玉米杂交种与亲本雌穗花器官形成期蛋白差异表达谱分析

为探讨玉米穗粒数杂种优势形成的分子机制,以玉米强优势杂交种豫玉22及其亲本综3和87-1的花器官形成期雌穗为材料,采用高通量的2-DE和MALDI TOF MS技术,建立了它们的蛋白差异表达谱,并对差异蛋白进行了质谱鉴定。结果显示,在检测到的1 290个蛋白点中,有114个(8.84%)在杂交种与亲本之间的表达差异达到显著水平,其中表现单亲沉默、偏高亲、中亲表达、偏低亲、杂种上调、杂种下调、亲本特异和杂种特异表达模式的蛋白点分别为27、25、15、13、11、11、10和2个。另外,成功鉴定出其中的104个差异表达蛋白点,涉及代谢、信号转导、能量、转录、蛋白质合成、蛋白运输与储藏、细胞生长与分裂、细胞结构、抗病防御、次生代谢、转座子及功能未知和假定蛋白等12个功能类别。玉米杂交种与亲本蛋白在丰度上的明显差异及涉及多个功能类别,可能与玉米穗粒数杂种优势的形成有关。     

利用芯片毛细管电泳检测技术鉴定玉米种子纯度的研究

选用玉米杂交种先玉335、郑单958及其亲本自交系PH6WC、PH4CV、郑58和昌7-2作为试验材料,采用SSR检测技术结合芯片毛细管电泳检测技术,筛选出适用于鉴定先玉335和郑单958种子纯度的特异引物umc2105、bnlg2291、bnlg161。     

玉米杂交种及其亲本苗期性状对低氮胁迫的动态响应

以玉米杂交种先玉335及其亲本（PH6WC、PH4CV）和豫玉22及其亲本（综3、87-1）为试验材料,通过水培方法,设置低氮（0.04mmol/L,LN）和正常氮素（2mmol/L,CK）水平2个处理,分别在培养3、7和14d后,对其幼苗生物量积累、叶片和根系表型、叶绿素及氮素含量等进行分析,探究低氮胁迫下玉米杂交种及其亲本幼苗性状的动态变化。结果表明,玉米苗期根系对低氮的响应要早于地上部,且杂交种对低氮的响应比亲本更为迅速。在CK和LN处理下,杂交种幼苗的多个性状均存在中亲和超亲优势,豫玉22的根尖数、根系氮积累量占比和先玉335的总根长、根表面积及根尖数的杂种优势在3个时间点与CK处理相比均有较大幅度提高。通过耐低氮指数分析发现,杂交种的耐低氮能力介于2个亲本之间或与其中1个亲本接近。     

玉米品种先玉335苗期叶绿素SPAD值的遗传分析

利用先玉335玉米品种(PH6WC×PH4CV)的P_1、P_2、F_1、B_1、B_2、F_2 6个世代,运用主基因+多基因遗传模型和6世代联合分析方法,对先玉335进行了苗期叶片叶绿素SPAD值的遗传分析。结果表明,苗期叶片叶绿素SPAD值为2对主基因加性+多基因加、显混合遗传模型,以多基因遗传为主、主基因遗传为辅。F_1具有超高亲优势。3分离世代主多基因遗传力大而差异小,说明该性状遗传比较稳定。     

