水稻中胚轴长度QTL分析

为分析水稻中胚轴伸长与赤霉素的关系及其遗传基础,以沈农265(长中胚轴)和丽江新团黑谷(短中胚轴)的RIL群体为材料,结合其连锁图谱,对水和赤霉素溶液两种培养条件下的中胚轴长度进行QTL定位。结果表明,浓度为1.50μmolL~(-1)的赤霉素可显著促进中胚轴的伸长。两种培养条件下,共检测到控制中胚轴长度的5个QTL,分布在第1、第2、第3、第6和第11号染色体上,LOD值在3.65～15.52范围内,单个QTL对表型贡献率在7%～33%之间。其中qML3、qML6和qML11在2种处理条件下均被检测到,qML1和qML2仅在水培条件下被检测到。与其他研究比较发现,主效基因qML3可以在不同群体和不同环境下稳定表达。     

Maize mesocotyl: Role in response to stress and deep-sowing tolerance

Maize (Zea mays L.) is one of the most important crops worldwide and is a model organism among cereal crops. Abiotic and biotic stresses are often present simultaneously and severely influence maize production, causing great yield losses worldwide. Therefore, the selection and cultivation of stress-tolerant maize lines that adapt to various stresses is instrumental in addressing the problem of yield losses caused by stress. The maize mesocotyl is the crucial organ that pushes shoots out of deep water or soil after seed germination. It has a simple anatomy and exhibits rapid growth in the dark. In this article, we reviewed the studies on the elongation of the maize mesocotyl and the actions of phytohormones, especially under deep-sowing conditions, and emphasized the role of the maize mesocotyl in response to environmental stress and deep-sowing tolerance. We propose that the maize mesocotyl can serve as a selection organ for evaluating stress tolerance at the early seedling stage. We also identify future research fields that need further investigation in studies of the maize mesocotyl.     

丙环唑对玉米幼苗生长的调控及其相关机制

丙环唑(propiconazole,简称Pcz)作为一种杀菌剂被广泛应用于作物生产,它同时具有调节作物生长发育的作用,但关于丙环唑在玉米上的应用研究较少。本研究以玉米品种郑单958为材料,研究丙环唑(Pcz)对玉米苗期植株生长、细胞形态和激素信号的影响。结果表明,Pcz处理显著抑制玉米中胚轴与胚芽鞘的生长,降低株高,缩短叶片和叶鞘长度,减小叶夹角,同时显著抑制叶片和叶鞘细胞的纵向伸长,促使叶枕细胞排列由疏松变为紧密;Pcz处理显著降低玉米中赤霉素(GA1和GA3)的含量,下调GA合成酶基因GA3ox1基因的表达,上调GA钝化酶基因GA2ox5和GA2ox8表达,而GA合成酶基因GA20ox1的表达呈现先上调后下调模式;Pcz处理显著降低油菜素内酯(BR)含量,但BR合成基因CPD和DWF4的表达上调,可能是由于反馈调节。此外,Pcz处理下调扩张蛋白基因EXPA4、EXPA5和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因XTH1、XET1的表达。综上所述,Pcz处理调节GA和BR信号转导途径,抑制GA和BR在植株内积累,调控扩张蛋白、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因表达,操纵细胞生长,有效调控株型。     

