玉米D亚族bZIP转录因子基因的数据库挖掘、分析、克隆与表达

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物特有的转录因子家族,在高等植物基因表达与调控中起重要作用。本文通过对玉米基因组数据库中收录的全长cDNA序列全基因组范围的bZIP分析,发现其中25个序列编码D亚族bZIP转录因子。针对这些序列进行生物信息学分析、染色体分布和直系同源组的分类分析,发现部分序列可能是由同一基因座编码,但不同方式剪切形成的。对部分基因克隆和测序发现了更多的剪切形式。定量检测其中3个基因在ABA和干旱胁迫条件下的表达发现,其中1个受ABA诱导,2个受ABA抑制,但均不受干旱胁迫影响。表明玉米中D亚族基因可能参与ABA响应。     

小麦bZIP家族转录因子的鉴定及其在盐胁迫条件下的表达分析

b ZIP (Basic region/leucine zipper motif)蛋白是真核生物中普遍存在的一类转录因子,对植物应答胁迫具有重要作用。为了鉴定bZIP家族转录因子基因是否参与小麦盐胁迫响应的调控过程,获得更多与盐胁迫相关的b ZIP转录因子,本研究以‘科农199’(KN199)为实验材料,利用Illumina HiSeq平台进行150 bp双端测序,从转录组水平检测了bZIP家族转录因子基因在小麦盐胁迫条件下的差异表达情况。结果显示,每个处理的生物学重复之间的相关系数都在0.97以上,说明本实验中样品重复性较好,在处理不同时间点样品间的差异非常显著。根据中国春(Chinese spring, CS)参考基因组筛选到的156个小麦bZIP家族转录因子中,有14个bZIP转录因子位于5B染色体上;经盐处理1 h后,鉴定出14 544个差异表达基因(DEGs),包括49个b ZIP转录因子基因;在处理6 h后,鉴定出25 546个DEGs,包括59个bZIP转录因子基因,并且b ZIP转录因子基因在两组样品之间有35个共同的DEGs,其中有25个基因上调表达,10个基因下调表达。小麦响应盐胁迫b ZIP转录因子基因进行聚类分析结果与基因表达差异的结果一致。研究发现不论是总的DEGs还是差异表达的bZIP转录因子基因的数目,均随着处理时间的延长而增加,推测这些基因可能参与调控小麦盐胁迫反应。     

茶树bZIP转录因子基因CsbZIP1的克隆与表达定位

碱性亮氨酸拉链蛋白(bZIP)作为真核生物中分布最广、最保守的一类转录因子,参与多种生物学过程,尤其在植物抵御各种逆境胁迫中有重要作用。采用RACE和RT-PCR技术克隆到茶树bZIP转录因子基因全长cDNA序列,命名为CsbZIP1(GenBank登录号为JX050148.1)。该基因cDNA全长1515 bp,包含813 bp的完整开放阅读框(ORF),编码270个氨基酸,预测分子量29.484 kD;含有bZIP家族典型的BRLZ结构域碱性结构域和亮氨酸拉链,属于B_-zip1家族;系统发育树分析显示CsbZIP1属于bZIP转录因子F亚家族;亚细胞定位结果表明CsbZIP1主要定位于细胞核;qRT-PCR分析表明,4℃低温和NaCl盐胁迫处理均能诱导CsbZIP1的表达,表达量变化趋势都是随着胁迫时间先逐渐升高,到24 h时降低,ABA胁迫处理24 h抑制CsbZIP1的表达。推测CsbZIP1与茶树低温、盐等逆境胁迫密切相关。     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

拟南芥bZIP基因家族系统发育树比较分析

bZIP蛋白是植物中特有的一类转录因子,包含亮氨酸拉链结构域和碱性结构域两部分。在种子贮藏基因表达、光形态发生及器官建成以及植物对ABA、光、厌氧生活和发育信号的反应中,bZIP蛋白家族对调节基因的表达都起到重要的作用。对已鉴定出的78个拟南芥bZIP基因(包括-like)中72个bZIP基因(不包括-like和假设蛋白),利用系统发育树分为8个组,以期进一步探讨进化组中的生物特征和功能。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

玉米bZIP基因应答逆境胁迫的表达模式分析

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20％PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析....     

