陆地棉COR基因在低温胁迫下的表达分析及功能鉴定

【目的】分析低温胁迫条件下陆地棉中COR家族成员的表达特性,研究参与低温胁迫信号途径的COR基因。【方法】通过Real-time PCR分析低温胁迫条件下,陆地棉COR基因家族成员的表达情况,利用VIGS技术鉴定响应低温胁迫的COR基因功能。【结果】对8个COR基因家族成员在低温条件下的表达分析显示,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因受低温诱导表达水平不断上调,并在处理48 h后表达量较对照上调了近9倍;与之相反,基因序列号为Gh_D06G0147的COR基因在低温诱导3 h左右表达水平出现短暂的上调,但随后其表达受到显著抑制。其余COR基因家族成员的表达受低温胁迫表达水平发生改变,但是随着胁迫时间的增加,转录水平与对照无明显差异。利用VIGS技术在棉花中沉默候选COR基因Gh_D12G0215,并将基因沉默后的棉苗与对照共同进行低温胁迫处理,在相同的处理条件下,Gh_D12G0215基因沉默后的植株与对照相比,对低温胁迫更为敏感,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因可能参与棉花耐低温的调控。【结论】在低温胁迫条件下,陆地棉中部分COR基因的表达受低温胁迫诱导,在陆地棉受到低温胁迫时发挥功能。     

葡萄SAP家族的鉴定与表达分析

【目的】通过生物信息学分析明确SAP（Stress Associated Protein）家族在葡萄基因组中的数量、结构,利用qRT-PCR技术分析SAP家族的生物节律和在激素、非生物胁迫处理下的表达模式,为进一步探究SAP家族在葡萄中的作用奠定基础。【方法】在前期从山葡萄‘双优’（Vitis amurensis cv. Shuangyou）和欧洲葡萄‘红地球’（Vitis vinifera cv. Red Globe）0℃寒胁迫下转录组数据库中筛选出表达量明显上调的基因SAP15基础上,利用NCBI和葡萄基因组数据库中的BLAST功能,根据SAP家族的保守结构域,鉴定葡萄基因组中的SAP。利用生物信息学软件DNAMAN5.0、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA6等对VvSAPs序列、基因结构、蛋白质结构、理化性质、染色体定位和进化树等进行分析。采用qRT-PCR方法检测VvSAP家族的生物节律和在激素、逆境处理下的表达特征。【结果】从葡萄（Vitis vinifera）全基因组中鉴定得到15个SAP家族成员,均含有AN1保守结构域,大多含有A20保守结构域。按照其保守结构域和在染色体上的位置,依次命名为VvSAP1—VvSAP15,可分为Class Ⅰ、Class Ⅱ和Class Ⅲ三类。理化性质分析表明,VvSAP家族编码氨基酸数目介于109—293,理论等电点分布在7.99—9.68。染色体定位分析发现,该基因家族的15个基因分布于葡萄的9条染色体上,其中第8条染色体上分布最多,有3个VvSAP。亚细胞定位分析表明,VvSAP家族主要在细胞核、叶绿体和细胞骨架中进行表达。VvSAP家族的二级结构主要以无规则卷曲和α-螺旋为主。基因结构分析表明,VvSAP1—VvSAP12的DNA序列中均无内含子,VvSAP13—VvSAP15的DNA序列中有1个内含子,基因结构高度保守。qRT-PCR分析结果表明,在VvSAP家族成员中,VvSAP1和VvSAP9在无处理和各处理下（激素和非生物胁迫）均表达极低或不表达,初步鉴定为假基因。除VvSAP10在400 mmol·L ^-1 NaCl处理下呈下调表达,其余基因均在50 μmol·L ^-1 ABA、100 μmol·L ^-1SA和400 mmol·L ^-1NaCl处理下呈上调表达,其中,VvSAP10—VvSAP14显著响应50 μmol·L ^-1 ABA胁迫,处理24 h后相对表达量分别上调为0 h的37.19、36.63、21.69、58.34和267.35倍;VvSAP8和VvSAP11在NaCl处理4 h后相对表达量最高,分别为0 h的13.16和12.42倍;在4℃低温胁迫下,相对表达量上调最高的是VvSAP15,处理后8 h相对表达量为0 h的35.90倍。 【结论】从葡萄基因组中共鉴定出15个SAP家族成员,初步鉴定得出VvSAP1和VvSAP9为假基因,15个基因分别分布于9条染色体上,并且结构进化高度保守。所有成员均相响应逆境,且均有昼夜节律变化,但该基因家族成员在不同逆境胁迫下的响应程度和在不同时间点的表达模式存在一定的差异。     

