油菜F-box-LRR基因全基因组鉴定与核盘菌诱导应答分析

由核盘菌引起的菌核病是一种重要的真菌性病害,筛选菌核病抗病基因对抗病育种具有重要意义。F-box基因多参与植物抗逆反应,LRR作为抗病基因的重要结构域,在植物抗病防卫中起着重要的作用。本研究通过生物信息学方法在甘蓝型油菜基因组中对F-box-LRR基因进行了全基因组鉴定,基于已发表的中双11组织表达数据以及油菜不同品种中油821（抗病）和Westar（感病）接种核盘菌前后的转录组数据,对可能响应核盘菌诱导的BnF-box-LRR基因进行筛选,并结合荧光定量PCR进行验证。共鉴定到161个BnF-box-LRR基因,从系统进化树上可分为4个亚类（FBXLRR1,FBXLRR2,FBXLRR3和FBXLRR4）,其中第四亚类FBXLRR4在蛋白保守序列分布以及基因结构方面,与其它三个亚类具有较大差异,且与拟南芥参与植物抗逆的同源基因聚为一类,因此推测该分支可能主要参与植物胁迫响应。表达分析表明FBXLRR4家族基因在根和叶中有较高的表达水平,且在核盘菌诱导后具有明显的表达变化,暗示这些基因可能参与油菜菌核病抗性功能。     

大白菜叶片响应菌核病侵染的转录组分析

由核盘菌引起的大白菜菌核病是严重危害十字花科蔬菜品质和产量的病害之一。为深入研究菌核病抗病机制提供候选基因，从分子水平探索核盘菌侵染后大白菜的转录水平变化情况，以抗菌核病自交系H72和易感自交系Y26为材料，利用转录组测序技术分析抗感材料在接种核盘菌后不同时间的差异基因。结果表明，转录组测序共获得121.77 Gb的clean data，对原始测序数据进行过滤，各样品clean data均达6 Gb以上，Q₂₀介于97.21%～97.99%之间，平均值为97.61%,Q₃₀介于92.59%～93.98%之间，平均值为93.20%，表明测序质量较好，可以用于后续分析。接种的抗感材料在36、48 h的共同差异表达基因分别为13、11个，去除各接种点共同差异表达的基因，共获得18个差异表达基因。依据基因功能注释，筛选到11个防御反应相关基因，其中转录因子MYB34上调表达，乙烯响应因子ERF003下调表达，ERF003可能负向调控大白菜菌核病的侵染；生长素早期响应基因GH3.3、病程相关蛋白TLP1均上调表达；此外，F-box、氨基酸转运酶ANT1...     

甘蓝型油菜异分支酸合酶基因的克隆及信号通路相关基因的诱导表达

为了解异分支酸合酶1(ICS1,水杨酸合成的限速酶)在甘蓝型油菜抗病过程中的功能,以甘蓝型油菜耐菌核病品种宁RS-1为材料,在核盘菌侵染时,研究甘蓝型油菜ICS1基因和水杨酸信号通路相关基因的诱导表达。首先利用同源序列法克隆得到宁RS-1中ICS1基因的c DNA序列,命名为Bn ICS1。Bn ICS1序列全长1 719bp,编码572个氨基酸残基,含有1个分支酸结合域。表明油菜中也存在异分支酸途径。接种核盘菌前、后及不同时期荧光实时定量PCR结果发现Bn ICS1在核盘菌接种后6hpi(接种后6h)表达量升高,但是24hpi后降低;而MPK4基因的表达量在6hpi降低,24hpi后升高,说明SA合成先是被核盘菌诱导,但随后又被抑制。EDS5基因和PR1基因表达量从接种后6hpi持续升高,而PDF1.2基因的表达量不断降低,说明SA信号通路最终受核盘菌诱导形成病斑,而茉莉酸途径及其诱导的植物防御反应受到抑制。     

