基于元分析的大豆胞囊线虫病3号生理小种抗性基因挖掘

大豆胞囊线虫病(Soybean cyst nematode,Heterodera glycines Ichinohe)是一种严重影响大豆产量的病害,我国东北地区以3号生理小种(SCN Race 3)为主。QTL定位是挖掘抗性基因最有效的方法之一,与SCN相关的QTL报道较多,其由不同遗传群体获得,但在不同遗传群体间较难重复。研究采用图谱整合软件BioMercatorV4.2挖掘SCN Race 3抗性基因。将收集整理的10篇文献发表的33个QTL整合在遗传图谱GmComposite2003上,通过元分析方法得到一致性QTL,最终获得3个抗性候选区段,发现18个SCN抗性基因,其中17个PK型基因和1个LRR型基因,分别位于7、15和18染色体中。对潜在SCN抗性基因分析蛋白结构域发现,17个PK型基因分别含有丝/苏氨酸蛋白激酶活性、钙依赖蛋白激酶活性、分裂原活化蛋白激酶活性、半胱氨酸蛋白激酶和组/精/赖氨酸蛋白激酶活性。这些基因编码蛋白结构域与植物抗病相关,结果可为抗SCN基因挖掘和选育抗SCN品种(系)提供理论基础。     

ACC脱氨酶对大豆快生根瘤菌及苜蓿中华根瘤菌共生固氮与竞争结瘤的影响

利用大肠杆菌S17-1与根瘤菌进行两亲本接合转移,将苜蓿中华根瘤菌Sm1021中的ACC脱氨酶基因导入大豆快生根瘤菌HH103,在苜蓿中华根瘤菌Sm1021中过表达ACC脱氨酶基因,探讨ACC脱氨酶对根瘤菌共生固氮及竞争结瘤的影响。结果显示:接种过表达ACC脱氨酶的重组根瘤菌Sm1021,宿主植物地上部分鲜质量与结瘤数量有所增加;接种外源导入ACC脱氨酶的重组根瘤菌HH103,能够增加结瘤数,提高植物地上部分干质量且竞争结瘤能力增强。但是,接种2种重组根瘤菌后,宿主植物的根瘤鲜质量和根瘤固氮酶酶活性无明显变化。     

复合微生物菌剂对大豆生长发育、结瘤和产量的影响

大豆是重要的粮食与经济作物，与根瘤菌形成共生固氮体，将空气中的氮转化成NH⁺₄供大豆使用，然而大豆生长后期固氮能力降低，因此选用绿色肥料复合菌剂检测大豆产量等是否提升，为农业上大豆生长提供理论依据。为探究不同根瘤菌和复合微生物菌剂对大豆生长、结瘤和产量的效果，通过大量盆栽试验，以前期分离、鉴定、纯化的快生型根瘤菌HH103、TY3-5-1 2株根瘤菌和3种单一微生物菌剂(枯草芽孢杆菌、胶冻芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌)为供试材料，对黑河43号大豆分别进行根瘤菌与菌剂的组合处理，研究不同根瘤菌与不同微生物菌剂下大豆结瘤数、根瘤干质量、鲜质量、株高、根长、单株质量、生物量、产量等数据。结果表明：接种根瘤菌均能促进大豆根系结瘤，提高农艺性状与生长发育，其中根瘤菌TY3-5-1主要提高大豆农艺性状；根瘤菌HH103主要是增加大豆的产量，2种菌株的结瘤数无明显差异；施入微生物菌剂后，复合微生物菌剂对大豆的影响明显高于单一菌剂；将2种根瘤菌1∶1混合形成复合菌剂对大豆的产量、结瘤和性状的影响明显高于单一根瘤菌。复合微生物菌剂在根瘤菌的配施下明显增加结瘤数，促进...     

慢生根瘤菌及其与花生共生机制研究进展

氮是植物生长发育所必需的大量元素之一,豆科植物通过与根瘤菌的共生固氮获得氮素.这种共生关系的建立包括结瘤和固氮两个过程,涉及复杂的互作调控机理,并受环境因素的显著影响.花生与慢生根瘤菌的共生对花生生产尤为重要,具有较多特异和未知的共生机制.本文综述了慢生根瘤菌及其与花生共生的相关内容,具体包括:(1)花生的慢生根瘤菌多...     

