六倍体(A~nA~nC~nC~nC~oC~o)与白菜型油菜杂交可交配性及后代菌核病抗性

【目的】利用亲本种遗传资源是改良甘蓝型油菜的重要手段。以甘蓝型油菜与菌核病抗性甘蓝杂交合成的六倍体为桥梁,与大量的白菜型油菜杂交,合成杂种,探索改良甘蓝型油菜菌核病抗性的策略。【方法】采用菌核病抗病甘蓝(C01)与甘蓝型油菜(中双9号)杂交合成六倍体,通过分析六倍体的育性、菌病抗性和减数分裂行为来分析其作为桥梁材料转移菌核病抗性的可能性;将六倍体与110份白菜型油菜杂交,通过考察杂种发育和可交配性来分析六倍体与白菜型油菜杂交的可行性;通过鉴定杂种的苗期表型特征、自交结实率及离体茎秆的菌核病抗性来分析杂种在改良甘蓝型油菜遗传背景上的利用潜力。【结果】该六倍体的花粉育性为90.6%—92.7%,自交结实率为3—7粒/角果;菌核病抗性显著高于对照品种(中双9号);处于减数分裂后期I的花粉母细胞中,68.80%(86/125)的染色体分离比为28﹕28。110份春性、冬性和半冬性的白菜型油菜与六倍体杂交,授粉15 d后的胚珠发育正常,并且都能收获成熟种子,平均可交配性为(4.25±3.91)粒/角果。尽管不同基因型之间的可交配性存在显著差异,但是不同生态型的白菜型油菜与六倍体杂交的可交配性无显著差异(半冬性:(4.35±3.77)粒/角果,春性:(4.34±4.51)粒/角果,冬性:(4.01±3.43)粒/角果;P=0.44)。六倍体作为母本或者父本与白菜型油菜杂交都能结籽,而且没有显著性差异(六倍体为母本:平均结实率为4.27粒/角果;六倍体为父本:平均结实率为3.95粒/角果;P=0.69)。六倍体与白菜型油菜杂交创建的杂种,苗期形态似甘蓝型油菜,但是表型变异丰富;杂种都能自交结籽,平均自交结实率为(7.72±4.45)粒/角果;来自不同生态型的白菜型油菜与六倍体合成的杂种自交结实率无显著性差异(冬性白菜型油菜合成的杂种平均自交结实率:(8.07±3.43)粒/角果,半冬性:(7.88±4.64)粒/角果,春性:(6.41±3.00)粒/角果,P=0.95)。经过两年的离体茎秆菌核病抗性鉴定,6份杂种的菌核病发病程度两年均显著低于中双9号(P0.05)。【结论】以六倍体为桥梁能有效地将甘蓝型油菜亲本种的优良性状导入到甘蓝型油菜中。     

棉花钠尿肽基因GhPNP1的耐旱功能分析

【目的】分析棉花中钠尿肽GhPNP1的结构特征、表达模式以及耐旱功能,并分析其耐旱机制,为将该基因应用于作物改良奠定基础。【方法】通过对从植物中水平转移到大丽轮枝菌中的钠尿肽基因AVE1进行同源性搜索,得到与AVE1蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列;使用MEGA5软件对AVE1蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建同源物种间系统进化树;利用MEGA和expasy在线工具进行蛋白序列分析;并根据编码该蛋白的核酸序列设计引物在陆地棉品种奥3503中克隆到其同源基因GhPNP1。使用多种生物信息学软件分析GhPNP1的分子特性,包括GhPNP1编码蛋白的等电点、分子量、信号肽、进化关系等进行预测分析。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析GhPNP1在不同器官部位的组织表达模式以及受到PEG模拟干旱胁迫处理后的表达模式。将GhPNP1的cDNA序列连入CLCrV沉默载体中,构建GhPNP1的病毒诱导基因沉默载体CLCrV:GhPNP1,转入农杆菌,并通过和辅助载体CLCrVB共侵润2叶期幼苗进行叶片注射,获得GhPNP1的沉默植株。利用PEG模拟干旱处理沉默植株检测其耐旱性,并测定沉默植株的失水率、相对含水量、丙二醛（MDA）含量、总抗氧化活性（T-AOC水平）、离子渗漏率等与植物抗逆相关的生理指标。【结果】从陆地棉奥3503中克隆到的GhPNP1的开放阅读框长度为396 bp,编码131个氨基酸,信号肽长度为15个氨基酸,通过系统进化树分析GhPNP1编码的蛋白含有保守的钠尿肽结构域,与可可树的PNP蛋白进化关系最近。GhPNP1在棉花植株的根、茎、叶中均表达且在茎中表达量较高,PEG模拟干旱处理后根、茎、叶中的GhPNP1均上调表达。GhPNP1沉默后棉花植株耐旱性显著降低。在干旱条件下,GhPNP1沉默植株的MDA含量、离子渗漏率、叶片失水率均高于对照的未沉默植株;而沉默植株的总抗氧化能力（T-AOC水平）、相对含水量显著低于对照的未沉默植株。【结论】从棉花中克隆得到一个植物钠尿肽基因,受干旱胁迫诱导上调表达,沉默后耐旱性降低。推测GhPNP1可能通过cGMP信号途径参与棉花的干旱胁迫,在干旱胁迫下对棉花耐旱性起正调控作用。     