甘蓝型油菜BnTLP1基因的菌核病抗性研究

前期发现甘蓝型油菜类甜蛋白基因BnTLP1在菌核病抗性品种中的表达丰度高,为探究和解析其作用机制,通过叶片接种核盘菌,对拟南芥BnTLP1过表达转基因株系、野生型对照和突变体tlp1-1之间的抗菌核病效果进行分析。结果表明：过表达BnTLP1拟南芥的病斑面积显著小于野生型对照,而tlp1-1病斑扩展大于对照,即BnTLP1正调控菌核病抗性。亚细胞定位表明BnTLP1定位于细胞膜和细胞核,暗示其不仅在细胞膜发挥抑菌功能,而且在核内行使其它功能。不同防御反应信号通路的标志基因表达分析表明,茉莉酸/乙烯途径可能在早期参与了BnTLP1介导的菌核病抗性。     

油菜菌核病菌子囊孢子对茎叶的直接侵染研究

为了解苗期发生油菜菌核病的致病机理,采用室内人工接种法,研究不同温度、接种浓度、接种方法、添加外源营养物等条件下核盘菌子囊孢子对甘蓝型油菜叶片和茎秆的直接侵染特性。结果表明,核盘菌子囊孢子在温度为10~30℃之间均可萌发,当温度为20~25℃时最适宜孢子萌发和芽管生长;在20~25℃子囊孢子接种油菜无伤或刺伤叶片、茎秆发病率最高;刺伤叶片或茎秆与无伤组织相比有利于子囊孢子侵染;与茎秆相比,子囊孢子更容易侵染油菜叶片;106/m L子囊孢子液及在子囊孢子液中添加2%蔗糖或葡萄糖有利于子囊孢子侵染油菜;用子囊孢子液接种油菜叶片和茎秆,其发病率显著低于菌丝块和带菌花瓣接种。     

啶酰菌胺与咪鲜胺复配对核盘菌的联合毒力测定

为筛选防治向日葵菌核病的有效药剂,明确不同杀菌剂复配对核盘菌的联合毒力,测定了啶酰菌胺与咪鲜胺复配对核盘菌菌丝生长、菌核的萌发及生理代谢的影响。试验结果表明,不同比例啶·咪复配对核盘菌均有良好的抑制作用,二者复配比例为1:1时,增效系数为1.7657,增效作用最强;啶·咪复配能够有效抑制核盘菌的生长,降低菌核的萌发率和子囊盘形成率,其效果明显优于两单剂;啶·咪复配处理下,核盘菌草酸的分泌量和细胞壁降解酶的活性显著降低,核盘菌的Ss-oah1、Ss-pg1和Ss-pg3等3个致病相关基因的表达量与空白对照相比分别下调了69.90%、55.00%和71.30%。结果表明,啶酰菌胺与咪鲜胺复配,能有效抑制核盘菌的生长,降低核盘菌的致病力,是防治向日葵菌核病的有效复配药剂。     

甘蓝型油菜BnERF50的超表达增强了转基因拟南芥对核盘菌的抗性

从接种核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)后的甘蓝型油菜品种中双9号cDNA芯片中筛选出一个新的抗性相关基因BnERF50。序列分析表明该基因产物BnERF50蛋白含有一个典型的ERF(乙烯相应转录因子)保守结构域,属于ERF家族成员。接种核盘菌24h后,该基因的表达量被诱导显著上调。在它的超表达转基因拟南芥中,病原相关蛋白(PR)防御素基因PDF1.2和几丁质酶基因ChiB的表达量升高,对腐生营养型真菌核盘菌的抗性显著增强。     

甘蓝型油菜类甜蛋白激酶BnTLK1与真菌病害抗性相关

类甜蛋白（thaumatin-like protein，TLP）是病程相关蛋白第5家族蛋白，在部分物种中发现有的TLP蛋白C端融合了激酶结构域。为探讨该类融合基因在植物与病原菌互作中的作用，通过生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到一个N端具有TLP结构域，C端为富含丝氨酸苏氨酸受体类激酶结构域的基因（BnTLK1）并成功克隆该基因。序列分析表明BnTLK1第254至276个氨基酸具有典型的跨膜结构，三级结构形成两个明显独立的TLP和激酶结构域。转录组数据显示，该基因在多个组织中表达丰度较低，此外，相比于菌核病感病品种Westar，高抗品种ZY821中其表达丰度较高，且核盘菌诱导后表达明显上调，表明该基因可能参与油菜抗菌核病过程。为了验证BnTLK1对核盘菌等真菌的影响，通过原核表达系统成功表达BnTLK1蛋白，在0.4 mmol/L IPTG和17℃低温条件下诱导培养，最终获得BnTLK1可溶性蛋白，抑菌实验发现BnTLK1能够抑制核盘菌和灰霉菌丝的生长。     

