低温、外源ABA和Ca~(2+)对小麦返白系质体基因表达的影响

小麦返白系在苗期受到4℃低温35~45d诱导后,表现自心叶白化的现象,已有研究表明白化心叶质体发育异常、类囊体膜结构降解。为了进一步研究返白系中质体基因的表达是否在低温下受到影响,以及细胞对低温的响应与信号传递是否受阻,本研究用半定量RT-PCR的方法,检测持续低温条件下返白系(F)与对照矮变1号(A)苗期44个质体基因表达谱的差异,并分析外源ABA与Ca2+预处理对低温条件下12个质体基因表达的影响。结果显示,持续低温条件下,F与A展开叶与心叶质体基因表达模式显著不同,心叶中有14个质体基因的表达在返白系中持续下调;外源ABA预处理会诱导F多数质体基因表达上调,有5个基因cemA、clpP、petN、psbM和petD在F与A心叶中表现差异,其中psbM的差异最显著;低温条件下,外源CaCl2预处理显著上调F与A展开叶及A心叶质体基因的表达,却抑制了F心叶质体基因的表达。这些结果表明:在低温条件下F与A心叶质体基因的表达模式有显著差异,外源ABA与Ca2+预处理对F与A质体基因表达的影响不同,揭示了两个材料对ABA与Ca2+信号的响应与传递不同。     

低温条件下小麦叶绿体基因启动子甲基化的变化

为建立小麦叶绿体基因启动子甲基化的检测体系,检测低温胁迫下小麦叶绿体编码基因甲基化的变化规律并分析叶绿体编码基因表达的调控模式,以低温敏感型小麦返白系及其对照矮变1号为材料,选取4个在低温条件下两个材料间表达有差异的叶绿体基因petN、trnC、petD和rrn16S,通过亚硫酸盐测序法(BSP-seq)分别测定低温处理后这些基因(TaMET1,TaDRM和TaCMT)启动子的甲基化率,并用qPCR的方法对这4个基因以及预测定位于叶绿体的三个DNA甲基转移酶基因进行表达量检测。结果显示,叶绿体基因组总的甲基化水平在低温条件下持续增加,基因间启动子甲基化水平变化并不完全一致,基因型之间也略有差异。4个基因的表达量与甲基化水平的相关性不同,petN的表达对甲基化比较敏感,低温诱导甲基化率增加,基因的表达量则下调,但其余3个基因的表达与甲基化率的变化无直接相关性。返白系中三个DNA甲基转移酶基因的表达在低温条件下都呈上调趋势,但矮变1号中的TaMET1与TaCMT基因表达下调。结果为深入研究低温下小麦叶绿体基因甲基化的变化规律及其对叶绿体基因的调控机理奠定了基础。     

低温条件下小麦返白系叶片中H2O2累积的原因初探

为了研究低温处理下小麦叶色阶段性白化品种返白系与对照品种矮变1号叶片的H_2O_2含量是否存在差异,并初步分析导致差异的原因,采用DAB组织染色法检测返白系和矮变1号在4℃低温处理90 d、25℃下恢复培养10 d时叶片H_2O_2含量的动态变化,测定4℃低温处理下返白系和矮变1号中表征光合电子传递效率的荧光参数F_v/F_m和qP,并采用qRT-PCR方法分析返白系和矮变1号中几个光合电子传递体基因及质体H_2O_2清除相关基因的表达模式。结果显示,低温处理下,矮变1号叶片中H_2O_2含量变化不大,返白系叶片中H_2O_2会大量累积;低温处理下,返白系叶片的叶绿素荧光参数F_v/F_m、qP都明显低于矮变1号。同时,低温下返白系光合电子传递链中部分电子传递体亚基基因petD、petN、ndhB和ndhK,以及质体H_2O_2清除相关基因 APX4和 HO1的表达量低于矮变1号。这些结果表明,低温处理下,相较于矮变1号,返白系叶片中会累积大量的H_2O_2。返白系质体中光合电子传递受阻引起电子泄露,同时质体中清除活性氧的能力下降,可能是导致返白系叶片中积累大量H_2O_2的原因。     