转录组及代谢组联合解析玉米响应花粒期高温胁迫机制

为了探明我国玉米主要推广品种郑单958、先玉335花粒期高温胁迫下基因表达及代谢物差异,挖掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物,利用Illumina HiSeq~(TM) 2500高通量测序技术分别对郑单958、先玉335高温胁迫7,14 d的穗位叶及对照叶进行高通量转录组测序,利用广泛靶向代谢组测序技术对样品进行高通量代谢物测序。转录组测序共获得214.81 Gb干净序列。郑单958高温胁迫7 d后检测到49个差异表达基因,其中24个为上调基因。继续高温胁迫14 d共检测到306个差异表达基因,其中130个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中检测到1 462个差异表达基因,其中647个为上调基因。先玉335高温胁迫7 d后共检测到381个差异表达基因,164个上调基因。继续高温胁迫14 d后共检测到299个差异表达基因,226个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中共检测到2 481个差异表达基因,其中1 275个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫7 d后对比组中检测到6 646个差异表达基因,其中3 253个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫14 d对比组中检测到5 958个差异表达基因,其中3 110个上调基因。代谢物测序共检测到654个代谢物,郑单958高温胁迫7 d后共检测出28个差异代谢物,共注释到5个代谢通路中。高温胁迫14 d后共检测出54个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中9个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫7 d后检测出98个差异代谢物,共注释到24个代谢通路中,其中43个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫14 d后共检测出38个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中14个上调表达。郑单958高温胁迫7 d与先玉335高温胁迫7 d对比组共检测出144个差异代谢物,共注释到36个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。郑单958高温胁迫14 d与先玉335高温胁迫14 d对比组共检测出158个差异代谢物,共注释到40个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。     

陕农138小孢子发育过程中蛋白表达差异的比较分析

为了寻找小麦单核中晚期愈伤组织诱导率较高的原因,探讨小麦花药发育的蛋白质代谢机制,本试验利用双向电泳技术对陕农138小麦小孢子单核中晚期和双核期的全蛋白分析表明,在等电点4~7之间可识别约450个以上清晰的蛋白质点,检测到差异点26个,对其中14个质量较好、重复性较高的差异表达的蛋白质点采用基质辅助激光解吸分离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)进行肽指纹图谱分析,并利用Mascot软件在NCBInr数据库搜索,鉴定出11个蛋白质点,另3个蛋白质点未得到有意义的鉴定,11个蛋白质点分别被鉴定为UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(1个蛋白点)、叶绿素抗体结合蛋白(1个蛋白点)、pentatricopeptide重复蛋白PPR566-6 (1个蛋白点)、半胱氨酸蛋白酶抑制剂(1个蛋白点)、泛素(1个蛋白点)、S-腺苷-L-半胱氨酸水解酶(2个蛋白点)、放氧增强蛋白(2个蛋白点)和假定蛋白(2个蛋白点)。这些蛋白质点的功能涉及到糖代谢、蛋白质降解、细胞防卫等代谢过程。     

玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究

为了解析玉米粒重性状杂种优势的产生原因,对籽粒胚乳细胞数目、细胞大小开展了研究。以玉米品种‘郑单958’‘、先玉335’及其亲本为试验材料,分析了杂交种与亲本在单籽粒重量、单籽粒胚乳细胞数目及胚乳细胞面积的杂种优势关系。结果表明,‘先玉335’和‘郑单958’胚乳细胞数目的中亲优势分别为40.81%和36.03%,超亲优势分别为33.09%和23.82%;百粒重的中亲优势分别为27.22%和28.89%,超亲优势分别为19.72%和18.34%;而胚乳细胞面积的中亲优势分别为-44.42%和-24.79%,超亲优势分别为-45.75%和-37.30%。单籽粒胚乳细胞数目与粒重呈极显著正相关,相关系数为0.796。综上所述,玉米杂交种籽粒的胚乳细胞数目多于亲本是粒重杂种优势产生的重要原因,选育籽粒胚乳细胞数目多的自交系进行杂交组配利于提高杂交种的粒重。     

玉米自交系PH4CV及其改良系在育种上的应用

20世纪70-90年代,我国玉米类型主要以稀植大穗类型为主,20世纪末,先玉335在中国推广种植,人们开始关注密植品种的选育。先玉335脱水快,品质好,占领中国种子行业很大份额,在黄淮海玉米带及东北玉米带皆有一席之地。我国玉米育种家已利用先玉335育出大量二环系,另外先玉335亲本被有些育种家直接利用于组配杂交种,有的则对其进行改良应用。先玉335父本PH4CV具有出子率高、脱水快、品质优良、花粉量大、散粉性好等优点;同时重感大斑病、小斑病、灰斑病、尾孢菌叶斑病、弯孢菌叶斑病,抗倒性差;针对这些缺点,育种人员对其进行了系统改良,分别选育出S462、京66、铁0941、丹3140等改良系,并育成禾育35、华农866、华农138、华农887、铁研919、丹玉336等杂交种,通过省级与国家级品种委员会审定。     