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。     

玉米ZmGRAS31基因的克隆及功能研究

GRAS蛋白家族是一类植物特有的转录调控因子,在多种植物中均有报道。为了探究玉米GRAS基因家族在逆境胁迫下的功能,本研究从玉米根中克隆获得ZmGRAS31 (AC:NC_024462),该基因全长1422 bp,编码473个氨基酸。生物信息学分析表明ZmGRAS31蛋白分子量为51,700.38Da,理论等电点为4.73,具有GRAS转录因子家族特有的保守结构域,但不具跨膜结构,亲水性较差。玉米原生质体瞬时表达实验表明ZmGRAS31定位于细胞核内。实时荧光定量PCR(qPCR)分析表明,在低温、脱水、高盐、干旱处理下,ZmGRAS31在玉米幼苗均上调表达;不同浓度NaCl处理过表达ZmGRAS31转基因拟南芥植株,其根长优于野生型,由此推测该基因可能参与玉米非生物胁迫应答。     

谷子转录因子基因SiNAC45在拟南芥中对低钾及ABA的响应

NAC(nascent polypeptide-associated complex)转录因子在植物生长发育和非生物胁迫响应等过程中发挥重要的调控作用,目前,关于NAC转录因子参与耐低钾胁迫的研究报道很少。本研究在前期工作对低钾胁迫的转录组测序基础上,对筛选出的一个低钾胁迫下表达量上调的NAC类转录因子基因SiNAC45进行了深入研究。结果表明,SiNAC45基因全长1383 bp,编码461个氨基酸,分子量为50.7 k D,等电点为6.92。SiNAC45在20~100个氨基酸之间有一段NAM保守结构域。系统进化树结果显示,SiNAC45位于NAC基因家族的第1亚族。基因表达谱分析显示,SiNAC45主要在谷子根部表达,并且能够被低钾和ABA诱导表达。亚细胞定位结果显示SiNAC45定位于细胞核。基因功能分析结果显示,在不同浓度低钾处理下,和野生型拟南芥相比,SiNAC45转基因拟南芥的根长和植株鲜重显著增加,说明过表达SiNAC45可以提高转基因植物对低钾胁迫的抗性。下游基因表达分析结果显示,在SiNAC45转基因植物中两种重要的钾离子转运体基因AKT1和HAK1的表达显著提高,证明SiNAC45通过调控植物钾离子转运体基因的表达影响植物对低钾胁迫的耐性。种子萌发试验结果显示,SiNAC45转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA的敏感性降低,说明SiNAC45可能负调ABA信号。     

基于Glb 1基因序列的西南地区玉米地方品种的系统进化

为探讨我国西南地区玉米地方品种Glb 1基因序列多态性,对40份西南地区玉米地方品种的Glb 1基因序列测序,并与Gen Bank中来自普通玉米、小颖玉米、繁茂玉米和摩擦禾的19条同源序列比对。结果表明,来自西南地区四川、重庆、云南和贵州的玉米地方品种分别有35、25、33和25个多态性位点,其遗传多态性分别是小颖玉米的87%、86%、85%和71%,8个种群遗传多态性指数的大小排序为小颖玉米、四川地方品种、重庆地方品种、云南地方品种、贵州地方品种、普通玉米、磨擦禾和繁茂玉米,Tajima’D、FuLi’D和FuLi,F检验表明Glb 1基因是中性进化基因。比较种群间DNA序列的共有多态性和固定差异,玉米地方品种与小颖玉米、繁茂玉米、磨擦禾间存在较高的固定差异和较低的共有多态性。Glb 1基因的系统进化关系及网状关系分析为玉蜀黍属的分类系统提供了佐证,四川玉米地方品种有较高的遗传多态性支持我国玉米由印度经西藏传入四川的论点。     

干湿交替灌溉条件下不同种稗草对水稻光合特性和产量的影响

以两优培九和南粳9108为试验材料,自水稻移栽至成熟分别与无芒稗(T1)、稗(T2)、西来稗(T3)和光头稗(T4)共生,以无稗草水稻处理(CK)为对照,研究干湿交替灌溉条件下不同稗草对水稻光合特性和产量的影响。结果表明,稗草对水稻产量的干扰因稗草种和水稻品种的不同而异。稗草种间干扰强度表现为T3T1T2T4,两优培九减产率小于南粳9108。T1、T2、T3和T4处理后两优培九的减产幅度分别为11.16%~13.78%、10.19%~10.60%、19.00%~23.79%和0.50%~1.57%,除T4外其他处理较对照显著降低;南粳9108的减产幅度分别为38.44%~45.51%、31.29%~36.86%、54.88%~60.65%和8.28%~15.14%,均达显著差异。T1、T2和T3处理后对两优培九叶面积指数和叶绿体色素含量无显著影响,但使南粳9108的叶面积指数降低和叶绿体色素含量增加。4种处理还显著降低了水稻冠层的透光率、剑叶光合速率、蒸腾速率和气孔导度以及干物质积累量。冠层透光率、光合速率、气孔导度、蒸腾速率和成熟期干物质积累量降低以及灌浆期叶绿体色素含量不同程度增加可能是水稻产量降低的重要原因。     