小麦苗期对非生物胁迫的响应及叶绿体果糖 1,6 二磷酸醛缩酶基因的表达分析

叶绿体果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(Chloroplast Fructose-1,6-bisphosphate aldolase,CpFBA)参与叶绿体(质体)的碳、氮代谢,在光合作用中具有重要功能,并能对植物的非生物胁迫产生积极响应.为了深入研究小麦CpFBA的生物学功能和对外界逆境的响应模式,以矮变1号、返白系、中国春、西农928、西农2000和晋麦47等六个不同生理特性的小麦品种(系)为材料,分析其在低温、NaCl、PEG模拟干旱和ABA处理下最大叶长和主根根长受到的影响,并采用半定量RT-PCR的方法研究小麦幼苗中CpFBA基因表达模式的变化.结果表明,各种外界非生物胁迫均不同程度的抑制了小麦幼苗叶片和根的生长,其中低温和ABA处理的抑制最为显著.在各种处理条件下,小麦幼苗CpFBA均有明显的上调表达,但不同品种间存在差异,表达模式的改变与品种的生理特性之间表现出一定的相关性.     

小麦UROS基因的可变剪接

可变剪接是一种重要的基因表达调控机制,对植物的发育、生理、代谢、信号转导以及外界逆境的响应等多个过程都有调控。为进一步探讨小麦基因的可变剪接机制以及深入研究小麦UROS基因的功能,以返白系、矮变1号和中国春三个普通六倍体小麦品种为材料,克隆了尿卟啉原Ⅲ合成酶基因(UROS)的gDNA和cDNA序列,并利用生物信息学技术研究了小麦叶片中UROS基因的可变剪接方式。结果表明,根据在线小麦基因组数据库,将克隆到的UROS基因组DNA序列分别定位在4BL和4DL两个基因位点,命名为UROS-4B和UROS-4D。从三个品种中克隆得到大约50个不同的UROS基因cDNA序列,通过在线预测和与基因组序列比对,发现UROS基因存在可变剪接,并鉴定出两个UROS基因位点各有一个标准剪接转录本和两个非标准剪接转录本。可变剪接方式以内含子保留为主,还有可变的供体剪接位点和可变的受体剪接位点,品种间的剪接方式不完全相同。由不同转录本预测编码的多肽氨基酸序列也存在差异,两个基因位点选取的六个转录本所编码的多肽有12个氨基酸位点的变异。     

小麦microRNA167e的特征及表达模式分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的小RNA,为了探讨miR167e在小麦中的生物学功能,以小麦品种中国春、豫麦18和矮抗58为材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦miR167家族基因新成员 MIR167e,并采用qRT-PCR技术分析了其时空表达特性及其对渗透胁迫的响应模式。结果将小麦 MIR167e基因定位在第5同源群染色体的短臂上,将该基因A、B和D基因组的三个部分同源基因分别命名为 TaMIR167e-5AS、 TaMIR167e-5BS和 TaMIR167e-5DS。序列分析显示,该miRNA前体区域在所检测品种间高度保守,3个部分同源基因间仅存在SNP差异,在成熟tae-miR167e对应区域完全一致。时空表达特性分析显示,tae-miR167e在籽粒发育过程中表达呈上调趋势,在不同组织间的表达差异较大,其中在3叶期,叶片和根系中表达量较高,种子中次之,穗下节中表达量最低;在干旱胁迫条件下,该miRNA受胁迫诱导而上调表达,与中国春相比,矮抗58根系中该miRNA的诱导表达启动更快,在叶片中的表达水平更高;在盐胁迫条件下,该miRNA在根系中呈下调表达趋势,而在叶片中上调表达。推测tae-miR167e在小麦发育调控和渗透胁迫响应过程中发挥重要功能。     

小麦切除叶持水力的遗传变异

研究了春小麦和冬小麦切除叶的持水力.当叶片水分含量减少11-30%时,品种间的差异是容易区别的.冬季与夏季相比,叶片水分含量降低,切除叶的持水力增加.耐早植株表现出较高的持水力.评估了三个冬小麦杂交组合后代切除叶的持水力,后代分布频率呈典型的数量模式.小麦切除叶的持水力似乎是由多基因控制的数量性状.     