油菜基因BnWRI1的克隆及RNAi对种子含油量的影响

 【目的】阐明油菜基因BnWRI1对其种子含油量的影响。【方法】采用RT-PCR技术从油菜中克隆到BnWRI1基因编码区内384 bp的片段,将该片段正反向插入干扰载体pGΩ4ARi中,构建成RNAi表达载体pGΩ4ARi-WRI1,通过花粉管通道法将其转入油菜受体品种中双9号中,【结果】获得3棵转基因植株,PCR扩增和基因组Southern杂交证实外源片段已整合在受体油菜基因组中。利用半定量RT-PCR和改进的索氏提取法分别检测转基因T1代植株的BnWRI1基因表达量和种子含油量,结果表明：与非转基因对照相比,转基因植株的BnWRI1基因均受抑制,种子含油量有所降低。【结论】采用RNAi技术可使油菜内源基因BnWRI1沉默,表明油菜基因BnWRI1能有效调控种子含油量。     

棉花干旱诱导MYB类转录因子GhRAX3的功能分析

【目的】挖掘、分析响应干旱诱导的MYB转录因子的功能,为棉花抗旱研究和育种提供参考。【方法】以已知受干旱诱导表达的GbMYB5为检索项,Blastx检索NCBI的非冗余蛋白nr数据库中与GbMYB5具有相似序列的棉花MYB转录因子,通过荧光定量PCR验证获得干旱应答相关的MYB转录因子GhRAX3。将GhRAX3-GFP融合蛋白表达载体通过农杆菌注射法在烟草叶片瞬时表达,观察亚细胞定位荧光信号。将棉花曲叶病毒CLCrV介导的基因沉默载体CLCrV﹕GhRAX3通过农杆菌浸润法注射棉花子叶,荧光定量PCR检测棉花GhRAX3表达水平,对GhRAX3沉默的棉花植株进行干旱胁迫处理,观察表型变化,并检测其叶片失水率、叶片含水量、总抗氧化物酶活性、丙二醛含量和离子渗透率等抗旱相关生理指标。【结果】Blastx检索结果发现,与GbMYB5相比,GhRAX3覆盖率达38%,与GbMYB5有79%的相似性,编码一个R2R3-MYB转录因子。GhRAX3响应干旱诱变表达,在18%（v/v）PEG 6000诱导处理0.5 h后即显著上调表达5倍,在48 h后达上调表达33倍。亚细胞定位结果显示GhRAX3-GFP4融合蛋白仅在细胞核有明显的绿色荧光信号,表明GhRAX3定位在细胞核中。CLCrV病毒诱导GhRAX3沉默后,GhRAX3在沉默株的表达量仅为野生型的41%,表明GhRAX3表达已被抑制。取干旱处理前的棉花植株同部位的叶片,测定单位重量叶片在0-7 h内的失水量,发现GhRAX3沉默植株的叶片失水率显著高于野生型和空载体对照植株。在18%（v/v）PEG 6000水溶液处理24 h或在自然干旱15 d后,GhRAX3沉默的棉花植株萎蔫程度比野生型和空载体对照植株严重。自然干旱处理7 d后,检测叶片含水量、总抗氧化物酶活性、丙二醛含量和离子渗透率等抗旱相关生理指标,发现GhRAX3沉默植株的叶片相对含水量为82%,总抗氧化物酶活性为1.29 U·mg^-1,而野生型和空载体对照植株的叶片相对含水量则分别为89%和91%,总抗氧化物酶活性分别为3.44和3.19 U·mg^-1,GhRAX3沉默植株的叶片相对含水量和总抗氧化物酶活性都显著低于野生型和空载体对照植株;相反,GhRAX3沉默植株叶片的离子渗漏率为78.54%,丙二醛含量为74.20 nmol·mg^-1 FW,而野生型和空载体对照植株叶片的离子渗漏率分别为44.98%和47.45%,丙二醛含量分别为44.90和47.29 nmol·mg^-1 FW,GhRAX3沉默植株叶片的离子渗漏率和丙二醛含量均显著高于野生型和空载体对照。【结论】GhRAX3响应干旱胁迫诱导,抑制GhRAX3表达致使棉花在干旱胁迫条件下的叶片相对含水量和总抗氧化物酶活性显著降低,叶片离子渗漏率和丙二醛含量显著升高,使棉花耐干旱胁迫能力下降。     

