玉米株型相关基因ZmDwarf4的克隆及表达分析

以松散型玉米自交系沈137为材料,利用同源克隆法成功克隆与水稻Dwarf4基因同源的玉米Dwarf4基因。序列分析发现,该基因cDNA序列全长1 626 bp,开放阅读框1 521 bp,编码506个氨基酸,与高粱、水稻、拟南芥的氨基酸同源性分别为95%、89%和71%。Real-Time PCR分析表明,ZmDwarf4基因的表达量为3～11叶期表达量逐渐增加,9～11叶期达到最大量,12～19叶期表达量逐渐降低,推测ZmDwarf4基因正向调控玉米叶夹角的大小。ZmDwarf4基因的表达量在叶片中最高,在叶枕中最低。不同激素处理的结果表明,用植物激素（IAA）处理的样品ZmDwarf4基因的表达量始终高于对照;用Brassinolide（BR）处理的样品6叶期ZmDwarf4基因的表达量高于对照,7～10叶期该基因的表达趋势与对照基本一致,但始终低于对照;用IAA+BR处理的样品,该基因的表达趋势与对照基本一致,但高于对照。ZmDwarf4参与玉米BR生物合成途径,进而调控其相关株型建成。     

农杆菌介导法将抗草甘膦基因转入玉米自交系

利用农杆菌介导法将抗草甘膦基因(ssu-G₂-aroA)转入优良玉米自交系R18-599和齐319,侵染后的愈伤组织转至潮霉素浓度为10 mg/L的筛选培养基上,继代筛选3轮,每轮3周;得到的抗性愈伤组织在含有潮霉素浓度为3 mg/L的分化培养基上进行分化,R18-599获得30株再生植株,齐319获得18株再生植株。经PCR鉴定后共得到7株转化抗性植株(4株R18-599、3株齐319)。经PCR-Southern及RT-PCR检测结果表明,ssu-G₂-aroA基因已稳定整合到了玉米基因组中,并在RNA水平上得到表达。     

花生种子萌发过程中内源激素含量的变化

种子的休眠和萌发是植物生活史重要的两个环节,植物激素在其中起到关键的调节作用。本研究利用ELISA方法测定了弱休眠性花生品种Chico(CC)和强休眠性丰花1号(FH1)花生种子在萌发过程不同部位中脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、油菜素内酯(BR)和吲哚乙酸(IAA)的含量。结果表明,FH1新鲜收获种子和干种子中不同部位ABA含量水平明显高于CC;吸水萌发过程中,两品种子叶中ABA含量和ABA/GA3比例变化趋势呈现明显差异,但两品种整体ABA含量及ABA/GA3比例随吸胀降低。研究表明,ABA在检测的三个部位中均发挥作用。萌发中后期,两品种子叶中GA3含量上升,表明GA3主要在子叶发挥作用。两品种IAA及BR含量在种子萌发过程变化趋势一致,它们主要在胚轴及胚根发挥作用。新鲜种子中IAA含量较高,吸胀后呈"波浪型"变化趋势,总体维持明显低于新鲜收获的种子中的水平;且FH1中IAA含量水平明显低于CC品种。萌发过程中两品种BR含量整体呈上升趋势,FH1的BR含量明显高于CC种子。总之,不同品种间内源激素含量水平存在差异,FH1中较高的ABA水平与其较强的休眠性有关;萌发过程中GA3、BR的提高和较低的IAA水平促进胚轴伸长及胚根生长。     

玉米ZmSAMS1基因在盐、干旱等逆境胁迫下的表达分析

采用Northern杂交对玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因ZmSAMS1在玉米幼苗期根、茎、叶中的表达及盐胁迫下外施不同甲基供体试剂处理下的表达进行分析。结果表明,ZmSAMS1在根、茎中均有表达,叶中信号较弱;盐胁迫外施甜菜碱、氯化胆碱、叶酸条件下该基因表达量不同,推测ZmSAMS1可能参与盐胁迫下玉米根茎木质化和栓质化过程。荧光实时定量PCR分析表明,ZmSAMS1在干旱和高温胁迫下表达量上调幅度较大,在盐、低温和ABA胁迫下表达量上调或下调幅度较小,揭示ZmSAMS1可能参与干旱、高温等逆境胁迫应答。     