波罗蜜叶片突变体叶绿素含量测定和超微结构观察

波罗蜜（Artocarpus heterophyllus）是一种热带果树,至今对其突变体的研究少有报道。本研究以波罗蜜叶片为试验材料,探究其叶片出现白化和返绿现象的可能原因。（1）用分光光度计法、比色法测定波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素及叶绿素前体物质含量;（2）用叶绿素酶Elisa试剂盒测定叶绿素酶活性;（3）用透射电子显微镜对叶绿体的超微形态结构进行观察。研究结果表明：（1）不同叶色所产生的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量均存在显著差异;（2）波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素合成前体物质含量之间并没有出现显著性差异;（3）对波罗蜜叶片的叶绿素酶活性进行测定时,发现其活性出现显著差异,但对其叶绿素含量的差异性并没有产生较大影响;（4）观察波罗蜜叶片内叶绿体超微形态结构时,发现正常绿叶的叶绿体形态完好且数量较多,白化叶和返绿叶的叶绿体内部结构存在缺陷,其原因是叶绿体基粒构建阶段受阻;基于测定波罗蜜叶片中的叶绿素、叶绿素前体物质含量和叶绿素酶活性,并观察波罗蜜叶片内叶绿体的超微形态结构,对得到的数据结果进行比较分析。本研究推测是在叶绿素合成阶段,原脱植基叶绿素合成叶绿素时受阻及叶绿体发不良导致波罗蜜出现白化和返绿现象,为今后进一步综合研究波罗蜜突变体提供理论依据。     

Wx基因对灌浆期小麦不同叶位叶片光合特性的影响

为了解Wx基因对小麦光合作用的影响,对8个小麦Wx近等基因系的不同叶位叶片光合参数进行了测定和分析。结果表明,小麦叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率在叶位和基因型间均有极显著差异,缺失单个Wx基因使叶片光合参数下降,且降幅表现为Wx-D1Wx-A1Wx-B1;胞间CO2浓度不影响光合作用,不同叶位叶片光合参数明显呈旗叶倒二叶倒三叶,但WxABD(糯小麦)光合参数在叶位间没有显著差异;Wild type和WxABD总体光合能力和产量相对较高。以上结果说明,Wx基因的缺失会引起叶片光合能力下降,不利于小麦产量形成。     

小麦抗逆相关基因 TaGB1的克隆及其表达特性分析

为了解小麦的 TaGB1基因特性、表达情况及其与双子叶植物同源基因的进化关系,以小麦品种济麦22为研究对象,采用同源克隆的方法获得小麦G蛋白β亚基编码区序列, TaGB1编码区全长1 143 bp,编码380个氨基酸,预测分子量为41 kD,基因组序列中包含6个外显子和5个内含子,分别位于小麦基因组的4A、4B、4D染色体上,不同拷贝的氨基酸同源性高达99.91%。 TaGB1基因结构中包含7个WD40保守域,表达产物位于胞质和质膜上。经系统发育进化关系分析,单子叶植物与双子叶植物的G蛋白β亚基分化形成两大分支; TaGB1在进化关系上与单子叶植物较近,而与拟南芥等双子叶植物较远。 TaGB1在ABA、盐、热和干旱胁迫条件下上调表达,植物的根、茎、叶等部位均有表达,叶片中表达量较高,说明该基因可能参与调控植物的抗逆反应。     

小麦矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的检测及其验证

为研究矮秆基因 Rht-B1b、 Rht-D1b在小麦品种中的分布及其对株高的影响,以3个小麦群体（中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料）共321份小麦品种为材料,检测矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的分布频率,并分析比较它们对春小麦育种材料株高的影响。结果表明,在检测的321份材料中,共有193份材料含有 Rht-B1b矮秆基因,分布频率为60.1%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-B1b矮秆基因的材料分别有29、77和87份,分布频率分别为 34.5%、72.6%和66.4%;共有135份材料含有 Rht-D1b矮秆基因,分布频率为42.1%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-D1b 矮秆基因的材料分别有41、21和73份,分布频率分别为48.8%、19.8%和55.7%;共有78份材料同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因,分布频率为 24.3%,其中,中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料分别有15、17和46份,分布频率分别为17.6%、15.9%和35.1%。对已被鉴定株高表型的91份春小麦育种材料进一步分析发现,同时携带 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料株高较低。     

不同冬小麦品种高分子量谷蛋白亚基的动态表达

为了解我国黄淮麦区主栽品种的主体HMW-GS基因的动态表达规律,以该麦区的35个主栽小麦品种（系）为材料,利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）技术对参试材料高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）进行分离和鉴定,并对HMW-GS的积累动态进行了研究。结果表明,籽粒灌浆过程中,7亚基大约在花后10 d开始表达,25 d左右所有亚基均已表达,但不同亚基开始表达的时期略有差异。20 d之后,各亚基表达量开始快速增加,约在35 d左右表达量达最高,之后略有下降,在40 d左右趋于稳定。就其相对表达量而言,5亚基和10亚基明显高于其他亚基类型。     