低氮条件下响应接种根瘤菌的大豆产量相关性状遗传位点及基因挖掘

发掘响应接种根瘤菌的大豆产量相关性状遗传位点和基因,对于大豆固氮能力改良的分子育种至关重要。本研究通过在低氮条件下对大豆重组自交系群体和自然群体分别接种根瘤菌,进而发掘了株高、主茎节数、分枝数、单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重等产量相关性状QTL位点和候选基因。通过关联分析共获得分布于10条染色体上的59个产量相关性状显著性SNP,有8个SNP与单株荚数、单株粒重和百粒重等重要产量性状显著关联。在RIL群体中,共定位到23个产量相关性状加性QTL和13对上位性QTL,其中加性QTL分布于8条染色体,表型贡献率为5.90%～32.87%。在这些QTL中,控制单株荚数和百粒重的QTL各有2个、控制单株粒数和单株粒重的QTL各有3个,对表型的贡献率为5.95%～24.60%。进一步分析发现,在自然群体和RIL群体中的产量相关性状一致性QTL主要位于6号与19号染色体上,有23个可能的候选基因位于这些一致性QTL附近的基因组区域。     

大豆11S/7S球蛋白比值QTL定位及相关基因分析

11S球蛋白与7S球蛋白是大豆贮藏蛋白主要成分,对大豆营养品质及加工特性有显著影响,且11S球蛋白对大豆营养品质及加工特性影响优于7S球蛋白,两者蛋白含量呈负相关.因此,大豆11S/7S球蛋白比值性状相关QTL位点与候选基因挖掘尤为重要.研究选用181个株系染色体片段代换系群体(Chromosome segment substitution lines,CSSL),采用完备区间作图法(Inclusive composite interval mapping)作11S球蛋白与7S球蛋白比值QTL定位,获得3个与大豆11S/7S球蛋白比值相关QTL.在两个共识QTL区间内,获得6个候选基因,通过实时荧光定量PCR验证,Glyma.09G015100在低、高表型材料中相对表达量均高于对照材料,表明该基因在球蛋白表达过程中有促进作用.研究结果为大豆11S球蛋白与7S球蛋白比值QTL精细定位及适用于加工品种选育提供理论依据.     

豌豆根瘤菌共生质粒pJB5JI对费氏中华根瘤菌共生固氮作用的影响

通过两亲本接合转移,将豌豆根瘤菌T83K3共生质粒pJB5JI转入费氏中华根瘤菌HN01及其质粒缺失突变株中,获得8个转移接合子,其中受体为HN01和pSfrHN01a缺失突变株HND28的接合子能够在大豆上形成有效根瘤,无论是人工传代还是与植物共生,外源质粒pJB5JI与受体菌内源质粒均能稳定存在,但不能在豌豆上结瘤,与大豆共生固氮能力和竞争结瘤能力与受体菌亲本相比没有明显变化.消除共生质粒的突变株HND29和共生质粒与pSfrHN01a质粒均消除的突变株HND100作受体菌的接合子,既不能在大豆上结瘤,也不能在豌豆上结瘤.研究结果表明,pJB5JI与HN01的3个质粒属于不同的不相容群.pJB5JI在HN01中的表达功能可能受到受体菌的共生质粒和染色体基因的共同影响.     

百脉根Rboh基因家族在共生固氮中的功能研究

为探索植物呼吸爆发氧化酶（respiratory burst oxidase homologue,Rboh）基因家族在共生固氮中的功能和作用机制，利用分子生物学、细胞生物学和遗传学等方法，围绕百脉根Rboh基因家族中在根瘤中特异性表达的基因LjRbohA（Lj5g3v1497840）以及在根瘤中高表达的基因LjRbohB（Lj6g3v1549190）和LjRbohC（Lj5g3v1497820），分别对其蛋白的亚细胞定位、基因的表达模式、基因的启动子活性及蛋白的功能进行了研究。结果显示：LjRbohA、LjRbohB和LjRbohC蛋白都定位在植物的细胞膜上；LjRbohA、LjRbohB和LjRbohC基因在接种根瘤菌后表达上调；LjRobhA和LjRobhB基因在根瘤、维管束和侧根原基表达；利用CRISPR Cas9技术对LjRbohA、LjRbohB和LjRbohC 3个基因分别进行敲除导致结瘤数目减少。这些研究结果表明，LjRbohA、LjRbohB和LjRbohC这 3个基因可能都参与调控百脉根与根瘤菌的共生结瘤过程。     

籼稻大谷早原生质体再生植株后代的性状变异

自然界中根瘤菌与非豆科植物Parasponia(榆科)的共生同氮给了人们启示,近年来诱导非豆科作物结瘤固氮的研究已日益引起世界各国的重视。能否把根瘤菌的固氮能力转移到重要的粮食作物——稻类作物上? 我们从1988年开始诱导根瘤菌与稻类结瘤共生的探索研究,以植物生长素2,4-D处理稻苗根系并接种根瘤菌,采用适合稻苗生长的培养基和培养方式,探讨稻苗接种处理的适宜时期,比较不同稻品种诱导结瘤的情况以及瘤切片的电镜观     