甘蓝型油菜与A~nA~nC~nC~nC~oC~o六倍体的可交配性及杂交种菌核病抗性

【目的】利用甘蓝与甘蓝型油菜的六倍体杂交种为桥梁与甘蓝型油菜回交,从回交种的自交后代中选育理想的甘蓝型油菜个体,是将甘蓝遗传成分转入甘蓝型油菜的一种新策略。调查多份甘蓝型油菜与六倍体的可交配性及杂交种后代的育性,并以油菜菌核病抗性为例,以验证该策略在甘蓝型油菜遗传改良中的应用潜力。【方法】用菌核病抗性较强的野生甘蓝与甘蓝型油菜中双9号进行种间远缘杂交,采用胚挽救及染色体加倍技术创建A~nA~nC~nC~nC~oC~o六倍体。通过调查六倍体与9份甘蓝型油菜的杂交结实率,分析六倍体与甘蓝型油菜的可交配性。通过调查六倍体与9份甘蓝型油菜的杂交种F_1的自交、自由授粉结实率和菌核病抗性水平,反映杂交种F_1代的结实能力以及目标性状的改良情况。【结果】经鉴定,六倍体含有20条A基因组染色体和36条C基因组染色体,即染色体组成为A~nA~nC~nC~nC~oC~o。该六倍体同时具有甘蓝亲本和甘蓝型油菜亲本中双9号的遗传物质,其自交结实率和自由授粉结实率分别为5.6和8.6粒/角。六倍体与9份甘蓝型油菜杂交的结角率在69.1%—92.9%,每角粒数介于4.7-10.5,不同基因型的甘蓝型油菜与六倍体杂交结果率和每角粒数均存在显著差异(P0.01)。所调查的9份杂交种F_1的花粉育性达到正常水平,但自交结实率和自由授粉结实率分别为11.4-20.7粒和19.9-26.1粒,基因型间均存在显著差异(P0.0001),自交结实率和自由授粉结实率之间相关性显著(r=0.67*,P0.05)。综合2013和2014年的茎秆菌核病抗性鉴定数据,六倍体相对于中双9号的相对感病度为0.47,9份甘蓝型油菜的相对感病度在0.94—1.26,亲本基因型之间抗性水平差异显著(P0.0001)。9份杂交种F_1的相对感病度为0.56—1.10,均介于对应的双亲之间,且与甘蓝型油菜亲本的抗性水平显著相关(r=0.78*,P0.05)。其中5份杂交种F_1的相对感病度显著低于对应的甘蓝型油菜亲本(P0.05),即其抗性水平相对于原甘蓝型油菜亲本获得明显提高。【结论】A~nA~nC~nC~nC~oC~o六倍体有一定的结实能力,与甘蓝型油菜的可交配性受油菜基因型显著影响,但均易获得具有较好(一定)结实性的杂交种后代,目标性状在杂交种一代获得显著改良。     

基于SNP遗传图谱定位甘蓝型油菜千粒重QTL位点

【目的】甘蓝型油菜籽粒重量是构成油菜单株产量的三大因素之一（单株有效角果数、每角果粒数、粒重）,是重要的育种目标。通过对5种环境下甘蓝型油菜千粒重进行QTL定位分析,寻找甘蓝型油菜千粒重的QTL及影响本甘蓝型油菜群体千粒重的候选基因。【方法】利用重组自交系群体在德国吉森、重庆北碚5种不同的环境下,测定各株系天然种子千粒重。利用重庆市油菜工程技术研究中心实验室构建的SNP高密度遗传图谱扫描5种环境中的千粒重QTL。该遗传图谱包括2 795个SNP位点,覆盖甘蓝型油菜基因组1 832.9 cM,标记之间的平均距离为0.66 cM。利用Windows QTL Cartographer2.5复合区间作图法对千粒重进行QTL定位。将49个拟南芥粒重相关基因与QTL对应置信区间序列进行同源比较分析（E值<1E^–21）,找出可能与甘蓝型油菜千粒重关联的候选基因。【结果】5种环境中千粒重变异范围较大,且均呈现正态分布,符合QTL定位要求。在5种环境之间千粒重均表现出正相关,其中,2013北碚与2012北碚、2008年吉森达到极显著水平,相关系数分别为0.248和0.249;2012年北碚与2010年北碚、2011年北碚及2008年吉森达到显著相关,相关系数分别为0.226、0.397和0.190。5种环境中共检测到14个QTL,分布在9条染色体,其中,C03染色体3个,A06、A07和C01各有2个,A03、A05、A08、A10和C02染色体上各有1个,LOD值在2.57-6.05,单个QTL解释的表型变异为4.64%-14.13%。与拟南芥粒重基因进行同源性分析,有16个粒重相关基因落在8个QTL置信区间,匹配E值介于0-2E^-21。其中QTL qTSWA07-2区间内筛出7个粒重基因。粒重基因TTG2在qTSWA03-1与qTSWC02-1 2个QTL区间内均被检测到。AHK3在qTSWA07-2、qTSWA08-1与qTSWC01-1区间内被检测到。【结论】利用该套油菜60K芯片准确定位了5种环境条件千粒重的QTL位点,与拟南芥粒重基因比对出该群体油菜粒重基因,该结果有利于不同材料在使用该套SNP芯片分析及对千粒重QTL位点的比对和候选基因的分析。     