茶树CLH基因家族的鉴定与转录调控研究及其在白化茶树中的表达分析

叶绿素酶（Chlorophyllase,CLH）是叶绿素降解过程中的关键酶,将叶绿素a脱去植醇,形成脱植基叶绿素a。以白化茶树白鸡冠新梢叶片为材料,克隆获得3条CsCLHs基因cDNA全长序列,并进行生物信息学分析。结果表明,3条CsCLHs基因分布于2个亚家族,其蛋白质编码区（Coding sequence,CDs）长度为894~975 bp,编码氨基酸个数为297~324,蛋白质分子量为31.99~34.91 kDa,等电点为4.89~7.61,不稳定系数为38.94~48.24,其中CsCLH1.1和CsCLH1.2为不稳定蛋白,CsCLH2为稳定蛋白。Cell-PLoc亚细胞定位预测结果表明,3个CsCLHs蛋白均定位于叶绿体;而WolfPsort亚细胞定位预测结果显示,CsCLH1.1和CsCLH1.2定位于细胞质,CsCLH2定位于叶绿体。遮阴和恢复光照处理下的qRT-PCR结果显示,遮阴抑制白鸡冠叶片CsCLHs的表达,光照诱导白鸡冠叶片CsCLHs的表达。不同品种中CsCLHs表达模式分析表明,CsCLH1s在白化叶中高表达。另外,酵母单杂交结果表明,CsCDF5可以与CsCLH1.1和CsCLH2启动子结合。综上所述,CsCLHs在白化茶树叶片中可能参与叶绿素降解,在叶片白化过程中发挥重要作用,结果可为进一步探究茶树CLH基因家族的功能及茶树叶片白化机理提供参考。     

PEG-6000干旱胁迫对小麦三叶期蛋白表达的影响

为了探索小麦在正常情况和干旱胁迫下的蛋白质表达变化,选取旱地品种烟D27、 陕优225和水地品种新麦18、小偃22、10-31为材料,在小麦三叶期,用18%和35%两种浓度的聚乙二醇(PEG-6000)干旱胁迫,处理待试小麦24 h后,收获处理的叶片。TCA丙酮法提取叶片全蛋白,通过SDS-PAGE分析小麦在干旱胁迫后蛋白质的表达变化。并运用高效液相色谱－质谱联用技术鉴定了新麦18的35.0kD水分敏感诱导蛋白条带。结果表明,PEG-6000胁迫后分子量28.0 kD蛋白在水地品种中消失,在抗旱品种中正常表达或诱导表达。此外,抗旱品种烟D27诱导出33.0kD和23.0 kD干旱应答蛋白条带;水地品种新麦18的35.0kD蛋白条带消失。对新麦18的 35.0kD蛋白条带进行液相色谱分离结合质谱分析后发现其含有17种与基本生命活动有关的蛋白,这些蛋白与小麦对干旱胁迫的适应性代谢调节有关。     

花前不同时段夜间增温对冬小麦旗叶光合特性及产量的影响

全球变暖表现出夜间增温幅度大于白天的非对称性增温特点,小麦作为温凉型作物,产量和生理特性易受非对称性增温的影响。为探究花前夜间增温对冬小麦光合特性及产最形成的影响,以春性品种扬麦18和半冬性品种烟农19为试验材料,采用大田盆栽方式,利用被动式增温装置分别在分蘖期至拔节期(WT-J)、拔节期至孕穗期(WJ-B)、孕穗期至开花期(WB-A)三个时间段进行夜间增温处理,以不增温为对照(CK),分析经过三个花前不同时段夜间增温后小麦旗叶光合特性及产量特性的变化。结果表明,花前夜间增温使小麦旗叶灌浆期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均有所增加,WT-J、WJ-B处理均提高了冬小麦旗叶面积、最大光化学效率和实际光化学效率,同时使旗叶气孔密度和气孔指数较CK分别增加了12.64%、8.45%和10.21%、7.56%。扬麦18、烟农19的可孕小穗数在WT-J处理下较CK分别提高了9.01%和5.25%。扬麦18开花期干物质积累量在WT-J和WJ-B处理下较CK分别提高了13.18%和10.23%,烟农19在WT-J和WJ-B处理下较CK分别提高了16.21%和1...     