1BL/1RS易位对小麦贮藏蛋白组分含量和面团流变学特性的影响

利用1BL/1RS易位系后代研究1BL/1RS易位对贮藏蛋白组分含量和面团流变学特性的影响有助于指导小麦品质改良工作。选用师栾02-1/周麦16组合14份F6品系,于2012—2013年度分别种植在河南安阳和焦作,采用反相超高效液相色谱(RP-UPLC)和凝胶排阻超高效液相色谱(SE-UPLC)方法分析贮藏蛋白组分含量,并研究它们与面团流变学特性的关系。结果表明,拉伸仪延展性和最大抗延阻力、不溶性谷蛋白聚合体含量和谷蛋白、醇溶蛋白等贮藏蛋白组分含量及其比例均受1BL/1RS易位有无类别和类内品系效应的显著影响,以类内品系效应较大;拉伸仪拉伸面积、谷蛋白含量及醇溶蛋白与谷蛋白含量比值的类内品系效应显著且较大。易位系和非易位系的贮藏蛋白组分含量和面团流变学特性的相关系数达显著水平,在易位系中,不溶性谷蛋白聚合体含量和拉伸面积(r=0.92,P0.001)、延展性(r=0.92,P0.001)、最大抗延阻力(r=0.80,P0.01)呈显著正相关,面团流变学特性较好的品系不溶性谷蛋白聚合体含量均较高;在非易位系中,醇溶蛋白与谷蛋白含量比值和拉伸面积(r=?0.91,P0.001)、最大抗延阻力(r=?0.88,P0.001)呈显著负相关,面团流变学特性较好的品系醇溶蛋白与谷蛋白含量比值均较低。上述信息对以不溶性谷蛋白聚合体含量和醇溶蛋白与谷蛋白含量比值为指标改良1BL/1RS易位系的面筋品质有重要意义。     

水稻黑条矮缩病抗性评价方法及抗性资源筛选

水稻黑条矮缩病是水稻主要病毒病害之一。目前由于缺乏规模、高效的黑条矮缩病抗性鉴定体系,制约了抗黑条矮缩病水稻资源的发掘,限制了抗黑条矮缩病的育种进程和基础研究。本研究通过分析水稻黑条矮缩病田间鉴定所需灰飞虱的有效接种密度、带毒率及播期等,提出水稻黑条矮缩病田间鉴定有效接种的灰飞虱密度在800万头 hm^-2左右较为合理,而带毒率应不低于5%。并进一步对现有黑条矮缩病人工接种鉴定的循回期、接种虫量、接种时间及虫龄等进行了优化。利用上述鉴定体系,2010年对来源于20个国家的共1240份水稻种质进行黑条矮缩病田间鉴定,初步获得发病率低于10%的品种34个;2011、2012连续两年对该34个品种进行多年多点重复抗性鉴定,发现来自东南亚地区的3个品种Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160连续3年发病率均低于10%,表现较高的黑条矮缩病的抗性。进一步分期播种鉴定的结果表明,Kanyakumari29在3个播期、3个鉴定点的发病率均低于12%,而Madurai 25和Vietnam 160发病率均低于9%。此外,在人工接种条件下Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160的发病率均低于9%。因此,多年多点田间鉴定和人工室内接种鉴定的结果均表明,Kanyakumari 29、Madurai 25和Vietnam 160稳定、高抗黑条矮缩病。综上所述,本研究建立的田间鉴定与室内鉴定相结合的黑条矮缩病鉴定体系准确、可靠,可用于黑条矮缩病的大规模鉴定,该体系的建立及高抗黑条矮缩病水稻资源的发掘为水稻抗黑条矮缩病基因的鉴定及育种利用提供了重要的方法和材料基础。     