低磷胁迫下不同基因型玉米内源激素的动态变化

用高效液相色谱法测定在低磷胁迫下不同基因型玉米生育进程中叶片和根系内源激素含量的动态变化。结果表明,不同基因型玉米叶片和根系内源激素含量除ABA含量为磷低效自交系>磷高效自交系>F₁外,ZT、GA₃和IAA含量均为F₁>磷高效自交系>磷低效自交系。低磷胁迫下,除ZT含量较正常供磷水平减少外,GA₃、IAA和ABA含量均较正常供磷水平增加。ZT和ABA的变幅表现为磷低效自交系大于磷高效自交系和F₁,GA₃和IAA的变幅表现为磷高效自交系和F₁大于磷低效自交系。此外,低磷胁迫下磷高效自交系与磷低效自交系间同一内源激素最值出现时期不同。说明低磷胁迫下不同磷利用效率自交系内源激素表现出规律性变化,因此可将内源激素作为鉴定和选育玉米磷高效基因型的参考指标。     

干旱和复水条件下小麦叶片 TaNCED1表达与ABA积累的关系

NCED基因是ABA生物合成过程中的关键限速酶。为给小麦耐旱性研究及耐旱新品种选育提供理论依据,本研究以8个抗旱性不同的小麦品种为材料,研究干旱胁迫和复水过程中小麦叶片 TaNCED1表达水平和ABA含量对水分变化的响应。结果表明,在干旱胁迫过程中, TaNCED1的表达水平和ABA的积累呈现先增后降的变化趋势,品种间 TaNCED1的表达水平存在明显差异。济麦22、郑麦366等5个品种 TaNCED1的表达水平呈现明显的单峰曲线,而鲁麦21、临旱2号等3个品种呈现明显的双峰曲线,而且不同材料间 TaNCED1表达量达到最高值的时间也存在差异。在复水过程中,除临旱2号外,其余7个小麦材料的 TaNCED1表达均表现为先快速下降,之后缓慢上升的"V"字形变化趋势。整个水分胁迫和复水处理过程中,ABA含量的变化较为平缓,除临旱2号外, TaNCED1的相对表达量与ABA相对含量之间均都符合y=aln(x)+b的对数关系,且品种之间 TaNCED1对ABA的影响程度存在较明显的差异。分析认为,可以将 TaNCED1作为重要的水分胁迫响应基因应用于小麦抗旱育种和抗旱理论研究。     

不同植物激素诱导拟南芥SDG8的表达模式

与植物激素在植物整个生命周期中起着多重作用类似,基因SDG8对植物生长、发育、代谢、抗性等多个方面也具多效性。对拟南芥Col-0和转p SDG8::GUS植株分别进行KT、ABA、GA3、IAA、Me JA和Me SA喷洒处理24h后,用GUS试剂和RT-q PCR研究SDG8基因的表达模式。结果显示,在植物营养生长阶段和使用的激素浓度范围内,这6种激素对SDG8基因的表达调控有4种模式:KT高低浓度都抑制表达;ABA低浓度促进表达,高浓度表达量下降;GA3低浓度与高浓度促进表达的水平相同;随IAA、Me JA和Me SA浓度增加表达水平提高。这些结果从总体上揭示了植物激素对SDG8的表达趋势的影响,对进一步研究植物激素与SDG8基因相互作用有一定的参考价值。     

玉米PRC2基因在子粒发育过程中的表达分析

以玉米自交系昌7-2授粉后不同天数的玉米子粒为研究对象,通过实时荧光定量PCR技术,对玉米中3个Polycomb Repressive Complex 2基因(PRC2)Mez1(Maize enhancer of zeste 1)、Fie1(Fertilization independent endosperm 1)和Vef101(VEF family protein 101)在授粉后不同天数的表达情况进行研究。结果表明,Mez1、Fie1和Vef101在授粉后子粒发育不同阶段均有表达,Fie1在子粒发育过程中呈先上升后下降的趋势,授粉后10 d表达量最高,表明Fie1可能在子粒由胚胎形成到干物质积累的过渡时期发挥调控作用;Mez1在子粒发育过程中呈先下降后上升的趋势,授粉后10 d表达量最低,子粒发育后期表达量明显上升,表明Mez1可能在子粒淀粉积累过程中发挥调控作用;Vef101只在授粉后5 d的子粒中呈现高表达,其他时期表达量均较低,表明Vef101可能在玉米子粒发育早期胚胎形成过程中发挥调控作用。     

