, after transfer of both the 1BL-1RS chromosome and Ae. Kotschyi cytoplasm. Conventional gene analysis suggested that Kitamiharu 48 carries an incompletely dominant fertility-restoring gene. The F₁ hybrids between the male steriles and ordinary common wheat cultivars recovered fertility only at a low level, indicating that a single dose of the Rfv1 gene on the 1BS arm of wheat is insufficient for full fertility restoration under spring-sowing condition. Our results are in clear contrast to complete fertility restoration under fall-sowing condition reported by Nonaka et al. (1993). Combination of the 1BL-1RS chromosome / Ae. Kotschyi cytoplasm system with a new fertility-restoring gene discovered in Kitamiharu 48 may provide a breakthrough for spring-type hybrid wheat. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.