抗草甘膦与磷高效吸收基因双价表达载体的构建及对甘蓝型油菜的遗传转化

【目的】甘蓝型油菜是产油效率较高的油料作物,在其生长过程中往往伴随着土壤环境中磷素匮乏及杂草胁迫,严重影响着最终产量和品质.因此,同时解决有效磷匮乏及草害问题已经成为目前油菜研究的重要方向.【方法】采用PCR法克隆得到了与草甘膦抗性(eCTP和EPSPS)和磷高效吸收(Pht1;2和phyA)的相关目的基因,随后构建了双价植物表达载体,通过农杆菌介导法转化甘蓝型油菜,对转化植株进行PCR检测筛选,并通过qRT-PCR法对筛选的阳性植株内目的基因的表达进行定量分析.【结果】将PCR扩增得到的片段经琼脂糖凝胶电泳检测,结果符合预期.测序结果也与GenBank注册序列同源性高度一致,可用于后续试验.对转基因油菜进行草甘膦抗性筛选和PCR扩增检测,共获得5株转基因阳性植株.实时荧光定量结果发现转基因阳性植株内phyA和EPSPS基因的表达量均较对照植株有显著提高.【结论】本研究成功构建了抗草甘膦和磷高效吸收基因双价植物表达载体,获得的转基因阳性植株同时兼具草甘膦抗性及磷素高效吸收利用的特性,为培育甘蓝型油菜优良种质资源提供了理论依据.     

GlgC基因种子特异过表达载体的构建及对甘蓝型油菜的转化

【目的】通过表达外源GlgC基因增加甘蓝型油菜种子淀粉积累,从而可能增加含油量,为油菜高含油量育种提供一种潜在的新途径。【方法】本研究将定点突变的大肠杆菌AGPase基因GlgC分别和2个种子特异表达启动子DOF(拟南芥球形胚阶段启动子)、Cruc(油菜种子特异蛋白启动子)重组,构建2个GlgC过表达载体pMB-DOF-TG和pMB-Cruc-TG。利用农杆菌介导法转化甘蓝型油菜,获得转基因植株。【结果】PCR及半定量RT-PCR检测结果显示,GlgC基因已导入油菜再生植株基因组并获得表达。【结论】获得了甘蓝型油菜转GlgC基因阳性株,为利用遗传改良技术实现上述途径在油菜育种中的应用奠定前期基础。     

转harpinXooc蛋白编码基因hrf2对油菜抗菌核病的影响

【目的】尝试利用转基因方法提高油菜抗病性。【方法】将来自水稻细菌性条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzicola）编码harpinXooc蛋白的hrf2基因插入植物表达载体pCAMBIA1301中,构建了植物重组表达质粒pCAMBIA1301-hrf2。由根癌农杆菌LBA4404介导,将重组表达质粒pCAMBIA1301-hrf2转化甘蓝型油菜杨油4号子叶节。【结果】获得了抗潮霉素的再生转基因油菜植株,经PCR,RT-PCR和GUS染色检测证明hrf2基因已整合到油菜基因组中。抗病性鉴定结果表明,转基因油菜对油菜菌核病有较好的抗性,在转基因植株叶片上油菜菌核病菌菌丝的生长受到明显抑制。【结论】利用农杆菌转化法可将hrf2基因导入油菜基因组中,并使转基因油菜对菌核病的抗性提高。     