柑橘U-box基因家族的鉴定及表达分析

目的通过生物信息学分析U-box在柑橘基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫和激素的响应,解析柑橘U-box基因家族的生物学功能。方法 根据已经报道的拟南芥U-box基因,利用Phytozome数据库中的BLASTp工具鉴定柑橘基因组中的U-box基因。采用MEGA6.0、Cello、SMART、GSDS2.0、ExPASy和MapChart等软件构建系统进化树、亚细胞定位预测、预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质、绘制家族成员Scaffold定位图等,分析U-box基因家族在低温胁迫下表达模式,利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测柑橘U-box基因家族部分成员在NaCl、PEG6000和不同激素处理下的表达情况。结果 从柑橘克里曼丁（Citrus clementina）全基因组中鉴定出56个CcPUBs基因家族成员,可将其分为7类,即U-box only、U-box+ARM-1、U-box+WD40-1、TPR+U-box、Kinase+U-box、U-box+ARM-2和U-box+WD40-2。该家族蛋白理论等电点分布在5.19—9.14,编码的氨基酸数目介于281—1 441;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员位于细胞不同位置,主要位于细胞核或叶绿体,少数位于质膜;聚类分析发现,柑橘U-box与单子叶植物水稻的亲缘关系较远,柑橘中具有相同结构域的成员和拟南芥具有相同结构域的成员聚在一起,表明柑橘U-box成员具有不同生物学功能;Scaffold定位分析发现,56个U-box成员分布在1—9 Scafflod上且呈不均分布。在冷胁迫下的RNA-Seq分析结果表明,U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答,并表现出4种不同的应答模式;从柑橘U-box基因家族的5个不同簇上分别选取1个代表基因进行qRT-PCR,分析结果表明,CcPUB48在金柑的各个组织中均有表达,CcPUB9和CcPUB4主要在茎和花中表达,CcPUB10主要在花、茎和幼果中表达,CcPUB41主要在叶和茎中表达,体现了不同U-box成员的组织特异性的表达差异。CcPUB4、CcPUB10和CcPUB41在NaCl胁迫下表达均上调,而CcPUB48在盐胁迫下的表达无明显变化。CcPUB4在Na₂CO₃处理下表达明显上调,与NaCl处理存在一致的表达趋势,而CaCl₂处理下的表达与NaCl处理下的表达趋势却存在差异。在PEG6000的处理条件下,CcPUB4的表达量呈现先上升后下降的趋势,CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48在PEG6000的处理下无明显变化。在赤霉素（GA₃）处理下,CcPUB4在3 h时明显上调,在生长素（IAA）和脱落酸（ABA）下呈现无规律变化,CcPUB10在ABA处理下表达量表现出逐渐上升。结论 从柑橘克里曼丁全基因组上鉴定出56个U-box基因成员,各成员均含有U-box保守结构域,并位于细胞的不同位置。U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答并表现出4种不同的应答模式,在NaCl、PEG6000和激素处理下,CcPUB4和CcPUB10有不同程度的响应,而CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48响应不明显或未响应。     

