谷子SiCCT基因的表达及其与主要农艺性状的关联分析

为了揭示SiCCT基因可能的功能效应,并进一步研究该基因在光温互作调控谷子开花过程中所起的作用。以光周期敏感谷子品种黄毛谷为材料,利用荧光定量PCR技术分析了SiCCT基因在长日照高温(LD,27℃)、长日照低温(LD,22℃)、短日照高温(SD,27℃)、短日照低温(SD,22℃)4个光温组合条件下的昼夜表达规律,并在连续2 a调查10个主要农艺性状的基础上,开展了基于候选基因的关联分析。结果表明,光照期SiCCT基因表达不受温度影响,长日照条件表达水平整体高于短日照,而黑暗期表达受温度影响,特别是短日照条件下SiCCT基因在低温环境的表达水平明显高于高温环境。基于候选基因关联分析发现,SiCCT基因中共检测到11个多态性位点与8个主要农艺性状显著关联(P0.05),其中SNP-10在河南洛阳、吉林吉林与抽穗期、叶片数和穗粒质量显著关联;SNP-100和SNP-104在河南洛阳同时都关联到株高、叶片数和穗长3个性状;SNP-51连续2 a在海南乐东、河南洛阳、吉林吉林都检测到,但关联到的性状不同,在海南乐东与穗粗关联,在河南洛阳与穗码数关联,在吉林吉林与叶片数关联。SiCCT基因表达受光周期调控,温度也影响其在短日照条件黑暗期的表达;SiCCT基因具有多效性,但其作用受光周期环境影响。     

不同光温条件谷子光温互作模式研究及SiCCT基因表达分析

光周期和温度是影响作物生长发育、生态适应性和产量的2个重要环境因素,揭示光温互作对作物生长发育的效应及其分子机制对育种实践和理论研究具有重要意义。本研究设置长日照高温、长日照低温、短日照高温、短日照低温4个光温处理,调查‘黄毛谷’抽穗期、株高、叶片数和穗长。结果表明,光周期对谷子的发育起关键作用,温度的改变不影响长日照比短日照延迟谷子生殖生长的效应,温度的作用随光周期的不同而异,短日照条件下,高温缩短谷子营养生长期而低温延长营养生长期,长日照条件下则相反;对谷子生殖生长的促迚作用是短日照高温短日照低温长日照低温长日照高温。利用RT-PCR技术从‘黄毛谷’叶片兊隆了一个CCT结构域基因(SiCCT),该基因编码286个氨基酸,属于CMF亚家族成员,基于CCT域基因氨基酸序列的系统迚化分析,谷子与高粱、玉米亲缘关系较近。实时荧光定量PCR分析发现, SiCCT基因在‘黄毛谷’叶片中高表达,其次为幼穗和叶鞘;长日照、短日照处理SiCCT基因均表现24h昼夜节律性特点,短日照七叶期表达水平最高,八叶期(抽穗)及穗后表达迅速降低,长日照七叶至十叶期‘黄毛谷’处于营养生长期,SiCCT基因维持较高表达水平;无论高温低温,长日照条件下SiCCT基因在各叶期表达量整体高于短日照处理,长日照条件下低温处理SiCCT基因的相对表达量明显低于高温处理, SiCCT基因的总体表达量与‘黄毛谷’营养生长期存在正相关。总之SiCCT基因受光周期调控,同时也受温度调控,因而推测SiCCT基因参与了光周期途径和感温性途径,并通过二者互作调控谷子营养生长和生殖生长的全过程。     

非生物逆境胁迫下普通小麦烟农19幼苗FeSOD基因表达分析

非生物逆境(高温、低温、干旱、盐胁迫等)严重影响作物生长,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一种广泛存在于真核生物中的金属酶类,在植物的抗逆性中起到重要作用。采用q RT-PCR技术,分析普通小麦烟农19幼苗叶中Fe SOD基因在盐、脱落酸(ABA)、干旱、高温、低温胁迫过程中的的表达模式。结果表明:在逆境胁迫下,普通小麦烟农19幼苗Fe SOD基因的表达量大体呈现先上升后下降的趋势。在37℃高温、-4℃低温、300mmol/L Na Cl、30%的PEG-6000和100μmol/L ABA胁迫下,Fe SOD基因的表达量分别在3、3、6、48和24h时最高,分别为对照的34.0、4.6、4.3、5.8、13.5和3.3倍,差异均达到显著水平,说明Fe SOD基因在普通小麦烟农19幼苗逆境胁迫中发挥着重要的调控功能,为进一步了解小麦抗逆分子机制和改良小麦品种提供理论依据。     