大豆根瘤菌HH103 rhcN突变对结瘤能力的影响

【背景】大豆是重要的经济作物,能够为人类提供大量的植物蛋白和油脂。大豆在生长过程中,能够与根瘤菌形成共生体系进行共生固氮,该形式的共生固氮能够将空气中的氮气还原成氨,为大豆生长发育提供丰富氮源。根瘤菌Ⅲ型分泌系统是根瘤菌中重要的蛋白分泌结构,能够通过分泌Ⅲ型效应因子在共生体系建立过程中发挥重要调控作用。根瘤菌rhcN编码一种ATP转移酶,是根瘤菌Ⅲ型分泌系统的重要组成部分,能够保障根瘤菌Ⅲ型效应因子向宿主细胞的正常分泌。【目的】探索rhcN突变情况下对根瘤菌结瘤能力的影响,提高大豆-根瘤菌共生体系的固氮效率,为大豆农业生产提供必要的参考和支持。【方法】通过三亲杂交和同源重组,在rhcN起始密码子ATG下游插入了一个Km抗性基因,利用PCR扩增和Southern blot对插入情况进行验证,从而构建rhcN插入突变体HH103ΩrhcN。利用大豆染料木苷（Genistin）对野生型根瘤菌HH103及HH103ΩrhcN突变体进行诱导,并对处理组合对照组进行胞外蛋白纯化,通过Western blot检测rhcN突变对根瘤菌III型效应因子NopC及NopT分泌的影响。利用双层钵植物培养系统对大豆Williams82进行野生型根瘤菌HH103和HH103ΩrhcN突变体接种,分析rhcN突变对根瘤表型的影响。利用前期收集的100份基因型差异的大豆品种进行结瘤能力鉴定,分析根瘤菌Ⅲ型效应因子分泌异常情况下在不同基因型大豆品种中的结瘤表现。【结果】通过PCR扩增和Southern blot验证了成功构建的HH103ΩrhcN突变体,胞外蛋白鉴定表明rhcN突变能够抑制根瘤菌Ⅲ型效应因子NopC和NopT分泌。利用HH103ΩrhcN突变体和野生型HH103在Williams82进行结瘤鉴定,结果表明,rhcN突变能够显著抑制根瘤数和根瘤干重。对100份基因型差异的大豆品种进行结瘤鉴定,结果表明,rhcN突变能够引起其中80份大豆资源根瘤数目降低,13份根瘤数目显著升高,7份不发生显著性变化。【结论】rhcN突变能够引起根瘤菌Ⅲ型效应因子的异常分泌,进而能够影响共生体系的建立。根瘤菌III型效应因子在大豆-根瘤菌共生体系形成过程中发挥着重要作用,并且不同基因型大豆遗传背景对根瘤菌Ⅲ型效应因子具有不同应对反应。     

百脉根结瘤信号通道蛋白NSP1和NSP2的相互作用

豆科植物百脉根是研究共生固氮体系的模式植物之一,对其根瘤菌共生信号转导途径和作用机制的研究,有助于揭示根瘤菌与豆科植物共生关系建立和共生体形成的奥秘.本研究利用酵母双杂交系统和体外蛋白质相互作用技术,证明百脉根GARS类家族转录因子结瘤信号通道蛋白NSPI和NSP2在体外体内均可以相互作用,并将相互作用的位点定位在NSPl的GRAS结构域的LHRⅡ区域和NSP2的LHRI区内.     

微生物与植物共生结瘤固氮的分子遗传学研究进展

以根瘤菌 -豆科植物共生体系为主要代表 ,综述了近年来在结瘤固氮分子遗传学研究领域所取得的进展 ,特别是共生双方与结瘤、固氮有关的基因的定位、表达与调控     

调控豆科植物共生固氮能力关键基因被成功克隆

虽然空气成分中约有80％的氮,但一般植物无法直接利用。而花生、大豆、苜蓿等豆科植物,通过与根瘤菌的共生固氮作用可以把空气中的分子态氮转变为植物可利用的氨态氮。豆科植物与根瘤菌之间的这种独一无二的共生固氮“合作关系”引起了科学家们的广泛兴趣,科学界一直在豆科植物中寻找相关的调控基因。豆科植物在种子发芽生根后,根瘤菌从根毛入侵植物根部,在一定条件下,     

豆科植物根瘤茵结瘤因子的感知与信号转导

结瘤因子(脂壳寡糖,lipo-chito-oligosaccharides,LCOs)是根瘤菌在宿主植物根系分泌的类黄酮的作用下,合成并分泌的一类多糖信号分子,在根瘤菌与植物的共生结瘤过程中起重要作用。结瘤因子通过一定的机制感知,与某种特定受体(结瘤因子结合蛋白)结合,通过结瘤因子激活的信号转导途径如Ca2 介导的信号转导途径或磷酸类脂信号转导途径,诱导宿主植物的一系列反应,如根毛质膜去极化、皮层细胞分裂和结瘤素基因表达等。同时,结瘤因子的感知与信号转导也受一定基因和反馈机制调控。就豆科植物根瘤菌结瘤因子感知机制、信号转导途径及反馈调控等方面的研究进展进行了全面阐述。     