基于盐胁迫转录组信息的蚕豆F-box基因家族分析

【目的】通过生物信息学方法分析蚕豆F-box基因家族成员的分布、结构及进化,研究家族成员在不同处理时间条件下的表达模式及对盐胁迫的响应,为该类基因生物学功能和盐胁迫机制的研究提供参考。【方法】基于蚕豆盐胁迫转录组测序（RNA-seq）数据,利用NR、Swiss-prot和PFAM 3个数据库和NCBI网站,对蚕豆F-box基因进行筛选注释;利用Web Logo 3、Prot Comp 9.0、MEGA-X和MEME等软件进行保守结构域、亚细胞定位、系统进化树和Motif等生物信息学分析。基于盐胁迫转录组数据分析蚕豆（yz17134耐盐和yz17078不耐盐）F-box基因家族在盐胁迫下的差异表达模式,并采用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测部分家族成员在16和24 h的表达情况。【结果】基于盐胁迫转录组测序数据,注释得到161个蚕豆F-box基因,均含有F-box保守结构域。根据C端结构域的不同,将其分成11个亚族：FBX、FBXFBA、FBXLRR、FBXPP2、FBXKelch、FBXTUB、FBXFBD、FBXDUF、FBXACTIN、FBXWD40和FBO。保守结构域分析表明,F-box保守基序中包含1个极度保守的色氨酸残基。比较分析蚕豆F-box家族和拟南芥F-box家族共同构建的进化树,发现同一C端结构域的基因大多聚集在一起。亚细胞定位预测结果显示,124个F-box基因定位于细胞外,37个定位于细胞核中。基因结构分析表明,蚕豆F-box家族基因的DNA序列中均无内含子,且均由UTR区和CDS区组成。基于盐胁迫转录组数据的F-box差异表达模式分析表明,蚕豆F-box基因在2个不同处理时间点上的表达各不相同,在盐处理16 h的表达较为明显。qRT-PCR分析结果表明,在F-box家族成员中,共存在5个差异基因。其中Vf056266.1、Vf062764.1和Vf024236.1在盐处理16 h的表达量均上调,Vf060904.1和Vf045761.1在盐处理16 h的表达量均下调。【结论】蚕豆F-box基因家族注释得到161个蚕豆F-box基因,分为11个亚族。其中5个重要的F-box基因在不同盐处理时间的表达量存在差异。     

玉米质膜内在蛋白ZmPIP2;6响应渗透、盐和 干旱胁迫的功能鉴定

【目的】质膜内在蛋白（plasma membrane intrinsic proteins,PIPs）广泛存在于植物细胞的膜系统上,在植物体内水分运输和水分平衡的过程中至关重要。对ZmPIP2;6在植物水分胁迫耐性中的功能进行探究,为玉米培育抗旱耐盐新品种提供优秀基因资源。【方法】分析并比对ZmPIP2;6与其他物种中报道参与水分胁迫的PIPs的氨基酸序列,构建ZmPIP2;6-GFP载体并通过PEG介导转化玉米原生质体,对ZmPIP2;6进行亚细胞定位。采集玉米的不同组织样品,包括根、茎、叶、未成熟雄穗、未成熟雌穗、胚和胚乳;对玉米进行PEG或NaCl处理,在处理的不同时间点采集玉米的根和叶样品。提取总RNA并通过qRT-PCR调查ZmPIP2;6在玉米不同组织以及在水分胁迫下的表达模式。构建ZmPIP2;6超表达载体,发展并鉴定ZmPIP2;6超表达拟南芥材料,观察转基因植株对渗透、盐及干旱胁迫的耐性生理表型,并测量其根长、叶片水分散失率等性状。检测在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达。【结果】氨基酸序列分析比对结果显示ZmPIP2;6具有PIP蛋白的典型结构与并且其他物种的PIP蛋白具有很高的同源性。转化玉米原生质体试验结果显示ZmPIP2;6蛋白定位在细胞质膜。qRT-PCR结果显示ZmPIP2;6在玉米未成熟雄穗中表达量最高,并且在玉米受到渗透和盐胁迫后根和叶中的ZmPIP2;6表达受到显著诱导。在MS固体培养基上进行渗透胁迫处理和盐胁迫处理以及进一步的土培试验中进行干旱胁迫处理,ZmPIP2;6超表达拟南芥植株相对野生型都显示出更强的胁迫耐性。在干旱或盐胁迫条件下,拟南芥胁迫信号通路上的相关基因在ZmPIP2;6超表达植株中的表达受到不同程度的影响。【结论】玉米内在质膜蛋白基因ZmPIP2;6在渗透或盐胁迫下表达上调,在拟南芥中超表达ZmPIP2;6会增强植株对渗透、盐和干旱胁迫的耐性,并且在盐或干旱胁迫条件下会影响拟南芥中胁迫相关基因的表达。ZmPIP2;6可能参与植物水分胁迫响应过程。     