人工microRNAs干扰At3A06基因增强了拟南芥对菌核病的敏感性

基于本研究室自主开发的油菜防御cDNA芯片分析结果,油菜基因Bn3A06受菌核病诱导后特异上调表达。序列比对发现,该基因与拟南芥基因At3A06高度同源,后者编码289个氨基酸,功能未知。本研究用花序浸染法将At3A06基因的人工微RNA(amiRNA)干扰载体(该载体包含一个除草剂草胺磷抗性基因)转化拟南芥。经草胺磷筛选获得3株T1代转基因植株,PCR检测均为阳性;荧光定量PCR检测表明,与野生型对照相比,3个转基因植株的At3A06基因的表达量均显著降低;对其T2代进行菌核病抗性鉴定,结果显示转基因株系对菌核病的敏感性均显著增强(P0.05)。推测At3A06基因可能参与了植物的防御反应,与植株对核盘菌抗性相关。     

黑喉石斛DoFT1基因在花发育过程中的表达模式分析及功能验证

FT（FLOWERING LOCUS T）基因是植物开花调控过程中的关键整合基因。为探明黑喉石斛（Dendrobium ochreatum）FT同源基因功能及其在黑喉石斛嫩茎开花过程中扮演的角色,本研究以黑喉石斛为试验材料,基于转录组测序结果,克隆得到黑喉石斛FT同源基因,命名为DoFT1。DoFT1基因编码区长度为537 bp,共编码178个氨基酸;生物信息学分析结果表明,该基因编码的蛋白属于PEBP家族蛋白,其含有关键保守氨基酸位点Tyr84和11个连续保守氨基酸残基序列,为FT同源基因;进化树分析结果显示,DoFT1氨基酸序列与铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰同源基因亲缘关系较近;Real-time PCR分析结果显示,DoFT1主要在黑喉石斛叶片部位表达,其表达量在花芽开始分化阶段出现上调,并在花芽成熟期达到峰值后呈下降趋势;将DoFT1导入烟草中超量表达,可以显著促进烟草提前开花。     

甘蓝型油菜光敏色素(PHY)家族基因的鉴定及表达分析

光敏色素(phytochrome,PHY)作为植物体内感受红光和远红光的受体,在植物的避荫反应及生物、非生物胁迫响应中起重要的调节作用.鉴定甘蓝型油菜中PHY家族基因并解析其分子机理,有助于提高油菜光能利用率,培育抗逆性强、适合密植直播和机收的油菜品种.为了研究PHY基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L....     

Sclerotinia and Phomopsis — two devastating sunflower pathogens

Cultivated sunflower (Helianthus annuus L.) is prone to many diseases caused by fungi, bacteria, and viruses, of which the most detrimental are those caused by fungi. Two of the most important fungal pathogens are Sclerotinia and Phomopsis. Within the genus Sclerotinia, both S. minor and S. sclerotiorum cause a basal stalk rot and subsequent wilt of sunflower, with S. sclerotiorum more widely distributed around the world. Sclerotinia sclerotiorum also incites a head rot and mid-stem rot of sunflower. Since Sclerotinia spp. have a very wide host range and can persist in soil as dormant sclerotia for up to 10 years, the pathogens have been extremely difficult to control with either generic resistance or fungicides. The most effective control is the use of long rotations, tolerant hybrids, and sclerotium-free seed. Gray stem spot is a relatively new disease of sunflower first observed in the early 1980s in Yugoslavia and now considered the most devastating sunflower disease in eastern Europe. Symptoms include large stem cankers and subsequent wilt. Phomopsis helianthi has been identified as one incitant of gray stem spot, but another Phomopsis species may also be involved, both in Europe and in the United States. Foliar fungicides can control gray stem spot, but the development of resistant hybrids has been much more cost-effective.     