北方粳稻产量与品质性状及其相互关系分析

随着稻作科学研究的发展和人民生活水平的提高,我国对粳稻需求持续增加,粳稻面积不断扩大,明确目前不同稻区产量与品质性状现状及其相互关系,对今后北方粳稻育种有重要参考价值。本文利用2011—2013年北方稻区国家水稻新品种试验数据,根据地区和品种(系)特点划分为黄淮粳稻、京津唐粳稻、晚熟中早粳稻、中熟中早粳稻、早熟中早粳稻5种类型,分析了产量水平、产量构成因素、品质现状等类型间差异及其相互关系。结果表明,产量表现为中熟中早粳稻早熟中早粳稻、京津唐粳稻、黄淮粳稻晚熟中早粳稻。5种类型糙米率和整精米率平均值分别为83.66%和66.95%,垩白粒率和垩白度平均值分别为30.26%和3.08%。总体和不同类型产量与糙米率、精米率和整精米率均表现为显著的正相关,结实率与糙米率、精米率和整精米率均表现为显著的正相关,与垩白粒率表现为显著的负相关。籽粒长宽比与产量关系不密切,与糙米率大多显著负相关,而与整精米率的负相关均未达到显著水平。着粒密度与产量的关系也不密切,与穗数基本表现为显著负相关而与每穗粒数均表现为显著正相关,对结实率、千粒重和主要品质性状影响不大。根据上述结果可以认为,我国北方粳稻至少在9 t hm–2以下产量与主要品质性状的矛盾并不突出,可以在保持产量的基础上改进品质,或者在保持品质的基础上提高产量,使产量和品质在更高水平上达成新的平衡。     

不同小麦品种产量对冬前积温变化的响应

为确定河北省中部地区小麦品种适播期,筛选耐迟播品种,2011年秋至2014年夏在河北藁城采用播期×品种二因子裂区试验,研究了不同播期对当地12个主栽小麦品种产量的影响以及不同品种对冬前积温的响应。结果表明,播期对小麦产量有显著影响;不同品种对播期响应差异明显,分为迟钝型、中间型和迟播敏感型。迟钝型品种对播期不敏感,适播期长,冬前≥0℃积温范围为324~560℃,迟播后穗数和产量稳定;中间型品种适播期较长,积温范围为362~566℃,迟播后粒数增加,穗数和产量降低;迟播敏感型品种对播期敏感,适播期较短,积温大于511℃,不宜晚播,晚播后穗数和产量明显下降。在试验地区,推荐小麦适播期为迟钝型品种10月7日至22日、中间型品种10月7日至19日、敏感型品种10月5日至10日。     

苗带深松条件下秸秆覆盖对春玉米土壤水温及产量的影响

免耕秸秆覆盖是中国北方干旱半干旱区一种重要的保护性耕作模式。为明确宽行覆盖窄行深松交错种植条件下覆盖带适宜的秸秆覆盖量和覆盖方式, 2012–2013年在河北省廊坊市进行了春玉米的田间试验。选用郑单958为试验材料, 采用80 cm+40 cm宽窄行种植, 宽行间覆盖秸秆, 窄行间进行苗带深松, 设置8.42 t hm^-2覆盖量下粉碎覆盖(100SC)、整秆覆盖(100SP)、4.21 t hm^-2覆盖量下粉碎覆盖(50SC)、整秆覆盖(50SP)和不覆盖(CK)处理, 测定土壤水分和温度、出苗状况、物质积累、产量及产量构成。结果表明, 秸秆覆盖与深松结合条件下, 4种覆盖处理与对照相比均提高了土壤含水量, 其中50SC处理在花前0~15 cm土壤降温幅度最小, 其他覆盖处理显著降低花前土壤温度。各覆盖处理明显提高了苗期整齐度, 秸秆覆盖对苗期的生育期天数略有推迟。与CK相比, 50SC提高了春玉米地上部生物量, 促进花后干物质积累, 千粒重和穗粒重分别提高10.9% (P<0.05)和6.5% (P<0.05), 产量提高4.78%, 达12 243 kg hm^-2。50SC条件下产量与全生育期干物质积累(DMA)、花后/花前DMA呈极显著正相关。说明宽行覆盖窄行深松交错种植有利于缓和秸秆覆盖对出苗的物理阻碍, 其中秸秆以4.21 t hm^-2的覆盖量粉碎覆盖效果最好, 该处理可为玉米提供稳定有利的土壤水分和温度条件, 提高了生育后期的物质积累以及籽粒产量。     