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。     

不同时期干旱胁迫对谷子农艺性状的影响

采用盆栽控水方法,研究不同生育时期干旱胁迫对谷子物候期、株高、叶片数、顶叶叶面积、穗长、根轮数等农艺性状及产量的影响。结果表明,干旱延迟谷子物候期的出现;拔节期干旱对谷子株高的影响最大;干旱不会引起谷子总叶片数的改变,但对叶片发生时间有一定影响;拔节期干旱和孕穗期干旱使谷子顶叶叶面积减小;干旱抑制谷子根系的生长,但复水后生长迅速恢复。拔节期干旱对谷子农艺性状造成的影响最严重、最持久,干旱胁迫使谷子的产量降低,尤以灌浆期干旱对产量影响最显著。     

水稻OsCCCH基因家族的组织表达谱及胁迫诱导表达特征研究

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,在多种植物生物学过程中起着关键的调控作用。在水稻全基因组中已发现67个CCCH基因,分为8个亚家族,而其中大部分基因的功能尚缺少研究。本研究通过荧光定量RT-PCR技术分析了水稻Os CCCH家族基因的组织表达模式以及盐、PEG、低温等非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因的诱导表达特征。结果表明,大部分Os CCCH基因在各组织中有不同的表达模式,约30%基因为低丰度表达,50%以上基因表现为中丰度表达,极少Os CCCH基因为高丰度表达,包括Os C3H2、Os C3H35、Os C3H41、Os C3H43、Os C3H58和Os C3H67这6个组织优势表达基因。多数Os CCCH基因都不同程度地受到盐、PEG、低温及ABA的诱导或抑制,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应;在四种胁迫下,有7个基因同时受到诱导,其中Os C3H17基因上调倍数高达17倍以上;有10个基因同时被抑制,其中Os C3H16基因下调倍数高达31倍以上。     

两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析

CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出2个CIPK基因, 命名为SiCIPK6和SiCIPK16。序列分析表明SiCIPK6基因组序列长1994 bp,编码451个氨基酸;SiCIPK16基因组序列长1885 bp,编码473个氨基酸,2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学分析显示这2个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种CIPK基因一样非常保守。实时定量PCR分析表明SiCIPK6和SiCIPK16在ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调, SiCIPK6基因在ABA、干旱和盐处理时表达量上调幅度较大,而SiCIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量PCR检测结果表明SiCIPK6和SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达,在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推测SiCIPK6和SiCIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

马铃薯StSnRK2.4基因的序列分析及其在非生物胁迫下的表达分析

SnRK2是植物特有的一种丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶,在ABA信号转导和植物抵御逆境中起着重要作用.为探究马铃薯SnRK2在非生物胁迫下的调控作用,本研究以'青薯9号'为试验材料,克隆得到一个SnRK2家族基因StSnRK2.4,利用PlantCARE、ExPASy、 Cell-PLoc 2.0等软件对其进行序列分析,并通过RT-qPCR技术分析该基因在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下的表达模式.结果 表明:StSnRK2.4基因的开放阅读框(ORF)为1083 bp,编码360个氨基酸.StSnRK2.4蛋白的相对分子质量为41.49103 kD,理论等电点(pI)为5.52,脂肪系数为80.69,为不稳定亲水蛋白;亚细胞主要定位于细胞核;与AMP活化蛋白激酶-γ调节亚基、非特异性蛋白-BZIP转录因子、蛋白酪氨酸及PP2C ABI2同源物等互作,可能参与植物MAPK信号通路和植物激素信号转导;与野生番茄、番茄亲缘关系最近.RT-qPCR分析表明,StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫(4℃)、干旱胁迫(10％ PEG-8000)以及NaC1胁迫(NaC1浓度为300 mmol/L)下均极显著上调,说明该基因受低温、干旱和盐胁迫诱导.StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫、干旱胁迫和NaCl胁迫0、3、6h以及在干旱胁迫和NaC1胁迫0、1、2d均呈上调-下调模式;StSnRK2.4基因的相对表达量在低温胁迫0、1、2d呈上调-上调模式,研究认为StSnRK2.4基因可能参与非生物胁迫及相关信号分子应答.     