芥甘杂交创制新型甘蓝型油菜的表型多样性分析

为拓宽甘蓝型油菜遗传背景,明确油菜新种质表型变异水平,筛选优异基因资源,本研究利用芥菜型油菜与甘蓝型油菜种间杂交创制新型甘蓝型油菜54个品系进行田间表型鉴定,分析其表型多样性水平及其性状间相互关系。结果表明,（1）22个数量性状的变异系数范围为4%~99%,遗传多样性指数1.64~2.04;22个形态特征性状的遗传多样性指数为0~1.86。其中角果长度、单株有效角果数、单株产量、生育期、有效分枝高度、蛋白质含量和含油量等7个性状的多样性水平高于国内外已报道的其他甘蓝型油菜的多样性水平,表明芥甘种间杂交能够创制丰富的遗传变异,拓宽甘蓝型油菜遗传背景。（2）主成分分析将44个表型性状转化为10个综合指标,其中主花序有效角果数、单株有效角果数、每角果粒数、单株产量芥酸、亚油酸、油酸、蛋白质、含油量等与产量和品质相关性状是反映新型甘蓝型油菜表型特征的主要差异指标,表明通过这些产量和品质性状的选择可获得目标品系。（3）受甘蓝型油菜定向选育的影响,本试验参试材料具有偏向甘蓝型油菜的表型特点;聚类分析综合44个表型性状将54个参试油菜品系划分为3个类群,其中29个品系与甘蓝型油菜亲本聚为一类,代表了甘蓝型油菜亲本群;18个品系聚为一类,与甘蓝型油菜亲本类群距离较远,营养生长无优势,产量较低,综合性状较差;7个品系聚为一类,与甘蓝型油菜亲本类群距离较近,表现较强的营养生长优势和丰产特点,综合性状优良,可作进一步选育对象,为西藏高产优质甘蓝型油菜品系的选育奠定种质基础。     

基于全基因组SNP构建甘蓝型油菜指纹图谱

甘蓝型油菜是世界上重要的油料作物，可用作油料、饲料以及食品等，具有较高的经济价值。为了高效快速地鉴定并区分油菜品种，加强油菜品种管理，本试验利用505份油菜种质的重测序数据进行SNP鉴定，根据杂合率、位点缺失率以及多态性等指标对SNP集合进行筛选，得到了能够高效鉴定油菜种质的核心SNP位点组合，构建了DNA指纹图谱。该套核心位点组合包括897个位点，其MAF、PIC的平均值分别为0.41、0.474。使用该套SNP位点组合进行品种区分，每两个材料之间的差异位点数目90%为357~508。对核心SNP位点进行精简，最少用17个SNP 标记可完全鉴定该套种质。本研究使用高质量的油菜重测序数据，筛选出了897个核心SNP位点，并利用该套核心SNP组合构建了油菜的特征指纹图谱，为油菜遗传多样性分析、品种鉴定以及种质管理提供数据参考。     

北方冬油菜养分积累特点及与产量性状的灰色关联度分析

为促进油菜的北方布局,针对北方寒旱区冬油菜养分吸收与利用等问题,采用12个白菜型冬油菜和甘蓝型冬油菜品系,对不同品系冬油菜的干物质和养分积累量、产量性状进行测定。结果表明,甘蓝型冬油菜产量性状显著优于白菜型冬油菜,甘蓝型冬油菜的株高、分枝高度、主花序角果数、单株角果数、角粒数、千粒重、单株产量和小区产量等8个产量性状分别较白菜型冬油菜高出12.41%、108.11%、56.21%、66.91%、5.71%、70.79%、103.55%、103.87%。甘蓝型冬油菜干物质单株产量平均为67.693 g/株,为白菜型冬油菜的191.612%。白菜型冬油菜单株氮磷含量要高于甘蓝型冬油菜,分别高出2.481%、29.423%; 单株钾含量低于甘蓝型冬油菜,低34.826%。由于同一生态区的甘蓝型冬油菜干物质产量大于白菜型冬油菜,所以甘蓝型冬油菜单株氮磷钾积累量较白菜型冬油菜显著高出84.647%、50.000%、158.616%。冬油菜中养分积累总量趋势均呈K>N>P,氮、磷元素主要积累在籽粒中;钾元素主要积累于茎和果壳中。甘蓝型冬油菜每100 kg籽粒需氮6.554 kg、磷0.463 kg、钾14.612 kg;白菜型冬油菜每100 kg籽粒需氮7.143 kg、磷0.572 kg、钾10.467 kg;甘蓝型冬油菜较白菜型冬油菜氮磷素利用效率高,且对钾素需求量大。     