水稻类树状突变体s2-21的遗传分析与精细定位

叶序和出叶间隔期是叶片生长发育的基本生物学特性和水稻的重要农艺性状之一。对叶序或出叶间隔期突变体的研究,可以帮助我们了解叶片的形成机制。本研究以甲基磺酸乙酯(EMS)诱变粳稻品种日本晴,获得一个稳定遗传的类树状突变体s2-21。该突变体出叶间隔期变短、节间缩短、植株矮化、分蘖数减少、叶片数增加、不能正常进行生殖生长。将该突变体与籼稻品种Dular杂交,遗传分析表明该突变体性状受1对隐性基因控制。通过InDel分子标记对s2-21/Dular F₂群体进行遗传定位,将该基因初步定位在第1染色体InDel标记C1-15和S1-17之间。利用本实验已测序的籼稻品种Dular全基因组序列与NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)上提供的粳稻品种日本晴基因组序列比对,发展了6个新的InDel标记,最终将该基因定位在W25和W26之间约88 kb的区间内。测序结果表明该突变体中PLA2基因的第4个内含子的第5位碱基由G突变为A。     

不同覆膜方式对旱地冬小麦土壤水分和产量的影响

为探讨黄土高原半干旱雨养条件下覆膜种植冬麦田土壤水分动态特征和增产效果,在2008—2009和2009—2010年生长季,以露地种植为对照(CK),研究了3种覆膜方式(全膜覆土穴播、全膜穴播、垄膜沟播)对冬小麦农田土壤水分、产量和水分利用效率的影响。结果表明,孕穗前期覆膜处理0~200 cm平均土壤含水量在2个生长季分别较CK高2.3%和1.7%,而在孕穗期至成熟期分别较CK低14.7%和7.6%。地膜覆盖可显著改善0~20 cm土壤墒情,但拔节后20~90 cm土层以及全生育期90~200 cm土层含水量普遍低于CK;2个生长季收获期0~200 cm平均土壤含水量覆膜处理较CK分别低64.7 mm和47.0 mm。在2个生长季中,覆膜处理平均耗水量分别较CK多64.6 mm和77.2 mm。2个生长季夏季休闲后,覆膜处理在秋播时0~200 cm的土壤含水量分别比CK高29.8 mm和22.8 mm,显然,覆膜有利于土壤水分的快速恢复。2个生长季覆膜处理的平均产量分别较CK高49.4%和53.2%,水分利用效率分别提高11.8%和14.3%。在3种覆膜处理中,虽然全膜穴播的产量和水分利用效率最高,但从劳动力和生产资料的投入同产出效益角度考虑,则以全膜覆土穴播最优。因此认为,全膜覆土穴播是一种高产高效、操作简单、适宜于半干旱区推广应用的冬小麦种植方式。     

供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响

研究限量供水与地膜覆盖对玉米产量的耦合效应,对于充实干旱内陆灌区水资源高效利用理论具有重要意义。在甘肃河西石羊河流域通过田间试验研究了不同覆膜方式(全膜覆盖、半膜覆盖和未覆膜)和不同灌水水平(7200、6450和5700 m3 hm–2)对玉米产量的影响。结果表明,地膜覆盖方式与灌水量对玉米籽粒产量、收获指数、双穗率、穗粒数、粒重及水分利用效率有显著影响,且二者互作效应显著。全膜覆盖高、中灌水量条件下,玉米籽粒产量分别达到13 275.5 kg hm–2和12 880.5 kg hm–2,显著高于同等灌水量的半膜覆盖和未覆膜处理,增幅达7.0%~31.0%。全膜覆盖条件下,玉米水分利用效率达到16.9 kg mm–1 hm–2,较半膜覆盖和未覆膜处理分别高12.7%和6.3%,差异显著。全膜覆盖结合高灌水量玉米的双穗率、穗粒数和粒重在各处理中均表现最高,分别达到23.9%、658.6粒穗–1和36.4 g 100粒–1。全膜和半膜覆盖条件下,高灌水量处理玉米全生育期平均叶面积指数(LAI)分别达到2.8和2.7,显著高于对应低灌水处理,中等灌水量处理与低灌水量处理的平均LAI差异不显著;全膜高灌水处理0~30 cm土壤含水量和0~25 cm土层0℃积温分别达到23.9%和3717.9℃,显著高于其他各处理。通径分析结果进一步说明,地膜覆盖主要是通过提高双穗率、增加叶面积指数提高了玉米粒重和穗粒数,从而提高玉米籽粒产量,进而双穗率、平均叶面积指数的提高均可归因于耕层土壤水热状况的改善。