谷子非特异性磷脂酶C基因SiNPC4的克隆及功能分析

非特异性磷脂酶C(NPC,nonspecific phospholipase C)水解磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺产生第二信使二酰甘油(DAG),NPC类基因在植物处于干旱、高盐、低磷等非生物胁迫条件下时发挥重要的作用,并参与脱落酸(ABA)、油菜素内酯(BL)等激素信号传导途径。本研究以谷子品种龙谷25为试验材料,通过序列比对,克隆到一个新的NPC类基因,命名为Si NPC4。该基因被定位在谷子第8条染色体上,编码区全长2877 bp,由3个外显子和2个内含子组成,编码512个氨基酸,蛋白分子量为56.77 k D。系统进化树分析表明该基因位于NPC基因家族第3亚族,保守结构域分析表明该蛋白含有保守的磷脂酶结构域和4个基序。亚细胞定位结果显示,Si NPC4蛋白被定位在细胞质、细胞膜、细胞核中。基因表达谱分析结果表明,该基因主要在谷子根部表达,并受干旱、盐、低温、黑暗、ABA、BL、赤霉素(GA)和茉莉酸甲酯(Me JA)等的诱导表达。将Si NPC4基因转入拟南芥中,转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA和BL激素的敏感性降低,推测该基因可能作为负调控因子参与植物对ABA和BL激素的响应过程。在干旱和高盐处理下,过表达植株与野生型植株长势没有明显差异。     

谷子丙酮酸磷酸双激酶基因(SiPPDK1)对非生物逆境的响应

通过序列比对在谷子基因组中鉴定出一个PPDK基因,命名为Si PPDK1。为揭示该基因对逆境胁迫的响应,本研究通过对Si PPDK1的基因结构、蛋白特征、功能、启动子区域顺势元件、亚细胞定位、进化特征等进行了系统的分析和预测。荧光实时定量PCR检测了该基因在苗期不同逆境、关键生育期干旱以及不同光照条件下的表达。结果表明该基因位于谷子9号染色体,含有17个内含子,有2个可变剪切。功能域分析和多序列比对发现Si PPDK1蛋白具有非常保守的序列结构,并且与其它植物PPDK蛋白非常相似。q RT-PCR表达谱分析表明Si PPDK1基因在苗期被PEG、ABA、Na Cl和低温胁迫强烈诱导。进一步研究表明Si PPDK1基因在拔节、抽穗和灌浆期干旱和不同光照强度条件下均参与了对干旱和光照的胁迫响应,推测该基因参与了谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期干旱和光照胁迫应答中起重要作用。     

不同光周期环境对谷子农艺性状的影响

本研究连续2年在短日照(海南)、中等日照(河南)、长日照(吉林)3个不同光周期环境调查160份谷子资源的抽穗期、株高、叶片数、穗长、穗粗、穗码数、码粒数、穗重、穗粒重、千粒重10个主要性状,利用SPSS19.0软件进行多因素方差分析及多重比较,揭示光周期对谷子各性状的影响,评价160份谷子资源对光周期的敏感性。结果表明,3个不同光周期环境间谷子株高、叶片数、穗长、穗码数、抽穗期、穗粗、穗重、穗粒重、码粒数9个性状均表现出极显著差异(P0.01),千粒重表现出显著差异(P0.05)。株高、叶片数、穗长、穗码数、抽穗期5个性状随着日照的延长呈现出递增趋势。品种对谷子的10个性状有极显著影响(P0.01),年份对千粒重以外的9个性状有极显著影响(P0.01)。光周期与品种互作效应对10个性状均有极显著影响(P0.01),光周期与年份互作效应对抽穗期以外的9个性状有极显著影响(P0.01),年份与品种互作效应对株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗粒重、穗码数、码粒数8个性状有极显著影响(P0.01)。160份谷子资源中对光周期表现中、低敏感性的材料没有明显的地域特性,而对光周期表现强敏感性的材料主要是来自春谷区的农家品种。筛选出光周期极不敏感材料小早谷和极端敏感材料呼和浩特大毛谷、然谷、红钙谷、茄谷、二白谷等,为选育谷子光周期钝感品种及开展光周期敏感性形成机理研究奠定了基础。     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。     

谷子CBL基因鉴定及其在干旱、高盐胁迫下的表达分析

CBL/CIPK信号网络系统在植物对逆境应答过程中起重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出7个候选CBL基因,命名为SiCBL1~SiCBL7。分析表明谷子CBL基因在蛋白质序列和结构上非常保守,所有预测SiCBL基因都含有7~8个内含子,而且其外显子序列同源性很高并且大部分外显子含有相同的碱基数目。预测SiCBL基因均含有4个EF-Hand功能域而且相邻EF-Hand功能域之间的氨基酸数目非常保守。进化和聚类分析结果表明, CBL基因在陆生植物早期的进化过程中就已经存在,所有CBL基因被分为4个亚组。7个候选SiCBL基因中, 4个基因(SiCBL1、SiCBL2、SiCBL3和SiCBL5)受干旱胁迫诱导表达,3个(SiCBL1、SiCBL3和SiCBL7)受高盐胁迫诱导表达。SiCBL3基因在干旱胁迫下被强烈诱导可能意味着其在干旱应答中起重要作用。本文报道的谷子CBL基因丰富和完善了植物CBL成员, 为进一步研究CBL/CIPK网络系统在抗逆作物谷子逆境响应中的功能、机制奠定了基础。     