玉米光温敏无雄穗系植株多种植物激素含量的动态变化

以玉米光温敏无雄穗系I17及其正常系N17植株为试验材料,在春季和秋季种植条件下分别测定叶片与雄穗中生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和玉米素(ZT)的含量,研究植物激素对玉米光温敏无雄穗系植株雄穗发生及其育性的影响。结果表明,春季种植的无雄穗系I17与正常系N17的叶片和雄穗中IAA、GA3、ZT和ABA含量没有明显差异;秋季种植的无雄穗系I17叶片中IAA、GA3和ZT含量在苗期、抽雄期及花粒期均显著低于正常系N17,ABA含量显著高于N17。在植物激素平衡方面,秋季种植的无雄穗系I17叶片中IAA/ABA、GA3/ABA及ZT/ABA的比值均显著低于正常系N17的相应值。IAA、GA3和ZT的严重亏损与ABA的过量积累是引起玉米无雄穗的重要原因之一。     

剑麻(AgavehybridNo.11648)花芽分化期内源激素水平变化的研究

为了探究剑麻花芽分化与内源激素水平的关系.在对剑麻H.11648花芽分化进程进行观察的基础上,进行了花芽分化期剑麻花芽中的脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、玉米素(ZT)和赤霉素(GA3)4种内源激素含量变化研究.结果表明,剑麻H.11648茎尖ABA、ZT的含量均在花芽分化初期达到高峰,而GA3的含量在花芽分化基本完成时达到高峰,IAA含量在花芽分化中期处于低谷,且内源激素出现高峰或低谷的时间与其花芽分化完成时间一致,表明测试激素均与花芽分化有密切关系.研究发现高水平的ABA、ZT、ABA/GA3、ABA/IAA、ZT/GA3和ZT/IAA及较低水平的GA3、IAA有利于剑麻的成花.     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具,对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明,共鉴定得到23个玉米CYP基因,这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明,23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支,玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明,处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象,说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析,结合蛋白多序列比对后发现,只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明,ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现,部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导,表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

玉米天冬氨酸蛋白酶基因家族的鉴定与表达分析

以玉米B73基因组为参考序列,在全基因组水平系统分析玉米天冬氨酸蛋白酶家族成员的基因组结构信息,深入了解玉米天冬氨酸蛋白酶家族基因(ZmAPs)的生物学功能。结果表明,总共鉴定出75个ZmAPs,通过系统进化树分析将ZmAPs分为两大亚组,同一亚组之间的motif分布与基因结构都相对保守。染色体定位和共线性分析发现,ZmAPs不均匀地分布在玉米的10条染色体上,其中,7对为串联重复基因。对其启动子顺式作用元件分析后发现,ZmAPs可能参与光响应、MeJA及ABA等信号通路。对生物与非生物胁迫下的玉米转录组表达谱分析发现,ZmAPs对生物胁迫的响应更为强烈,表明ZmAPs可能参与玉米抗病的过程。     

玉米耐旱相关基因dbf1的序列变异分析

玉米dbf1 基因在干旱胁迫下的编码产物与DIP₁蛋白相结合,调控植物激素脱落酸（ABA）响应基因rab17 的表达,从而提高耐旱性。以B73的dbf1 基因组序列为模板,对104个玉米自交系的dbf1 基因进行测序,研究玉米dbf1 基因的序列多态性。多态性分析表明,在全长为2 118 bp的序列中共发现48个SNP和12个InDel。尽管大部分变异位点集中在非编码区,但编码区的1个InDel和3个非同义突变位点的变异可以产生氨基酸序列改变。玉米dbf1 基因的全长序列和编码区序列的变异位点可以分别将该基因划分成33和11种单倍型,并且编码7种蛋白质。在供试材料中,dbf1 基因至少经历了9次重组,中性检测表明,该基因的进化没有偏离中性选择。     