盐胁迫条件下耐盐番茄叶片差异蛋白表达分析

以导入红海榄总DNA的耐盐番茄及其野生型番茄为材料,于3~4片真叶期分别用调和海水(约1%盐度)和自来水进行灌溉,处理14 d后,采用BPP法提取番茄叶片的全蛋白质,通过等电聚焦和第二向SDSPAGE电泳得到清晰的番茄叶片全蛋白质双向电泳图谱。利用Image Master 2D platinum 6.0软件对海水处理及对照条件下耐盐番茄及野生型番茄差异表达的蛋白进行分析发现,蛋白质双向电泳图谱大约有800个蛋白点,共检测到123个差异蛋白点,每张图谱的匹配率达90%。海水处理下的耐盐番茄与野生型番茄的叶片全蛋白质图谱中共检测到82个高丰度的差异蛋白点,其中42个蛋白点的表达量为上调,40个蛋白点的表达量为下调。对差异表达的蛋白质点进行了基质辅助激光解吸电离串联飞行时间质谱(MALDI-TOF-TOF/MS)鉴定,得到了相关的差异蛋白质信息,为揭示耐盐番茄的耐盐机理、为克隆相关耐盐基因提供了帮助。     

‘镇稻88’和‘徐稻3号’苗期蛋白质表达谱的比较研究

为了阐明高抗条纹叶枯病水稻品种抗病性的分子机理,以江苏省高抗条纹叶枯病粳稻品种‘镇稻88’和‘徐稻3号’为研究材料,应用双向电泳联用质谱技术对2种水稻苗期蛋白质表达谱的特点及差异进行比较,并对差异蛋白进行了鉴定以及分析归类。结果表明：2个水稻品种的蛋白图谱上均检测到大约1000个蛋白点,这些蛋白点主要分布在等电点为4~7,分子量为10~100 kDa的范围内。用ImageMaster 2D Platinum软件分析后发现,2个水稻品种间共存在7个差异蛋白点,在‘徐稻3号’中表现为下调表达。质谱分析共鉴定出6种蛋白,这些蛋白包括能量相关蛋白、代谢相关蛋白、防御相关蛋白和未知功能蛋白。     

小麦杂交F1和双亲幼苗动态蛋白质组分析

分别以2,3,5 d叶龄的栽培小麦京411、偏硬001和杂交F1幼苗为材料,利用动态蛋白质组技术,对F1及双亲的蛋白质变化做了比较分析,结果表明,在双亲及F1中蛋白质差异表达现象被观察到,其中在5 d的叶子中最为明显。如在发育2 d和3 d的F1叶子中,各有15个蛋白质斑点的含量产生变化,而在5 d叶龄的叶子中,这种有变化的蛋白质斑点达27个,在这些变化的蛋白质中,偏双亲和低于双亲的为多数,如5 d的叶子中分别占41%和44%,同时,在F1叶片中观察到有蛋白质消失和新的蛋白质诱导现象产生。这些结果表明,杂种中存在蛋白质的差异表达现象,展开这方面的研究有助于对杂种优势形成机理的理解。     