干涉丹参SmORA1对植物抗病和丹参酮类次生代谢的影响

【目的】乙烯响应因子（ethylene response factor,ERF）是植物特有的一类转录因子,普遍参与植物各类胁迫反应。前期从药用植物丹参（Salvia ）中筛选得到了一条与长春花（Catharanthus roseus）中CrORCA3高度同源的ERF转录因子编码基因（命名为SmORA1）。论文旨在通过干涉丹参SmORA1的表达,进一步明确SmORA1在植物抗病反应与丹参酮合成代谢调控中的作用miltiorrhiza侵染后转基因株系中丙氨酸解氨酶（phenylalnine ammonialyase,PAL）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、超氧化物歧化酶（ superoxide dismutase,SOD）等抗性相关酶活性和还原型谷胱甘肽（glutathione, GSH）、脯氨酸（proline,Pro）、丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量等抗性相关生理指标的变化;采用HPLC法考察干涉SmORA1表达对二氢丹参酮、隐丹参酮和丹参酮ⅡA等丹参酮类次生代谢物含量的影响;采用实时定量PCR考察干涉SmORA1对丹参株系抗性基因和丹参酮合成相关关键酶基因表达的影响。【方法】扩增SmORA1基因片段,构建SmORA1基因干涉载体pk-ORAi并采用农杆菌介导的叶盘转化法转化丹参,经抗生素抗性筛选和PCR鉴定获得阳性转基因丹参植株;采用分光光度法或酶联免疫方法检测立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）。【结果】经抗生素和PCR筛选获得了11个阳性株系,进一步采用实时定量PCR分析得到3个SmORA1表达显著下调的转基因株系（RNAi-11、RNAi-18、RNAi-22）,干涉效率达到80%以上。立枯丝核菌对丹参植株有明显的致病力,可以有效诱导丹参发病;其侵染后,SmORA1-RNAi转基因株系病情指数显著高于野生型（WT）和空载（VK）对照株系,病情更严重;SmORA1-RNAi转基因株系中的MDA含量显著高于WT和VK对照株系,说明干涉SmORA1的丹参株系抗衰老能力显著下降;植物抗性相关的PAL、CAT和SOD等酶活性以及GSH和Pro等物质含量显著低于对照株系,说明干涉SmORA1的丹参株系抗病性也呈现明显减弱;进一步研究发现SmORA1-RNAi转基因株系中抗病性相关蛋白编码基因SmPDF1.2、SmSTH-2和SmPR-10的表达量明显低于对照株系。采用HPLC方法分析发现,丹参SmORA1干涉株系中丹参酮ⅡA和隐丹参酮含量显著下降;同时采用实时定量PCR检测分析,发现丹参SmORA1干涉株系中丹参酮合成途径关键酶基因SmHMGR1、SmHMGR2、SmGPPS、SmGGPPS1和SmGGPPS3等表达显著下调,说明SmORA1可能通过调节SmHMGR1、SmHMGR2、SmGPPS、SmGGPPS1和SmGGPPS3等丹参酮合成途径关键酶基因的表达参与丹参酮类化合物的合成调控。【结论】丹参SmORA1参与了丹参抗病反应,而且与丹参酮类次生代谢物质的合成密切相关。     

棉花VIGS病毒载体的构建及其在抗病基因功能鉴定的应用

【目的】利用农杆菌介导的VIGS基因沉默技术,研究陆地棉抗病相关基因在棉花抗黄萎病中的功能。【方法】利用分子生物学技术构建VIGS病毒载体,建立VIGS病毒诱导沉默体系;利用此体系将棉花中的一个钙依赖蛋白(CDPK)基因,通过农杆菌介导在陆地棉中沉默,根据此基因沉默植株在病原菌环境下的发病情况研究该基因在棉花抗病中的功能。【结果】利用包含有GhCPK抗病基因片段的VIGS病毒载体的农杆菌侵染棉花子叶,病毒载体上的目的基因片段由RNA聚合酶识别并合成双链RNA(double stranded RNA,dsRNA),dsRNA由Dicer酶识别并于其它RNA形成RNA诱导的沉默复合体(RNA induced silencing complex, RISC),RISC对内源GhCPK mRNA进行识别和切割作用,内源GhCPK mRNA降解而发生基因沉默。GhCPK基因沉默导致棉苗对黄萎病敏感性增加,证明GhCPK基因参与调控棉花抗病功能。【结论】病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)能够快速有效的研究GhCPKs基因在棉花抗病中的功能。     