玉米ZmGAPDH2基因的克隆及表达特性分析

研究通过同源比对查找GAPDH基因的保守区,运用逆转录PCR和同源克隆技术从玉米叶片中克隆出GAPDH2基因的全长cDNA序列。采用qRT-PCR分析两个玉米品种登海605和蠡玉35幼苗叶片中GAPDH2基因在非生物胁迫和ABA 处理下的表达特性,利用二维凝胶电泳（2-DE）和基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱法（MALDI-TOF）,对登海605和蠡玉35幼苗在干旱胁迫下叶片中的GAPDH蛋白表达水平进行分析。结果表明,ZmGAPDH2基因开放阅读框（ORF）全长1 014 bp,编码337个氨基酸。ZmGAPDH2蛋白分子量为36.53 kDa,属于亲水性蛋白。生物信息分析发现,玉米 ZmGAPDH2 蛋白和单子叶植物小米 GAPDH2 蛋白的亲缘关系最近,同源性高达94.66%。qRT-PCR分析表明,ZmGAPDH2在登海605和蠡玉35叶片中均能被ABA和PEG处理诱导表达,登海605在NaCl和蠡玉35幼苗在低温处理下其表达量均有所下降。干旱对登海605和蠡玉35幼苗叶片中ZmGAPDH2蛋白表达量也有影响。     

玉米LIM结构域蛋白基因家族分析

采用生物信息学的方法,在玉米全基因组水平鉴定并分析玉米LIM蛋白基因,鉴定出11个ZmLIM基因,分别分布于玉米的8条染色体上。结构域分析表明,多数LIM蛋白包括2个典型的LIM结构域。系统发育分析表明,LIM家族可以分为3个亚家族。假定调控元件分析发现,所有LIM基因启动子都具有大量花粉特异表达元件,相对来说其他组织器官特异表达,激素和逆境调控元件数量很少。EST基因表达数据分析表明,该家族成员具有明显的时空表达特性。     

玉米DCL1基因鉴定及其自然等位变异分析

根据生物信息学分析,同源性克隆分离玉米DCL1候选基因,鉴定该基因组织与逆境响应等表达特征,并分析其自然等位变异。结果表明,目标候选基因全长7 408 bp,与拟南芥和水稻DCL1基因氨基酸序列高度保守,相似度分别为91%和77%。mRNA定量PCR分析表明,该基因在幼叶和吐丝期雌穗中表达丰度分别是幼茎的75.35倍和16.21倍;高盐、脱水、ABA、低氮、低磷胁迫处理条件下,幼苗中高盐和ABA处理呈下调表达,低氮和低磷处理呈显著上调表达,脱水处理无显著变化。核苷酸与氨基酸序列的保守性、组织与逆境响应差异表达特征均与拟南芥和水稻等相似。87份玉米自交系10×全基因重测序数据分析结果表明,该基因遗传变异丰富,共83个位点存在自然变异,但外显子区域和主要的功能结构域序列相对保守,约2/3的自然变异集中在内含子区域,外显子区域的27个自然变异位点只有8个位点在16个材料存在氨基酸差异。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

玉米蜕皮激素合成酶基因ZmCYP92A1的克隆和表达分析

采用RT-PCR结合RACE技术,从玉米中克隆ZmCYP92A1,GenBank登录号为KY270496.1。该基因全长1 713 bp,开放阅读框为1 551 bp,编码517个氨基酸。预测ZmCYP92A1蛋白分子量为58.58 kD,理论等电点为6.44,存在2个跨膜结构域,1个信号肽,有1个P450保守结构域。多序列比对表明,ZmCYP92A1蛋白与其他物种的CYP92A1蛋白具有极高的相似性。系统发生分析揭示,CYP92A1蛋白与属于CYP75亚家族的类黄酮3-单加氧酶的亲缘关系较近。实时荧光定量PCR结果发现,非生物胁迫(干旱、高盐、低温和脱落酸)均诱导ZmCYP92A1基因的表达,表明该基因参与植物抵御非生物胁迫。