多胺氧化酶(PAO)调控光诱导玉米中胚轴伸长的生理机制

以长中胚轴玉米自交系PH4CV为材料,在黑暗和光照两种处理条件下研究了玉米中胚轴长度与多胺氧化酶(Polyamine Oxidase, PAO)活性、H₂O₂含量、过氧化物酶(peroxidase, POD)活性及木质素含量的关系。通过添加5 mmolL^-1 PAO抑制剂2-羟乙基肼(2-hydroxyethylhydrazine, 2-HEH)和5 mmolL^-1 H₂O₂清除剂N,N’-二甲基硫脲(N,N’-Dimethylthiourea, DMTU)及组织化学染色,研究了影响中胚轴伸长的H₂O₂来源及其积累部位。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法,探究了光对ZmPAO基因表达的影响。结果表明,光照处理显著抑制了玉米中胚轴的伸长,同时显著增加该部位的PAO活性、H₂O₂含量、POD活性及木质素含量。相关性分析表明,玉米中胚轴长度与PAO活性、H₂O₂含量和木质素含量呈极显著负相关,与POD活性呈显著负相关;PAO活性与H₂O₂含量、POD活性和木质素含量均呈正相关。外源PAO抑制剂和H₂O₂清除剂处理试验,玉米中胚轴表皮纵切面细胞长度显微观察及中胚轴H₂O₂组织化学染色表明,PAO氧化分解多胺(Polyamines, PAs)产生的H₂O₂参与了中胚轴细胞伸长的生理调控,从而抑制了中胚轴的伸长。表达分析表明,ZmPAO基因在黑暗环境下的表达量相对稳定,光刺激0.5 h后表达量迅速升高,3 h后达到最大值,随后逐渐下降,10 h后趋于稳定。本研究表明,PAO在接受光刺激后活性升高,氧化分解PAs产生H₂O₂,从而诱导POD氧化胞壁的单木质醇并聚合为木质素,使细胞壁硬化,造成细胞伸长受阻。研究结果为进一步探讨PAO活性调控光诱导玉米中胚轴伸长的生理机制和阐明玉米中胚轴对光逆境的响应机理提供了理论依据。     

水稻中胚轴伸长特性的遗传分析

以长中胚轴/短中胚轴杂交组合的两个亲本、F₁、B₁、B₂和F₂为试验材料，在小型人工气候箱黑暗条件下培养幼苗，对水稻中胚轴伸长特性的遗传规律进行了研究。结果表明，中胚轴伸长特性受两对隐性基因控制。F₂群体中长、短中胚轴植株在节间长度、穗长、株高和剑叶长等性状上均存在较明显的差异，而中胚轴伸长特性与节间粗、剑叶宽、单株穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重和单株产量等性状关系不明显。还对水稻中胚轴伸长特性的遗传改良以及长中胚轴材料在直播稻育种上的利用进行了探讨。     

Developmental expression of glutathione-S-transferase in maize and its possible connection with herbicide tolerance

Summary Crop improvement for tolerance to specific herbicides is an important breeding target, since molecules performing well with regard to environmental safety are frequently not completely selective for crops. The glutathione (GSH)/glutathione-S-transferase (GST) system is a general mechanism of detoxification that in higher plants may confer tolerance to some herbicides. GSH level and GST activity were measured in different maize inbred lines, in the absence or in the presence of EPTC (a thiocarbamate) and of Alachlor (a chloroacetanilide); a wide genetic variability was observed for these parameters, which appear to be involved in plant tolerance to herbicides. Isozyme analysis was performed on roots, leaves, scutellum, pollen, coleoptile, mesocotyl of the same inbreds: it revealed the presence of many GST forms in maize, showing high polymorphism; they are controlled by at least five genes, the expression of which is developmentally regulated in the different tissues analyzed.     

不同类型高粱中胚轴伸长特性的研究

以84份不同类型高粱品种（系）为试验材料,研究高粱中胚轴伸长特性,并筛选不同中胚轴伸长特性种质,为进一步研究高粱出苗能力奠定基础。结果表明,所有参试材料中胚轴平均长度为6.5cm,不育系、保持系、杂交种、恢复系和地方品种中胚轴平均长度分别为4.7、5.1、5.8、7.0和8.4cm。不同类型高粱中胚轴伸长能力不同,其伸长能力表现为地方品种>恢复系>杂交种>不育系、保持系。以中胚轴长度为指标的UPGMA（类平均法）聚类分析结果显示,参试的84份种质可以分为5种类型,即极长中胚轴类型、长中胚轴类型、中胚轴长度中间类型、短中胚轴类型和极短中胚轴类型。杂交种中胚轴伸长的杂种优势属于负向中亲优势。     

玉米响应渗透胁迫的数字基因表达谱分析

以玉米种质POB21为材料, 利用数字基因表达谱技术对15% PEG渗透胁迫处理后的玉米叶片cDNA文库进行差异基因表达谱分析。结果表明, 转录组基因序列与参考基因组高度一致, 基因表达呈现出高度不均一性和部分冗余性。从中筛选出1097个有效差异表达基因, 其中795个表达上调, 302个表达下调。GO功能显著性富集分析表明, 3种细胞组分和分子功能中的3种糖基转移酶活性表现为富集。KEGG代谢分析表明差异表达基因广泛涉及糖、蛋白、核酸和脂类等生物大分子代谢、次生代谢、激素代谢以及能量代谢过程。脯氨酸代谢相关基因的差异表达分析表明, 谷氨酸途径是胁迫诱导脯氨酸积累的主要方式。表达谱分析结果为玉米渗透胁迫响应分子机制的深入研究和功能基因的筛选奠定了基础。     