基于物理图谱的大豆倒伏性状QTL整合及元分析

倒伏性状是影响大豆品种产量、品质及能否大面积推广的一个重要数量性状。为促进大豆抗倒伏基因的精细定位和分子标记辅助选择育种,本研究共搜集整理30年来SoyBase网站上已经报道的大豆倒伏性状QTL,以2010年发布的大豆基因组物理图谱为参考图谱,通过BioMercator2.1软件将大豆倒伏性QTL映射到物理图谱上,并进行元分析得到有效的QTL位点,共得到17个通用QTL分布于8个连锁群上,通用QTL的最小图距为0.08 Mb,最大图距为13.47 Mb。     

施氮对大豆结瘤、固氮及产量影响的研究进展

氮是大豆[Glycine max(L.)Merrill]生长的必需元素,大豆生长所需氮量的50％～60％来自于共生固氮,少量施氮对大豆结瘤、固氮效率及产量有促进作用,施氮量过高则表现为抑制作用.本文着重从施氮的氮素形态、氮素施用量和施氮时期3个方面阐述了氮素对大豆根瘤数量、固氮酶活性和产量的影响.探讨了高氮抑制结瘤和固...     

干旱条件下玉米耐旱相关性状的QTL一致性图谱构建

 发掘玉米耐旱基因及其连锁分子标记是构建耐旱分子育种技术的重要基础。通过生物信息学手段整理玉米基因组数据库中已有耐旱相关性状的QTL信息,借助高密度玉米分子标记连锁图谱IBM和临近分子标记,建立耐旱相关性状的QTL一致性图谱,进而发掘通用QTL。研究显示,在干旱条件下于10个定位群体中共发现与9个玉米农艺及生理性状有关的181个QTL,建立了全长3582.1cM的耐旱相关性状的QTL一致性图谱,发掘出15个"通用耐旱QTL"及其连锁标记。研究结果为确定玉米耐旱基因位点和建立分子标记辅助育种技术创造了条件。     

紫云英类受体蛋白激酶Nip43靶蛋白的筛选与初步鉴定

以紫云英类受体蛋白激酶Nip43的S-TKs结构域构建诱饵载体,通过酵母双杂交技术,筛选获得17个候选的阳性克隆。经过测序分析和Blast比对,最终确定了1个互作蛋白EPN。EPN蛋白是网格蛋白聚合反应中的配体蛋白,可调控网格蛋白的聚合反应。通过实验验证显示,靶蛋白EPN与Nip43蛋白互作最强的区域为ENTH/ANTH结构域。Real-time q PCR检测表明,epn基因参与了根瘤菌早期结瘤过程。     

非豆科植物固氮系统研究进展

生物固氮是地球上最大规模的氮肥生产工厂,其中豆科植物和根瘤菌的共生结瘤固氮已为人们所熟知。非豆科植物与与之共生的微生物组成的两大类固氮系统,一是共生结瘤固氮系统,分别由非豆科木本双子叶植物与弗氏放线菌、非豆科双子叶植物与根瘤菌、裸子植物与细菌组成;二是联合固氮系统,分别由单子叶植物与联合固氮菌、非豆科木本双子叶植物与联合固氮菌组成,它们都是陆地生态系统中的重要供氮者。     

豌豆根瘤菌ohrB基因的抗氧化和共生固氮表型

采用基因敲除构建豌豆根瘤菌ohr B基因突变株,研究突变株的抗氧化和共生固氮表型。结果表明:ohr B基因不影响菌株在自生培养条件下的生长能力,但对氢过氧化枯烯(cumene hydroperoxyde,Cu OOH)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(Na Cl O)等氧化物敏感,且在Cu OOH胁迫下,相比野生型菌株,突变株的存活率显著下降。荧光定量RT-PCR结果显示,豌豆根瘤菌ohr B基因表达不受H2O2诱导,且ohr B基因的缺失对其他抗氧化基因的表达没有影响。共生实验表明,ohr B基因对根瘤菌共生固氮能力及根际定殖能力没有影响,但在7 d瘤龄的豌豆根瘤类菌体中表达水平显著提高,并对根瘤菌结瘤能力有影响。ohr B基因虽对豌豆根瘤菌的自生生长、共生固氮、根圈定殖没有影响,但在抗氧化及竞争结瘤中发挥重要作用。