小麦品种东农冬麦2号根中TaEXPA7部分同源基因的克隆及表达特性分析

膨胀素(expansin)是植物生长发育过程中诱导细胞壁松弛和伸展的蛋白,包括EXPA、EXPB、EXLA、EXLB四个基因家族,对植物根系的形成及快速发育具有重要作用。本试验以寒地冬小麦品种东农冬麦2号两叶一心期的根为材料,克隆了TaEXPA7基因的3个CDS全长,其氨基酸序列同源性较高,仅信号肽处有两个氨基酸不同,其核酸序列长度均为777bp,编码258个氨基酸,分别命名为TaEXPA7-A、TaEXPA7-B、TaEXPA7-D,且分别定位于2AL、2BL、2DL染色体。蛋白均含有DPBB-1和Pollen-allerg-1两个保守结构域,分子量为27 670.74Da,等电点为8.09,均为疏水性蛋白;与节节麦、二穗短柄草的相似性分别为99%和92%。采用两叶一心期的根进行qRT-PCR分析发现,TaEXPA7-A/B/D三个基因在根尖中的表达量均较高,伸长区和成熟区次之;对冬小麦根进行低温、干旱和激素处理后,这三个基因均下调表达,并且TaEXPA7-B基因的相对表达量较高,TaEXPA7-D的相对表达量较低。由此可见,多倍体小麦不同染色体上的基因在应对不同环境胁迫时,表达以及应答模式存在差异,并且在不同的环境胁迫下,发挥主导作用的染色体也存在差异;此外,该基因在根中的表达可能与低温、干旱以及外源激素的胁迫有一定的关系,可能是促进根系生长的重要基因。     

新疆小麦品种籽粒硬度及puroindoline基因等位变异的分子检测

为了解新疆小麦品种籽粒硬度概况和puroindoline基因等位变异类型及其分布,以121份新疆冬、春小麦品种(包括51份农家品种和70份育成品种)为材料,采用单粒谷物特性测试仪(SKCS)和分子标记技术,对其SKCS硬度及puroindoline基因型进行了测试和鉴定。结果表明,新疆小麦硬度变化范围较大,以硬质麦为主,占61.2%。冬性农家品种籽粒硬度高于春性农家品种,冬、春小麦育成品种籽粒硬度基本相同(60.6和60.8)。新疆小麦puroindoline基因的类型丰富,共检测到野生型(Pinb-D1 a)、Pina-D1 b、Pinb-D1 b、Pinb-D1 p、Pinb-D1 ab和Pinb-D1 ac6种类型。硬质麦以Pina-D1 b、Pinb-D1 p、Pinb-D1 b3种突变类型为主,其频率分别为33.8%、31.1%和28.4%。冬性农家品种含有3种类型,以Pina-D1 a/Pinb-D1 b类型居多,春性农家品种含有4种类型,以野生型(Pina-D1 a/Pinb-D1 a)为主,冬、春麦育成品种含有4种常见类型,其中冬麦以Pinb-D1 b类型为主,其频率为39.5%,春麦以Pina-D1 b(PINA缺失)类型为主,其频率为59.4%。另外,冬性农家品种中有4个品种属于Pina-D1 a/Pinb-D1 ab类型,春性农家品种中有1个品种属于Pina-D1 a/Pinb-D1 ac类型,均属硬质麦的稀有突变类型。不同puroindoline基因型的籽粒硬度大小也存在差异,其中Pinb-D1 ab突变型的硬度值最高,Pinb-D1 a最低,并且Pina-D1 b、Pinb-D1 b和Pinb-D1 p3种硬质类型的籽粒硬度没有显著性差异。     

花后高温胁迫下匀播春小麦旗叶的转录组分析

为研究不同播种模式下花后高温胁迫对春小麦旗叶转录组的影响,以宁春50号为试验材料,采用人工模拟高温的方法,设条播和匀播两种播种方式,灌水施肥方式均为水肥一体化,对高温处理后的春小麦旗叶分别构建转录组测序文库,采用FPKM法计算基因的相对表达量,并对差异表达基因进行KEGG通路分析。结果表明,相较于常温处理,高温胁迫下条播和匀播滴灌处理分别有199和1 819个基因上调表达,55和 1 335个基因下调表达,说明高温胁迫下匀播滴灌处理对春小麦旗叶转录组的表达影响明显。KEGG通路富集分析结果显示,高温胁迫下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦光合作用-天线蛋白通路注释到的差异表达基因最多,有52个,其次为淀粉和蔗糖通路（注释到50个差异表达基因）;而常温条件下与条播滴灌处理对比,匀播滴灌处理的春小麦淀粉和蔗糖代谢通路注释到的差异表达基因最多,有49个,其次为光合作用-天线蛋白通路（注释到41个差异表达基因）。因此,高温胁迫下匀播滴灌技术可以更好地改善植物的光合系统,有效缓解高温引起的小麦植株早衰。