大白菜F-BOX基因家族的鉴定与核盘菌诱导应答分析

【目的】筛选参与菌核病应答反应的F-BOX基因，为大白菜抗菌核病基因的功能研究及抗病品种的选育提供基础。【方法】基于核盘菌侵染大白菜转录组测序数据，对大白菜F-BOX基因家族进行鉴定，进行亚细胞定位、染色体定位、保守结构域等生物信息学分析。分析F-BOX基因在核盘菌侵染下的差异表达，并采用q-PCR技术检测F-BOX基因在0 h和36 h的表达情况。【结果】共鉴定32个BraF-BOX基因，分子量介于34 751.13～105 942.22Da；亚细胞定位表明，26个F-BOX基因定位在细胞核和细胞质中，6个定位在叶绿体中；系统进化树分析将BraFBOX分为4个亚族；基因结构分析结果表明，每个BraF-BOX家族成员均含有Motif 1，序列中均含有外显子；组织特异性表达分析结果表明在不同大白菜部位，表达量有差异；在核盘菌处理36 h时，q-PCR检测6个基因的相对表达量趋势与转录组数据一致，其中Bra037120、Bra011427、Bra009835等3个基因表达上调，核盘菌侵染时间越长，表达量越大。【结论】综合BraF-BOX基因生物信息学及转录组数据分析，Bra037120、B...     

柑橘Rboh家族鉴定及其对激素和柑橘溃疡病的响应

【目的】活性氧（reactive oxygen species,ROS）是植物抗病反应中重要的信号分子,而Rboh是参与活性氧产生的关键酶之一。本研究通过鉴定和分析柑橘全基因组中Rboh基因家族生物信息学特性、生物胁迫相关植物激素和溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri,Xcc）侵染诱导下表达模式,为研究Rboh基因家族与柑橘抗溃疡病过程的相关性,进一步研究和利用柑橘Rboh基因打下基础。【方法】利用过氧化物酶数据库RedOxiBase和柑橘（甜橙）CAP数据库获得柑橘Rboh家族序列信息;利用生物信息学软件对CsRboh进行理化性质、系统进化关系、染色体定位、基因结构、蛋白功能结构域、保守基序和启动子元件系统分析。通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析植物激素水杨酸（salicylic acid,SA）、茉莉酸（jasmonic acid,JA）、脱落酸（abscisic acid,ABA）和溃疡病菌处理下CsRboh表达模式。【结果】鉴定得到7个柑橘Rboh家族成员（CsRboh01—CsRboh07）,其编码蛋白包含784—946个不等的氨基酸残基,等电点（PI）分布在8.67—9.40,主要定位于细胞膜结构和细胞质。根据系统进化树可将柑橘Rboh家族划分为I—IV 4个亚家族。CsRboh家族基因不均匀分布在甜橙的5条染色体,均含有典型的呼吸爆发NADPH氧化酶结构域（NADPH_Ox）、铁还原酶跨膜组件（Ferric_reduct）、FAD结合结构域（FAD_binding）和铁还原酶NAD结合结构域（NAD_binding）4个功能结构域。CsRboh家族各基因的启动子区域含不同激素响应元件,数目和类型各有差异。qRT-PCR结果显示CsRboh基因家族各成员可响应激素和溃疡病菌诱导,在不同激素和溃疡病菌处理下感病品种晚锦橙和抗病品种四季橘中表达模式具有差异。结合系统进化树聚类分析、同源基因功能研究及其启动子区域顺式作用元件分析发现,CsRboh02、CsRboh04和CsRboh06在抗、感两个品种中受柑橘溃疡病菌诱导表现出明显不同的表达趋势和表达量。【结论】CsRboh02、CsRboh04和CsRboh06可能与柑橘品种抗、感性密切相关,是3个有潜力的抗溃疡病分子育种候选基因,初步确定CsRboh家族基因在柑橘响应溃疡病过程中发挥关键作用。     