小麦条锈菌III型磷脂酰肌醇4-羟基激酶基因（PsPik1）的功能分析

【目的】克隆小麦条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）III型磷脂酰肌醇4-羟基激酶基因（PsPik1）,分析其在小麦条锈菌生长发育与致病过程中的作用。【方法】利用RT-PCR技术克隆PsPik1的cDNA序列,采用生物信息学技术分析该基因编码蛋白分子特征并构建进化树;运用实时荧光定量PCR技术,选用小麦条锈菌的延伸因子（elongation factor,EF）作为内参,明确该基因在小麦条锈菌夏孢子阶段和侵染小麦后6、12、18、24、36、48 h以及3、5、7、9、11 d共12个发育时期的表达特征;利用病毒介导的基因沉默技术（BSMV-host-induced gene silencing,BSMV-HIGS）,分析沉默PsPik1后对小麦条锈菌生长发育及致病性的影响。通过传统酶切连接的方法构建重组载体BSMV:γ:PsPik1-as,利用体外转录技术获得BSMV α、β与γ3个组分,在小麦二叶一心期接种BSMV: γ:PsPik1-as、BSMV: γ:0-as与BSMV: γ:TaPDS-as。接种病毒后第10天,在小麦第4叶接种条锈菌CYR32,接菌后24、48、120 h分别取样,以检测PsPik1的沉默效率和进行组织学观察。样品经染色处理后,统计分析接菌后48 h沉默植株与对照植株中条锈菌菌丝分支数、吸器母细胞数与菌丝长度的差异,及120 h沉默植株与对照植株中条锈菌菌落面积的差异。在接菌后12 d观察条锈病发病情况并照相记录。【结果】PsPik1开放阅读框（open reading frame,ORF）全长4 485 bp,编码1 494个氨基酸,具有III型磷脂酰肌醇4-羟基激酶典型的脂激酶特有结构域（LKU）、钙神经传感蛋白（NCS1）结合位点、Hom2结构域和PI3K/PI4K超家族激酶结构域。聚类分析表明,PsPik1聚于PI4KIIIβ类群,PsPik1与柄锈菌属的Pik1亲缘关系较近,与子囊菌Pik1亲缘关系次之,而与动物及植物的PI4KIIIβ亲缘关系较远。实时荧光定量PCR结果表明,PsPik1在接种后6、12、18、24 h呈诱导上调表达趋势,分别为夏孢子时期表达量的2.66、7.04、3.42、2.96倍,其中在12 h其表达水平最高。接种后36 h至5 d,PsPik1的表达水平开始下降,一直低于夏孢子表达水平,分别为夏孢子表达量的60%、30%、16%、15%。接种后7-11 d,PsPik1的表达量开始升高,在接种后11 d恢复至与夏孢子相当的水平。PsPik1基因沉默后的组织学观察分析表明,与接种BSMV:γ:0-as（对照）相比,接种BSMV:γ:PsPik1-as植株中条锈菌组织分化与生长发育受到了不同程度的影响,表现在接菌后48 h菌丝长度和分支数目明显减小,接菌后120 h菌落面积明显减小。沉默效率检测结果显示,在接菌后24、48、120 h,接种BSMV:γ:PsPik1-as植株PsPik1的表达水平分别仅为对照植物的49%、49%、69%,表明PsPik1的表达明显地受到抑制。【结论】PsPik1可能参与了病菌侵染初期的侵染结构分化及寄生关系的建立,在条锈菌致病过程中发挥重要作用。     

甘蓝型油菜开花调控转录因子CONSTANS的表达分析

【目的】研究开花调控转录因子CONSTANS（CO）同源基因在甘蓝型油菜中的表达特征。【方法】以早熟甘蓝型油菜品系D626-6和晚熟甘蓝型油菜品系D125-5为材料,依据甘蓝型油菜CONSTANS同源基因Bn1CON19设计特异性引物扩增CO基因全长编码区,并根据获得的cDNA序列设计实时荧光定量特异性引物,采用SYBR Green I染料法进行实时荧光定量PCR研究CO基因表达差异。【结果】在整个生育期内,早熟和晚熟甘蓝型油菜品系的CO基因以叶片中的表达量最高,花蕾和茎中表达量次之,且早晚表达量高于中午时分;在不同生育时期内,抽薹期表达量最大,且早熟甘蓝型油菜品系CO基因在叶片和花蕾中的表达明显高于晚熟甘蓝型油菜品系。【结论】CO同源基因在甘蓝型油菜成花过程中以及生育期的长短上发挥着一定的作用。     

陆地棉细胞色素P450超家族基因GhCYP85A2-1的克隆与功能分析

【目的】研究细胞色素P450超家族CYP85A亚家族基因在棉花株高发育中的生物学功能,为陆地棉株高分子育种提供理论依据和基因资源。【方法】 采用同源克隆方法,从陆地棉中克隆CYP85A家族基因GhCYP85A2-1,利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus, TRV)诱导的基因沉默技术(Virus-induced gene silencing, VIGS)构建GhCYP85A2-1基因沉默载体,利用qRT-PCR技术检测侵染棉花幼苗的基因表达量。【结果】 GhCYP85A2-1基因沉默植株的株高显著降低,基因的表达量也显著下降。【结论】 GhCYP85A2-1基因在棉花株高发育过程中起到重要调控作用。     

芸薹属物种（B. napus,B. oleracea,B. rapa） MAPK1家族的克隆、进化和表达特征

【目的】克隆甘蓝型油菜、甘蓝和白菜MAPK1家族,分析3个物种MAPK1转录表达器官特异性。【方法】在电子克隆的基础上,利用RACE（rapid amplification of cDNA ends）技术获得3个物种MAPK1全长cDNA序列和gDNA序列。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析3个物种MAPK1家族的器官特异性表达特征。【结果】从甘蓝型油菜、甘蓝和白菜中克隆了MAPK1家族共4个成员基因BnMAPK1-1、BnMAPK1-2、BoMAPK1和BrMAPK1,它们的gDNA长度为2 512—2 525 bp,均有3个外显子和2个内含子,最长标准mRNA为1 599—1 620 bp,ORF均为1 100 bp。系统进化分析表明,甘蓝型油菜MAPK1家族来自于甘蓝和白菜MAPK1之和,其中,BnMAPK1-1对应于BoMAPK1,BnMAPK1-2则对应于BrMAPK1。qRT-PCR结果显示3个物种MAPK1在所有检测器官中均有表达,但器官特异性在种间差异显著,暗示快速进化。【结论】克隆了甘蓝型油菜、甘蓝和白菜MAPK1的全长cDNA序列和gDNA序列,支持甘蓝和白菜通过天然种间杂交形成异源四倍体物种甘蓝型油菜的假说,芸薹属MAPK1基因和蛋白在序列和结构上非常保守,但转录表达的器官特异性上进化极快,近缘种间差异显著。     