利用品质性状的回交选择导入系挖掘水稻抗纹枯病QTL

将优质、抗纹枯病的高秆供体Tarom Molaii和Binam导入半矮秆IR64和特青背景,培育品质性状回交选择构建的4个导入系群体IR64/Tarom Molaii、特青/Tarom Molaii、IR64/Binam和特青/Binam,定位了影响水稻抗纹枯病病级(disease scale, DS)、相对病斑高度(relative lesion height, RH)和株高(plant height, PH)的QTL。结果表明,4个导入系群体的DS与RH高度相关,两者与PH呈显著负相关。导入系后代各性状均呈现超亲分离,出现抗性明显优于双亲的抗病个体,其中40%左右属半矮秆抗病类型。采用单向方差分析,在这4个群体中分别定位到10、8、8和6个影响3个性状的QTL,多数基因座上降低DS和RH即增强抗病性同时增加株高的等位基因均来自两个供体。未在同一供体两个不同背景下检测到影响3个性状的相同QTL,表明抗纹枯病QTL表达有明显的遗传背景效应。PH与DS及PH与RH被定位在同一个显著标记位点的QTL数分别占两个性状QTL总数的38%和52%,表明水稻纹枯病抗性与株高关系密切,两者存在许多连锁位点。与以往相同群体品质性状QTL的定位结果相比,发现品质性状QTL与抗纹枯病QTL大多分布在染色体的不同区域,彼此独立遗传。对利用目标性状选择导入系定位非目标性状QTL的效果、影响因素及育种应用进行了探讨,强调了目标性状选择导入系对非目标性状QTL发掘及育种应用的重要性。     

适用于水稻微粒体蛋白的双向电泳技术及苯达松抗性相关蛋白的初步分析

针对不同来源的样品，建立相应的双向电泳(two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE)技术是开展蛋白质组学研究的基础。以野生型水稻(O. sativa L.)农林8号(N8)及其苯达松敏感致死(bentazon sensitive lethal, bsl)突变体农林8号m (N8m)为材料，通过优化条件，建立了适合于水稻微粒体蛋白的双向电泳技术。并通过双向电泳图谱的比对，共找到15个差异蛋白点，分为供试材料间差异、苯达松处理前后差异和N8在苯达松处理后特异表达等3种类型。结合苯达松抗性比较及苯达松残留分析，推测材料间差异是因γ射线辐照引起基因结构变异，从而影响了基因的表达；苯达松处理前后差异与氧自由基清除酶系或系统获得抗性相关酶系有关；N8在苯达松处理后特异表达与苯达松代谢有关。     

STMS markers for grain protein content and their validation using near-isogenic lines in bread wheat

The present study, undertaken as a continuation of an earlier study on quantitative trait loci (QTL) analysis of grain protein content (GPC) in bread wheat (Prasad et al. 1999), includes the following: (1) identification of an additional molecular marker associated with GPC; (2) development of near‐isogenic lines (NILs) for high GPC; and (3) the use of three sets of NILs (a total of 10 NILs) to validate the two available markers linked with QTL for GPC. A total of 114 sequence‐tagged microsatellite site (STMS) primer pairs (that were not used in the previous study) were used for detection of polymorphism between the two parents (PH132, with high GPC; WL711, with low GPC) of a mapping population of 100 recombinant inbred lines (RILs). A total of 95 primer pairs gave amplification products, of which only 30 detected reproducible polymorphism between the parental genotypes. Bulked segregant analysis was conducted using these 30 primers on two bulks (each comprising eight RILs) representing the two extremes of the normal distribution. A solitary primer pair (WMC415) showed association with GPC, which was further confirmed through selective genotyping. Subsequently, 100 RILs were genotyped. A single‐marker linear regression analysis showed significant association between the marker WMC415 and GPC, thus identifying a quantitative trait locus (designated as QGpcccsu‐5A1), which explained 6.21% of the variation for GPC among the RILs. The above STMS marker, together with the STMS marker (WMC41) identified earlier, explains approximately 25% of the variation for GPC. In order to conduct validation of the above two available markers, 10 NILs were developed for high GPC using two genotypes (WL711 and HD2329) with low GPC as recipient parents and another two genotypes (PH132 and PH133) with high GPC as donor parents. NIL 2233 (with 11.7% GPC), derived from HD2329, when tried with WMC41 gave a characteristic amplification profile similar to that of its donor parent PH132, and NIL 2215 (with 11.9% GPC) derived from WL711, when tried with WMC415 gave an amplification profile that resembled its donor parent PH133. The remaining eight NILs with high GPC gave patterns similar to those of their corresponding recipient parents with both the markers, suggesting that either the QTL, other than those associated with the above markers, were actually transferred from the donor parents and contributed to high GPC in these NILs or that recombination had occurred between the markers identified and the corresponding QTL. Thus, the marker validation conducted using NILs, while demonstrating the utility of these two microsatellite markers for use in marker‐assisted selection in plant breeding, also suggested that many more QTL exist that would need to be identified using closely linked molecular markers.     