普通小麦转录因子基因TaWRKY35的克隆及功能分析

【目的】非生物逆境是制约小麦生产的主要因素。WRKY转录因子是植物特有的转录因子家族,参与对多种非生物逆境胁迫的应答。普通小麦基因组中至少含有200个WRKY,目前仅对少数成员的功能进行了鉴定。通过克隆小麦WRKY转录因子TaWRKY35并揭示其功能,为改良小麦的抗逆性提供基因资源。【方法】利用小麦全长cDNA数据信息,从强抗旱小麦品种旱选10号中克隆逆境胁迫应答转录因子基因TaWRKY35;采用实时定量PCR技术,分析目标基因在不同发育时期、不同组织器官中的表达水平,以及在PEG-6000、NaCl、ABA和低温等逆境胁迫下的表达模式;构建目标基因与GFP融合的表达载体,转化小麦原生质体,以确定目标蛋白在细胞中的作用位置;构建TaWRKY35过表达载体,通过农杆菌介导的方法转化拟南芥,揭示目标基因的功能。【结果】TaWRKY35的开放阅读框全长1 134 bp,编码377个氨基酸的蛋白。TaWRKY35的N端有一个典型的WRKY结构域,C端有一个C₂HC型的锌指结构域,属于WRKY家族第Ⅲ亚家族。测序发现TaWRKY35编码区序列非常保守,在32份多态性较高的六倍体小麦材料中未检测到DNA多态性。TaWRKY35在小麦的不同发育时期、不同组织中均有表达,其中在幼苗根基部表达量最高,约为苗期叶片中表达量的26倍;其次为幼芽根基,约为苗期叶片中表达量的21倍;接下来依次为孕穗期茎节、孕穗期穗、芽期根、孕穗期根、苗期根、胚芽、孕穗期叶片,而在幼苗叶片中表达水平最低;同时在ABA、NaCl、PEG和低温胁迫条件下,小麦幼苗TaWRKY35的表达量均显著上升,表明TaWRKY35参与对4种逆境胁迫的应答,但在不同胁迫条件下表达模式差异显著,其中对盐胁迫最敏感。亚细胞定位发现,TaWRKY35特异定位在细胞核上,是典型的核定位蛋白。在高盐胁迫条件下,TaWRKY35过表达转基因拟南芥子叶白化率显著低于对照,TaWRKY35过表达转基因拟南芥的细胞膜稳定性和幼苗存活率均显著高于野生型对照,表明TaWRKY35能增强植物的耐盐性。【结论】TaWRKY35编码蛋白含有WRKY和C₂HC结构域,为WRKY家族第Ⅲ亚家族成员。TaWRKY35在小麦发育的不同时期、不同组织中均有表达,且受ABA、PEG、NaCl及低温等逆境胁迫诱导。过表达TaWRKY35能显著提高转基因拟南芥的耐盐性。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