水稻颖花开放前花器官茉莉酸水平变化及浆片茉莉酸信号基因表达分析

【目的】水稻颖花开放是由浆片膨大所启动的,并与花丝伸长和花药开裂同步发生。脂类衍生的茉莉酸（JA）激素在植物生殖发育中发挥重要调控作用。本文分析水稻颖花开放过程中花器官JA水平及浆片JA信号基因表达的动态变化,以进一步揭示内源JA信号在水稻颖花开放中的作用。【方法】以粳稻中花11颖花自然开放前18 h（18 h BF）和临近开放时0 h（0 h BF）的颖花器官（小穗梗、内外稃、浆片、雄蕊、雌蕊）为试验材料。100 mg液氮研磨的样品经甲醇﹕水﹕乙酸（80﹕19﹕1,体积比）混合液提取、氮气浓缩和0.22 μm滤膜过滤后,直接应用超高速液相色谱-电喷雾-质谱系统（UFLC-ESI-MS）测定JA含量。Trizol试剂提取水稻总RNA,DNaseⅠ消化残存的基因组DNA,M-MLV逆转录酶合成第一链cDNAs。JA生物合成和信号转导相关基因的表达分析采用SYBR Green实时定量 PCR技术,以水稻GAPDH作内参。试验设置2次生物学重复,差异显著性分析采用t测验。【结果】水稻颖花开放前18 h,花器官中小穗梗JA水平（16.0 ng·g^-1 FW）最高,内外稃次之（6.1 ng·g^-1 FW）,雄蕊、浆片和雌蕊极低（小于4.0 ng·g^-1 FW）。颖花开放时,小穗梗JA水平下降了69%,内外稃升高了71%,雌蕊、雄蕊和浆片JA水平分别上升至19.0、77.2和52.4 ng·g^-1 FW。颖花开放时雄蕊和浆片的JA水平显著高于其他花器官,而小穗梗JA含量最低。与JA水平变化相一致,颖花开放时JA生物合成相关基因OsDAD1、OsAOS1、OsAOC及OsOPR7在雄蕊和浆片中的表达大幅上升,在内外稃中略有上升,而在小穗梗中的表达明显下调。但是,颖花开放时这些JA生物合成相关基因在雌蕊中的表达不上调,与JA水平变化不一致。OsLOX2和OsAOS2在小穗梗和内外稃中的表达水平较高,而在浆片、雄蕊、雌蕊中的表达水平极低。伴随颖花开放时浆片JA水平的大幅上升,浆片JA信号转导途径相关基因OsJAR1、OsCOI1b以及13个OsJAZs的表达也明显上调。其中,OsJAZ11的表达水平上升幅度最大,升高了近520倍。然而, OsJAR2、OsCOI1a、OsCOI2、OsJAZ5和OsJAZ15在浆片中的表达没有上调。【结论】内源JA在水稻颖花器官中的分布具有组织和发育时期特异性。结合外源JA对水稻颖花开放的灵敏诱导,颖花开放时浆片JA的积累以及JA生物合成和信号转导途径相关基因的差异性激活,强烈表明内源JA信号介导水稻浆片膨大的调控。     