油菜抗除草剂机理与种质创制研究进展

杂草是制约油菜生产的重要生物灾害之一,严重影响油菜的产量和品质。培育抗除草剂油菜品种是防除油菜田间杂草的经济、有效的途径。本文综述了已被广泛应用的草甘膦、草铵膦和ALS酶抑制类除草剂的作用机理、植物对除草剂产生抗性的机制以及国内外这三类油菜抗性种质的创制和研究进展,并提出了油菜抗除草剂种质的发展策略,加强抗性机制研究和基因的发掘力度,利用基因编辑等新技术创制抗除草剂油菜新种质,培育具有多种除草剂抗性的油菜新品种。     

利用分子标记辅助选择选育甘蓝型油菜有限花序新品种

为提高品种的抗倒性，以甘蓝型有限花序品系4769为供体亲本，分别与早熟甘蓝型油菜保持系144B和优良恢复系111R、122R、361R、536R杂交，并利用与有限花序基因Bnsdt1和Bnsdt2紧密连锁的分子标记进行甘蓝型油菜有限花序性状的辅助选择育种。结果表明，共筛选到4个与Bnsdt1和Bnsdt2紧密连锁的共显性分子标记（S02、Indel02、BnW09和BnW18），可用于回交转育过程中的分子标记辅助选育，最终培育出具有有限花序性状、抗倒性明显增强的保持系Y144B、不育系Y144A、优良恢复系Y111R、Y122R、Y361R、Y536R；经杂交组配和区域试验选育出一个甘蓝型油菜有限花序新品种青杂有限1号，株高适中，分枝低，抗倒伏性提高。     

甘蓝型油菜子叶黄化致死突变体ytl的表型分析和基因定位

甘蓝型油菜子叶黄化致死直接影响油菜出苗率和成苗率，深入研究子叶黄化致死的分子机制可为探究植物生理相关的基础研究提供便利。本文报道了甘蓝型油菜子叶黄化致死突变体ytl（yellow to lethal）的基因定位及候选基因预测结果。该突变体来自恢复系轮回选择群体的自交后代株系，发芽出土后子叶一直处于黄化状态，播种9~15 d后死亡。与野生型相比，突变体ytl的叶绿素、叶黄素含量显著降低。透射电镜观察显示，突变体叶绿体发育仍处于质体阶段，类囊体基粒片层模糊。遗传分析表明，该突变体由一对隐性核基因控制。利用油菜60K SNP芯片结合分子标记技术将该基因定位于C09染色体的标记SSR-140和标记PBZIN-1之间198 kb的物理区间。该研究为进一步克隆基因BnaC09.YTL及后续的功能研究奠定了基础。     

甘蓝型油菜自然群体苗期磷效率分析及磷高效优异种质筛选

为了筛选磷高效优异种质，研究油菜磷高效遗传，以甘蓝型油菜自然群体400个品种为试验材料，通过营养液培养方法进行了两轮苗期磷效率评估（分别命名为试验Ⅰ和试验Ⅱ）。该群体在低磷和正常磷处理下地上部干重、根系干重、根冠比、主根长和磷效率系数均呈现正态分布特征，品种间存在较大的基因型变异。以低磷处理地上部干重和磷效率系数为筛选指标，在试验Ⅰ中分别筛选出磷高效和低效候选品种各17份和13份，在试验Ⅱ中分别筛选出磷高效和低效候选品种各17份和18份。结合试验Ⅰ和Ⅱ，确定苗期磷高效候选品种32份，磷低效候选品种31份，可用以开展后续研究。