转基因枳橙中GA20ox1与rol基因互作关系的研究

为分析转rol ABC基因枳橙GA20ox1基因与rol基因表达的互作关系,进一步阐释其矮化性状形成的分子机制。以转rol基因枳橙实生苗为试验材料,研究其对赤霉素的敏感反应,用荧光定量RT-PCR分析GA20ox1基因和rol基因的表达,并检测幼芽中POD酶活性和植物内源激素含量的变化。结果表明转rol基因枳橙既不属于GA缺陷型,也不属于GA不敏感型,喷施GA3能促进其茎伸长生长,但恢复不到野生型水平,幼芽中IAA（P<0.01）、GA1和GA4（P<0.05）显著降低,POD酶活性显著提高（P<0.01）。转rol基因枳橙幼芽中GA20ox1基因mRNA水平相比对照显著下调（P<0.01）。B、D系与野生型嫩茎中无明显差异,B、D系老叶中明显降低,E系中嫩茎和老叶中均明显增加。B、D和E系嫩叶中GA20ox1基因转录表达均较野生型高。在幼芽、嫩茎中,rol C基因与GA20ox1表达负相关。rol基因通过在幼芽中的高表达下调了GA20ox1基因转录表达,进而抑制了活性GAs在幼芽中的合成,顶端分生组织较低量的活性GAs限制植物茎伸长,在转rol ABC基因枳橙矮化性状建成中发挥重要作用。     

GA_3诱导人工棉纤维的作用特点

使用愈伤组织为材料进行悬浮培养诱导人工棉纤维发现，ＧＡ３对纤维细胞的产生及纤维细胞的伸长具有显著的促进作用；通过对过氧化物酶同工酶分析及全蛋白ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析表明，随着纤维的发育，过氧化物酶同工酶的谱带有着明显的变化，全蛋白谱中高分子量蛋白带增加，低分子量蛋白带减少，ＧＡ３处理的与其它相比有一条明显的低分子量蛋白带消失，从而探讨了ＧＡ３诱导纤维发育作用与分子机制关系     

旱垂柳转录组测序及赤霉素在垂枝形成中的作用

垂枝作为特殊的林木形态结构,因形态优美在全世界被广泛用于绿化和园林景观而成为研究热点。国内外对垂枝植物的研究表明赤霉素在垂枝形成中起作用,但是垂枝形成的分子背景研究仍比较缺乏。本研究以旱垂柳(Salix matsudana var. pseudo-matsudana)的垂枝为研究对象,通过对旱垂柳在不同生长发育时期的叶片、茎尖和茎基部进行了转录组和数字表达谱测序研究,共获得71 474个Unigenes序列。将Unigenes与COG和KEEG数据库比对,与转录和信号转导机制相关的基因在旱垂柳中高度富集,最终确定8 359个差异表达的基因,其中427个基因与激素相关。进一步分析赤霉素相关基因得出,主要参与2条赤霉素合成途径,具有生物活性的GA4是合成途径中的主要产物,而且GA4在枝条中的含量显著高于GA1和GA3。参与赤霉素信号转导途径中的GID1B在旱垂柳中上调表达,以及在G1和G4生长期的表达量高于其他时期,而DELLA蛋白GAI在G2生长期以后下调表达,GID1B和GAI在旱垂柳的垂枝生长过程中可能起非常重要的作用。这些研究结果将有助于探索赤霉素在旱垂柳垂枝形成中的分子作用,可为林木形态的遗传改良提供基础理论依据。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