过量表达蔗糖转运蛋白基因增强转基因小麦的耐旱性

【目的】创制过量表达TaSUT1A的转基因小麦,分析TaSUT1A在转基因小麦中的遗传及其对干旱胁迫的应答反应,选育抗旱的转基因小麦新种质。【方法】采用基因重组技术构建了TaSUT1A表达载体,利用基因枪介导法将该载体转入小麦品种科农199,通过Bialaphos筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T₀植株;利用RT-PCR检测TaSUT1A在转基因T₃植株中的表达情况,在此基础上,对3个转基因系的T₄转基因植株进行抗旱性鉴定和抗旱相关生理指标分析,验证其抗旱能力。【结果】经PCR检测和RT-PCR验证,获得了转TaSUT1A小麦阳性植株,与非转基因对照相比,20%PEG胁迫处理显著诱导了转基因株系根叶组织中目标基因TaSUT1A的上调表达。抗旱鉴定和抗性生理分析显示,在20%PEG胁迫处理下,转基因株系的萌发率比非转基因对照平均提高了32.8%,显著高于非转基因对照,并促进初生根的萌发和生长,初生根长和胚芽鞘长比非转基因对照平均增加了81.72%和170.77%;在20%PEG胁迫处理下,转基因植株叶组织中的蔗糖和可溶性糖平均提高了42.95%和36.56%,根中蔗糖和可溶性糖平均提高了58.01%和43.01%,均显著高于非转基因对照植株;与未胁迫处理相比,20%PEG胁迫处理后非转基因植株叶中的SOD活性由105.4 U·g^-1FW升高到139.1 U·g^-1FW,而转基因植株的活性由107.7-115.3 U·g^-1FW提高到168.2-211.6 U·g^-1FW,显著高于非转基因对照,同时,转基因小麦株系的MDA的产生较非转基因对照平均降低了37.47%,显著减少了MDA的产生。【结论】TaSUT1A在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,促进逆境胁迫中小麦的萌发和生长,超量表达TaSUT1A可显著提高转基因小麦的耐旱能力。     

甘蓝型油菜授粉功能缺失突变体及其 野生型柱头差异蛋白研究

【目的】基于蛋白质组学水平分析甘蓝型油菜野生型和授粉功能缺失突变体的柱头差异蛋白。【方法】运用双向电泳技术研究甘蓝型油菜柱头授粉功能缺失的突变体FS-M1及其野生型（宁油10号）柱头差异蛋白的表达,结合质谱（MALDI-TOF-TOF/MS）分析与蛋白质数据检索技术,鉴定甘蓝型油菜野生型柱头上调表达蛋白的性质和功能。【结果】获得了甘蓝型油菜野生型柱头显著上调且可鉴定的蛋白有33个,包括抗胁迫/防御、氧化还原反应平衡调节、碳水化合物代谢、蛋白质水解、蛋白折叠、氨基酸和氮代谢、核苷酸代谢等7类功能蛋白。【结论】甘蓝型油菜野生型柱头中上调表达蛋白功能广泛,这些表达蛋白可能与甘蓝型油菜柱头授粉功能的调控有关。     

不同番茄品种对番茄黄化曲叶病毒的抗病性分析

【目的】番茄黄化曲叶病毒病 (Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV) 是一种影响全世界番茄生产的病害,培育抗病品种是最有效、经济和持久的防控手段。目前生产上应用的抗病品种繁多,但存在对TYLVC不同抗性基因的抗性水平研究甚少、了解不够全面的问题。为了解带有不同抗性基因的番茄品种对番茄黄化曲叶病毒病的抗性,对北京市农林科学院蔬菜中心培育的番茄品种抗病性进行检测,并利用半定量RT-PCR方法分析抗病基因和抗病蛋白的表达水平。【方法】选取携带有Ty3a/Ty3a的番茄材料秋光285（Ty3a 纯合）、棚137×246（Ty3a 杂合）,携带Ty1+Ty3a纯合的秋光120、携带Ty1+Ty3a杂合的秋光81和感病对照M82为试验材料,观察番茄植株自然条件下发病情况。通过调查发病率和病情指数,考查这些番茄品种的抗病性,并利用RT-PCR方法分析抗病基因Ty1和Ty3a以及病程相关蛋白葡聚糖酶和几丁质酶基因的表达水平。【结果】携带抗性基因的杂合体、纯合体抗病性差异不明显,含有两个抗性基因和含有单一抗病基因品种的抗病性稍有差异,但差异不显著。半定量RT-PCR结果显示不同番茄品种在感染TYLCV后,体内抗性基因表达量随着发病时间的增加,Ty-3a和Ty-1的表达量逐渐增强。Ty-3a在4个番茄品种中表达水平由弱到强依次为秋光285（Ty-3a纯合）、棚137×246（Ty-3a杂合）、秋光120（Ty-1+Ty-3a纯合）和秋光81（Ty-1+Ty-3a杂合）,Ty-1在秋光81中的表达显著高于在秋光120中的表达。同时,植株体内葡聚糖酶和几丁质酶基因表达量均比对照显著增加,并随着发病时间的增加逐渐增强。在发病20 d和30 d后,携带Ty-1+Ty-3a杂合的秋光81的葡聚糖酶基因表达显著强于其他几个品种。【结论】几个番茄材料对TYLCV的抗性由弱到强依次为秋光285（Ty3a 纯合）、棚137×246（Ty3a杂合）、秋光120（Ty1+Ty3a纯合）和秋光81（Ty1+Ty3a杂合）。不同番茄抗病品种感染TYLCV后,体内抗性基因表达量随发病时间增加而增强,葡聚糖酶和几丁质酶基因表达量均比感病对照显著增加,表明番茄抗病品种在感染TYLCV后的抗病性除了与抗性基因的表达有关外,同时也与抗病相关蛋白表达增强有关。     

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。