不同干燥工艺对恰玛古制干特性的影响

【目的】研究不同干燥工艺对恰玛古干燥持续时间、色泽、感官评价及能耗的影响,为恰玛古较优的干燥工艺提供依据。【方法】根据干燥温度、切片厚度和不同预处理方式3个重要的因素,设计三因素三水平的正交试验。【结果】提高干燥温度、降低切片厚度以及热烫的前期处理,能够明显缩短恰玛古干燥的持续时间;降低温度、氯化钠溶液浸泡的前期预处理能较好地保护原有的色泽;降低温度、降低切片厚度以及氯化钠溶液浸泡的前期预处理之后的感官评分较高;温度越高,单位时间内的能耗越高。【结论】恰玛古热风干燥较优的干燥工艺为:温度55℃,切片厚度3 mm,前期预处理的方式为氯化钠处理。     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

苯磺隆胁迫下甘蓝型油菜萌发期关联性状的QTL定位及候选基因筛选

【目的】寻找苯磺隆胁迫下油菜种子萌发性状相关的QTL及其耐性基因,为筛选与培育耐苯磺隆油菜种质以及探究油菜种子萌发过程中苯磺隆耐性分子机理奠定基础。【方法】用0.15 mg·kg ^-1苯磺隆溶液处理由人工合成甘蓝型油菜10D130和甘蓝型油菜常规品种ZS11构建的包含175个株系的高世代重组自交系（RIL）群体,进行种子发芽试验,以蒸馏水为对照,分别测定其相对发芽势、相对发芽率、相对根长和相对干重。然后,利用油菜6K SNP芯片对该RIL群体进行基因分型,通过JoinMap4.0软件构建高密度遗传连锁图谱。基于该遗传图谱,利用MapQTL软件多QTL作图法对4个性状的相对值进行QTL定位,根据各QTL置信区间查找甘蓝型油菜的基因序列,并依次与拟南芥基因组序列进行BLAST,筛选可能与耐苯磺隆胁迫相关的候选基因。【结果】频数分布表明4个相对性状的变异范围较大,且呈连续性分布,符合数量性状表现特征,适宜进行QTL遗传分析。相关分析表明,相对发芽率和相对发芽势呈极显著正相关,相关系数为0.587。构建的遗传图谱包含1 897个多态性SNP标记,覆盖甘蓝型油菜基因组3 214.19 cM,标记之间的平均图距为1.69 cM。利用此图谱共检测到22个相关QTL,表型贡献率变幅为6.4%—12.6%。其中,与相对发芽势、相对发芽率相关的QTL分别有6个和3个,与相对根长和相对干重有关的QTL分别为8个和5个。在A01染色体64.857 cM、55.935 cM和56.645 cM处检测到的相对发芽势与相对发芽率QTL的置信区间完全或者部分重叠。通过分析QTL置信区间上甘蓝型油菜对应的区间序列,筛选到30个可能与油菜耐苯磺隆有关的候选基因,其中包括18个细胞色素P450家族成员、5个糖基转移酶家族基因、1个GSTF相关基因、1个ABC转运蛋白相关基因和1个ALS基因,这些基因均与除草剂抗性机制有关,尤其ALS为磺酰脲类除草剂靶位点酶;另外筛选到1个BHLH和1个JAZ6基因,BHLH与JAZ蛋白可通过相互作用来防御胁迫;检测到1个LSU2蛋白相关基因和1个MATE家族成员,前者参与细胞氧化剂解毒及植物防御反应,后者参与类黄酮、生物碱、金属离子、其他多种代谢物的转运及有毒物质引起的植物胁迫响应。【结论】检测到与相关QTL共22个,筛选出可能与苯磺隆耐性有关的候选基因30个。这些基因通过加速毒性分子的转运与代谢从而响应有毒物质引起的胁迫反应,可能参与植物对苯磺隆的抗性调节与反应机制。     