谷子杂交种产量与主要农艺性状的相关性及回归分析

为了明确影响谷子杂交种产量的主要因子,对短穗型、中偏短穗型、中偏长穗型和长穗型4类不同谷子杂交种产量与主要农艺性状进行相关性和回归分析。结果表明,4种类型谷子杂交种的穗长与其产量差异显著。相关性分析表明,产量与出谷率之间存在显著正相关;单株穗重与单株粒重、经济系数之间存在极显著正相关,有效分蘖数与单株穗重、单株粒重和经济系数之间存在显著正相关,穗码密度与单株草重之间存在显著正相关,千粒重与穗长之间存在显著正相关。回归分析表明,谷子杂交种产量与穗粗、出谷率和千粒重呈显著正相关。     

谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动对维持植物正常生长发育和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性本研究根据谷子转录组分析结果从个家族成员中鉴定出个在干旱胁迫下表达量上调的基因根据序列相似性将其分为类同一类基因具有相似的内含子外显子结构染色体定位分析发现这些基因分别分布在谷子的条染色体上其中第条染色体上含基因最多有个。结构域分析结果表明个蛋白均含保守的结构域而端含、、、、和等结构域。启动子元件分析表明谷子个基因均含逆境应答元件其中和元件的数量最多个说明这些基因对干旱应答反应可能主要受、转录因子调控。转录组分析结果表明基因对干旱胁迫的响应远远高于其他成员对干旱、高盐、、和都有响应亚细胞定位结果显示蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解基因的功能提供了依据。F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动, 对维持植物正常生长发育a和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性, 本研究根据谷子转录组分析结果, 从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因; 根据序列相似性将其分为6类, 同一类基因具有相似的内含子-外显子结构; 染色体定位分析发现, 这些基因分别分布在谷子的8条染色体上, 其中, 第2条染色体上含F-box基因最多, 有6个。结构域分析结果表明, 19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域, 而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明, 谷子19个F-box基因均含逆境应答元件, 其中, MYB和MYC元件的数量最多(9~78个), 说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明, SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员, 对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应; 亚细胞定位结果显示, SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。     

华北地区谷子产量与农艺性状的综合评价分析

对华北夏谷区谷子农艺性状与产量性状进行灰色关联度分析,探讨主要农艺性状对产量的影响,为谷子优良种质资源利用及高产品种选育提供依据。以2016年全国谷子品种区域适应性联合鉴定华北夏谷区常规组参试的17个品种（系）为材料,采用相关分析和灰色关联度分析相结合的方法,对产量相关8个农艺性状进行综合评价。结果表明,供试材料9个农艺性状均存在变异,变异幅度2.69%~11.71%;穗粒重、单穗重、出谷率与产量呈显著正相关;9个农艺性状对谷子产量影响大小依次为穗粗>单穗重>穗粒重>千粒重>株高>出谷率>穗长>生育期,穗粗、单穗重和穗粒重对产量的影响最大。说明谷子产量育种应重视大穗、大粒、穗粒重高的种质资源利用,并适当关注株高。     

谷子PEPC基因的鉴定及其对非生物逆境的响应特性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是C4植物光合作用关键酶,并在植物多种代谢途径及逆境信号应答过程中起重要作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出6个SiPEPC候选基因。SiPEPC蛋白特征参数相似度很高,序列非常保守,都含有PEPC基因特征功能域PEPcase Motif。SiPEPC成员主要被定位在细胞质、细胞核和线粒体。在SiPEPC成员启动子序列中含大量有光、激素、逆境以及其他生长调控相关的顺式应答元件。苗期逆境qRT-PCR表达谱分析表明,5个SiPEPC基因(SiPEPC1、SiPEPC2、SiPEPC3、SiPEPC5、SiPEPC6)不同程度受ABA、PEG、高盐和低温诱导表达,表明其参与了苗期对非生物逆境的响应。5个SiPEPC基因表达量在正常生长条件下随着谷子的生长呈增强趋势,且在不同生育时期干旱胁迫下明显增加,表明其参与了拔节、抽穗、灌浆期的干旱胁迫应答。拔节期弱光可诱导5个SiPEPC基因的表达,而在拔节期中等强度光照以及抽穗期和灌浆期的中等光照和弱光照下表达量均急剧降低,揭示光照强度严重影响SiPEPC基因的表达。