水稻生育后期蛋白质组差异表达的图谱分析

从蛋白质组学角度对水稻生育后期的叶片蛋白质组变化进行了研究,利用Imagemaster 2D Elite 5.0软件对所得到的双向电泳图谱进行分析比较,以揭示水稻叶片蛋白质组的表达差异。结果表明,经图谱分析共得到差异蛋白质点47个,其中孕穗期及抽穗期新增蛋白质点6个,21个随生育进程表达丰度增加,6个蛋白质点表达丰度逐渐减弱,其它14个蛋白质点呈无规则变化,多表现为在某个生育时期具有峰值;蛋白质是细胞功能执行者,受细胞功能或细胞环境变化的影响,因此,上述蛋白质发生变化的原因可能与水稻后期的发育转变有关系     

低温胁迫对燕麦种子萌发期蛋白质组影响的研究

为探析燕麦种子萌发时蛋白质的差异表达及其相关蛋白的生理功能,采用室内生测法比较了不同温度下种子萌发力和幼苗的生长能力,同时采用双向电泳(2-DE)结合基质辅助激光解析飞行时间质谱的方法,比较低温条件下(5℃)吸胀25 h和128 h(萌发)与正常温度下吸胀25 h(萌发)时种子蛋白质组的差异表达.结果表明,随着温度的降低,燕麦种子的萌发活力降低.燕麦种子蛋白质组在低温胁迫下萌发时,有7个蛋白质点发生了变化,其中5℃低温吸胀25h时,有3个蛋白质点的表达量降低;5℃低温吸胀萌发128h时,有5个蛋白质点表达发生了改变,其中3个蛋白质点的表达量增加.经MALDI-TOF质谱鉴定分析和Mascot搜索NCBI非冗余数据库,确定了4个蛋白质,分别为燕麦蛋白、燕麦蛋白N9和丝氨酸蛋白酶抑制剂等.这些蛋白质的质量变化与燕麦种子萌发时的低温胁迫可能有关联.     

水稻灌浆期叶片蛋白质差异表达及其作用机理分析

采用双向电泳和质谱技术研究大穗型水稻“金恢809”灌浆期旗叶的蛋白质表达模式,共发现17个蛋白质发生差异表达,其中3个在灌浆前期至中期大量表达,9个在中后期大量表达,4个在后期大量表达,1个在灌浆前期和后期出现两次表达高峰。经MALDI-TOF/MS分析和数据库检索,鉴定出12个差异蛋白质,分别参与叶片的物质合成与降解,碳水化合物运输,植株抗氧化反应,激素代谢,以及细胞骨架的构建和组织成熟等生理反应。分析结果表明,核糖/半乳糖/甲基半乳糖苷运输ATP结合蛋白1在灌浆前中期参与物质向籽粒的运输;生长素响应蛋白IAA27通过调节ATPase活性影响叶片物质运输;N-乙酰谷氨酸半醛脱氢酶在灌浆末期参与叶片的多胺代谢,延缓叶片衰老;谷胱甘肽S-转移酶和Cu/Zn-超氧化物歧化酶在籽粒灌浆后期的植物解毒和防御活性氧伤害中起着重要作用。     

大豆质核互作雄性不育系W 931 A及其保持系不同器官的可溶性蛋白的电泳分析

目的:对大豆质核互作雄性不育系W931 A及其同型保持系W931 B不同器官的蛋白质组进行比较性研究,获得差异蛋白质组的重要信息.方法:采用SDS-PAGE方法.结果:发现不育系W931 A与其保持系W931 B种子和苗期叶片的蛋白质SDS-PAGE电泳图谱基本没有差异带,二胞花粉期花药SDS-PAGE图谱间有3条差异带.结论:雄性不育基因表达具有时空和器官特异性.与育性有关的蛋白主要在花药中表达.