谷子NADP-ME的鉴定及其对逆境胁迫的响应

【目的】鉴定谷子NADP-ME家族成员,研究不同成员对非生物逆境胁迫的响应,为揭示SiNADP-ME在谷子逆境应答信号途径中的作用奠定基础。【方法】 利用生物信息学方法鉴定谷子基因组中的NADP-ME家族成员。采用GSDS2.0、plantCARE、Clustalx、MEGA6.0等软件及网站ExPASy对鉴定成员蛋白和基因序列进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测SiNADP-ME在苗期不同逆境、不同生育期干旱胁迫及不同光照强度下的表达情况。【结果】 谷子NADP-ME家族由7个成员组成,它们在谷子的第2、3、5、7染色体上呈不均匀分布。保守功能域分析显示7个基因都含有NADP-ME特征保守功能域。序列比对发现谷子NADP-ME成员之间序列非常保守,相似性较高,7个谷子成员序列一致性为77.30%,而不同物种NADP-ME序列之间相似性为56.52%。序列分析显示SiNADP-ME1、SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6序列较长,分别编码576、639、652和636个氨基酸,而SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7序列较短,分别编码213、265和149个氨基酸。基因结构分析显示SiNADP-ME1有2个可变剪切,SiNADP-ME5有3个可变剪切,其他基因无可变剪切。SiNADP-ME1、SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7含内含子较少,而SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6含内含子较多。蛋白参数预测显示谷子NADP-ME成员间分子量跨度较大,在161.94—725.43 kD,等电点为5.32—8.05,不稳定指数为23.01—45.01,脂肪系数介于89.19—107.77,平均疏水指数介于-0.218—0.004。亚细胞定位预测显示SiNADP-ME成员主要被定位在叶绿体、线粒体和细胞质中。顺式元件分析显示SiNADP-ME成员启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。聚类分析发现谷子SiNADP-ME基因在单、双子叶植物分离之前就已存在。不同物种同源基因对在进化树中广泛存在揭示它们在进化上可能存在共同祖先,也暗示它们在某些信号通路中可能具有相似的功能。苗期逆境表达分析表明所有谷子SiNADP-ME家族基因表达量在本文应用的4种逆境胁迫下都被明显诱导。SiNADP-ME1在ABA、低温、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的460.53、411.50和15.24倍;SiNADP-ME6在ABA、低温、PEG、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的211.13、15.21、772.41和643.99倍。进一步分析表明SiNADP-ME1和SiNADP-ME6在拔节期、抽穗期和灌浆期干旱胁迫下表达量上调。【结论】 从谷子基因组中鉴定了7个NADP-ME基因家族成员;7个成员间序列非常保守并且都含有NADP-ME基因典型特征结构域;7个谷子NADP-ME家族基因参与了植物非生物逆境应答,特别是SiNADP-ME1和SiNADP-ME6可能在ABA、盐、干旱、低温等逆境应答信号途径中起重要作用。     

玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析

【目的】分析研究玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达。【方法】使用NCBI Blast、DNAMAN和MotifScan等程序分析玉米钙依赖蛋白激酶CDPK的蛋白结构域和系统发育。采用Real-time RT-PCR方法分析CDPK基因在干旱胁迫处理玉米幼苗中的表达,评价CDPK基因对玉米干旱胁迫反应能力。【结果】鉴定出了在玉米中含有39个CDPK基因。将CDPK基因分为4个组。每个群体中的成员有共同的蛋白质基序和外显子及内含子结构,共同的进化起源。39个玉米CDPK基因根据它们的系统发育关系分组,并锚定在特定的玉米染色体上。多数CDPK基因在玉米干旱胁迫中的表达水平发生改变,CDPK基因参与对干旱胁迫的响应。【结论】从玉米基因组数据库中鉴定出了39个CDPK基因,大多数玉米CDPK基因在不同组织和不同发育阶段表现出不同的表达水平,CDPK基因在玉米发育中发挥不同的作用。多数CDPK基因在干旱胁迫下的表达量均发生变化。     