PEG模拟干旱胁迫下玉米胚芽鞘长与其抗旱性的关系分析

以6份抗旱性不同的玉米自交系为试材,用不同浓度的PEG-6000(polyethylene glycol,PEG)渗透溶液进行模拟干旱胁迫处理,分析玉米萌芽期中胚轴长、胚芽鞘长及苗长的变化,并将其与田间干旱胁迫处理下相应玉米自交系产量及产量相关性状的抗旱指数进行相关分析,以期揭示萌芽期玉米幼苗相关性状与其抗旱性的关系。结果表明:(1)萌芽期随着PEG浓度增加,玉米自交系胚芽鞘长、中胚轴长及苗长都呈下降趋势,其中苗长降低幅度最大,平均降幅为14%,中胚轴长次之,平均降幅为11%;(2)方差分析表明,不同玉米自交系幼苗的中胚轴长、胚芽鞘长在自交系间及PEG浓度间差异极显著,苗长在PEG浓度间差异极显著;(3)花期田间干旱胁迫下,各玉米自交系的千粒重、穗粒数及产量较正常灌溉明显下降,且其平均降幅分别为8%、14%、13%;(4)通过玉米田间产量及产量相关性状抗旱指数与萌芽期各性状相关性分析表明,中胚轴长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈显著或极显著正相关。胚芽鞘长与千粒重、穗粒数及产量的抗旱指数呈极显著正相关,而在5%的PEG-6000渗透溶液模拟干旱胁迫下,胚芽鞘长与千粒重抗旱指数相关系数最高为0.832。因此,胚芽鞘较长的自交系其抗旱性较强,胚芽鞘长度可作为玉米早期抗旱性筛选的重要指标。     

玉米BEL1-like基因家族的鉴定、表达和调控分析

BEL1-like(BELL)家族蛋白是植物中普遍存在的一类具有同源异型结构域的转录因子。拟南芥中BELL家族蛋白能与KNOTTED1-like蛋白互作形成异源二聚体,并结合到特异顺式作用元件来调控基因的表达,从而影响植物生长发育进程。本文采用隐马可夫(HMM)模型,在玉米基因组中鉴定到15个BELL家族基因(Zm BELL),分布于7条玉米染色体。通过与拟南芥BELL基因的序列比较将这些基因分为两大类。在玉米8种组织中Zm BELL有不同的表达模式,具有明显的组织表达特异性。基于基因共表达分析及BELL-like蛋白特异结合的顺式元件分析,预测到86个可能受Zm BELL调控的下游靶标基因。这86个基因和12个Zm BELL表达模式相同,并且在基因启动子区存在与BEL1-like蛋白结合的顺式元件。这些结果为进一步解析玉米BELL家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

QTL analysis of deep-sowing tolerance during seed germination in the maize IBM Syn4 RIL population

In arid or semi-arid regions, deep-sowing is an effective treasure to ensure seeds absorbing water from deep soil layer at present. However, the existing maize varieties have poor tolerance to deep-sowing, which is attributed to that few genes are explored and utilised. In this study, 243 IBM Syn4 recombinant inbred lines (RIL) constructed with B73 and Mo17 as parents and 1,339 DNA markers evenly distributed in 10 chromosomes, were used for QTL analysis of deep-sowing tolerance during seed germination. There were significant differences in germination-related traits between the parental lines at 12.5 cm sowing depth. Among them, 7, 7, 5, 10 and 2 QTLs for emergence rate, seedling length, plumule length, mesocotyl length and coleoptile length were detected, respectively. These QTLs explained 2.75% to 10.49% of the phenotypic variance with LOD scores ranging from 2.50 to 8.27. In addition, 12 overlapping QTLs formed five QTL clusters on chromosomes 3, 5, 7 and 9. This study provides a basis for molecular marker-assisted breeding and functional study in deep-sowing germination of maize.     

赤霉素和钙处理春小麦种子效应的研究

分段研究了GA和Ca~(2+)对种子成苗过程的吸涨、萌发和胚芽伸长3个阶段的影响。在吸涨阶段和萌发阶段,GA具有明显促进种子吸水和加快种子萌发的作用。Ca~(2+)则表现出抑制种子吸水和萌发。GA能够促进胚芽和芽鞘的伸长。Ca~(2+)则明显抑制了胚芽和芽鞘的伸长。GA促进成苗的主要因为它增大了种苗的导水性,从而加快了种苗吸收水分,由此促进了种子萌动、萌发和胚芽伸长。GA与Ca~(2+)混合后,Ca~(2+)抑制了GA对种子吸水、萌发和胚芽生长的促进作用,由此推断,干旱条件下Ca~(2+)对种子成苗的有利作用机理不同于GA。在干旱和半干旱地区,种子萌发和出土过程常常受到干旱的威胁,因此,加快种子萌发和出土对作物产量形成有着十分重要的意义。用植物激素、营养元素和其它化学药剂处理种子已有大量报道。有试验证明,一定浓度的GA有促进多种作物种子萌发和幼苗生长的作用。Ca~(2+)对种子萌发和幼苗生长的作用也有不少研究。我们的试验也证明,中度干旱条件下,GA和Ca~(2+)分别处理种子,确有促进根芽伸长、加快出苗速度和提高出苗率的作用(2)(3),并且提出用GA和Ca~(2+)混合处理种子,有互补作用。上述研究只是证明了GA和Ca~(2+)处理种子的作用效果对GA和Ca~(2+)的作用机理深入探讨不够,并且缺乏对GA和Ca~(2+)在种子吸涨—出土这一连续成苗过程的分段作用效果的研究。因此,本试验基于原有工作,对GA和Ca~(2+)在整个成苗过程各个阶段的作用效果和机制进行了初步探讨。     