以六倍体（AnAnCnCnCoCo）为桥梁创制抗旱新型甘蓝型油菜（AnArCnCo）

【目的】作为甘蓝型油菜的祖先种之一,白菜型油菜具有遗传多样性丰富、耐干旱、耐土壤瘠薄等优良特性。分析白菜型油菜的抗旱性,并以六倍体为桥梁,创造导入白菜型油菜优良抗旱性的新型甘蓝型油菜。【方法】以甘蓝型油菜和甘蓝为亲本,经杂交、胚挽救、染色体加倍,获得六倍体材料（AⁿAⁿCⁿCⁿC^oC^o）。以六倍体（AⁿAⁿCⁿCⁿC^oC^o）与白菜型油菜（A^rA^r）为亲本,杂交获得新型甘蓝型油菜（AⁿA^rCⁿC^o）;以PEG-6000溶液于萌发期模拟干旱处理新型甘蓝型油菜、白菜型油菜,测算种子萌发抗旱指数、相对萌发率、相对萌发势、相对根长和相对胚轴长,评价其抗旱性,并运用隶属函数法对抗旱性鉴定指标进行分析,筛选具有优良抗旱性的新型甘蓝型油菜。【结果】以11份六倍体材料和68份白菜型油菜为亲本,创建了124份新型甘蓝型油菜。新型甘蓝型油菜苗期表型介于六倍体和白菜型油菜之间。所选六倍体材料的染色体数目为56条,花粉育性约90%,合成的新型甘蓝型油菜的染色体数目为38条,花粉育性约80%。选取59份长势优良的新型甘蓝型油菜、7份六倍体材料、10份白菜型油菜以及20份自然甘蓝型油菜,进行主成分分析,四类材料分成三类,即六倍体材料、自然甘蓝型油菜和新型甘蓝型油菜、白菜型油菜,但自然甘蓝型油菜和新型甘蓝型油菜明显分开。以PEG-6000溶液模拟干旱,测定抗旱性指标,确定了用于白菜型油菜和新型甘蓝型油菜模拟干旱处理的PEG-6000溶液浓度,分别为200和250 g·L^-1。从59份新型甘蓝型油菜中选取9份进行抗旱性鉴定,发现其中有3份新型甘蓝型油菜的抗旱性优于对照甘蓝型油菜中双11号,而且这三份新型甘蓝型油菜的抗旱性与各自的父本白菜型油菜的抗旱性呈正相关性。【结论】以具备优良抗旱性的白菜型油菜为亲本,以六倍体材料为桥梁,可创制具备优良抗旱性的新型甘蓝型油菜。     

苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

【目的】全基因组鉴定苦荞WOX（WUSCHEL-related homeobox）基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L^-1+6-BA 1.0 mg·L^-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布。系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD（Homeodomain）、START和MEKHLA结构域。保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个。基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个。顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件。系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有。基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性。表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性。【结论】苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性。     

盐和干旱胁迫对芥菜型油菜种子萌发及幼苗生长的影响

【目的】 研究三种油菜种子萌发和幼苗生长对盐胁迫和干旱胁迫的响应,对不同种盐、旱胁迫油菜的耐受性提供科学参考。【方法】 以三种芥菜型油菜为材料,通过不同浓度的NaCl和甘露醇处理,研究其对三种芥菜型油菜种子萌发和幼苗生长的影响。【结果】 (1)在盐和旱胁迫中,随着NaCl和甘露醇浓度的升高,其种子发芽率、根长和株高均呈下降趋势。NaCl (<150 mmol/L)和甘露醇(<200 mmol/L)时,三种芥菜型油菜种子发芽率跟对照组没有显著差异;NaCl (≥200 mmol/L)和甘露醇(≥300 mmol/L)时,显著抑制了其种子萌发,CBJ004-34油菜保持了78%的发芽率。(2)NaCl (<150mmol/L) 和甘露醇(<100 mmol/L)时, Xinyou9 和CBJ004-34 油菜幼苗的根长跟对照没有显著差异;NaCl (<100 mmol/L)时,促进新油9号油菜幼苗根的伸长。【结论】 新油9号和CBJ004-34油菜种子的耐盐性和耐旱性好,该研究为选育油菜耐盐耐旱材料提供了参考依据。