棉花纤维发育的分子机理及品质改良研究进展

 棉花纤维细胞的分化与发育是一个复杂有序的过程,在不同的发育时期均有大量的基因表达,参与纤维细胞发育的调控。转录因子和植物激素在棉纤维细胞分化起始过程中起重要的作用。纤维细胞壁结构、细胞骨架和糖类、脂类代谢相关的基因以及激素信号分子与纤维细胞的伸长密切相关。棉纤维次生壁合成时期主要是纤维素的合成及沉积过程,蔗糖合成酶和纤维素合成酶等基因在这一时期起关键的调节作用。在棉纤维发育分子生物学研究的基础上,利用基因工程改良棉花纤维品质也取得了一些研究进展。     

苹果矮化砧木GA20氧化酶基因的克隆及其表达分析

为了研究GA20氧化酶基因在苹果矮化砧木中的分子特征和表达特征,利用RT-PCR方法从苹果矮化砧木2号和36号c DNA中克隆了GA20氧化酶基因(GA20ox1),并对该基因及其编码氨基酸序列以及在不同时期砧木及嫁接品种中的表达分别进行了分析。结果表明,GA20ox1基因c DNA编码序列长1 179 bp,推导编码393个氨基酸(包括终止密码子),预测蛋白相对分子质量44.3 k Da,理论等电点5.89,编码的蛋白质包含GA20ox1基因家族所具有的特征保守结构域,系统进化分析表明该蛋白序列与苹果SH40的同源性达到96.9%。实时荧光定量PCR分析显示:36号砧木在6月份GA20ox1基因表达强度显著低于八棱海棠对照,而7-8月份的均显著高于对照,其上嫁接的品种7月份表达强度显著低于对照。在7-8月份2号砧木及嫁接品种GA20ox1基因的表达强度均显著低于对照。     

俄引水稻种质的直播特性研究

为获得具有优良直播特性的种质,以俄罗斯引进的10份水稻资源为材料,研究中胚轴长度、低温发芽能力和淹水条件下发芽率等与水稻直播相关的特性。结果表明:‘LIDER’、‘ATLANT’和‘OLIMP’低温条件下萌发速度最快,‘LIDER’、‘OLIMP’、‘ATLANT’、‘NATASHA’、‘ISTOK’和‘PARTNER’具有较好的低温发芽能力;‘ATLANT’、‘ISTOK’、‘RAPANZ’、‘GAMMA’、‘OLIMP’和‘SONET’的中胚轴长度与‘绿香粳28’在5%水平上达显著差异;在缺氧条件下,所有的品种间的发芽率均达极显著差异,但俄罗斯品种均优于对照。在所有引进的俄罗斯10品种中,‘ATLANT’与直播相关的综合性状最为突出,中胚轴长度、低温发芽能力和淹水条件下发芽率均极显著优于对照品种。     

玉米淀粉调控的研究进展

为了明确淀粉合成途径中的关键酶的功能和调控机制,本文综述了玉米淀粉的结构、淀粉合成途径以及调控淀粉合成转录因子（DOF、NAC、MYB、bZIP、MADS-BOX和AP2/EREB等家族）的表达和功能机制。研究表明大部分转录因子能在玉米胚乳中表达,少数也能在叶片中表达;这些转录因子可以通过与淀粉合成酶编码基因和关键调控基因的启动子结合从而影响其表达来调控淀粉的合成。此外,蔗糖/ABA、蔗糖/IAA也可以和转录因子协同调控淀粉的合成。本文能够加深对玉米淀粉合成调控的理解,也为玉米品质改良提供重要的理论依据。