花生ahFAD2A等位基因表达变异与种子油酸积累关系

花生ahFAD2A是控制种子油酸、亚油酸含量和油亚比的关键基因。利用ahFAD2A基因特异引物检测远杂9102, 豫花9416等52个花生品种的ahFAD2A基因等位变异, 并比较其中13个品种的ahFAD2A基因序列。结果表明, 花生ahFAD2A基因存在G-A两种单核苷酸等位变异(野生型ahFAD2A-wt和突变体ahFAD2A-m), DNA序列比对结果证实, 豫花9416等10个品种(突变体)与远杂9102、延津花籽和开农白2号(野生型)相比, 在ahFAD2A基因的448 bp处存在核苷酸G-A突变。应用real-time PCR检测ahFAD2A等位基因在种子不同发育时期的表达动态显示突变体豫花9416等位基因(ahFAD2A-m)在种子发育中期表达量稍高, 种子发育后期表达量下降速度较野生型远杂9102(ahFAD2A-wt)更快。进一步测定豫花9416和远杂9102在种子不同发育时期的油酸、亚油酸积累和油亚比动态, 发现两品种间存在明显差异, 豫花9416在籽粒发育前期油酸相对含量已超过亚油酸, 油亚比大于１并逐渐增加, 而远杂9102到籽粒发育中后期油酸相对含量才高于亚油酸, 油亚比逐渐接近于１左右。     

向日葵Ha KASI基因的生物信息学和表达分析

KASI编码β-酮脂酰-ACP合酶I,主要催化C4-ACP生成C16-ACP。为了解向日葵HaKASI基因的表达特性及功能,本研究对其编码蛋白进行生物信息学和基因表达模式分析,预测HaKASI为酸性且为亲水性蛋白;结果显示二级结构主要是无规则卷曲,预测亚细胞定位于叶绿体。系统进化分析发现,HaKASI与拟南芥及其他物种的KASI聚在一个大分支上,与莴苣(Lactuca sativa L.) KASI进化关系最近,序列相似性高达92%。HaKASI表达分析结果表明,HaKASI在向日葵种子中表达最高,其次为管状花和茎,在叶、舌状花和根中不表达,HaKASI在高、低油酸种子发育不同时期表达趋势大体一致,表达量均从7～12 DAF升高,之后降低,但在37 DAF,HaKASI在低油酸种子中表达量极高,明显高于高油酸种子,这暗示HaKASI在油酸含量不同的向日葵种子发育后期可能存在不同的表达调控机制。本研究为HaKASI基因功能的研究提供科学依据。     

高产高油酸花生品种开农176选育报告

开农176是开封市农林科学研究院利用开农30和开选01-6通过有性杂交选育而成的高产高油酸花生新品种。其油酸含量76.8%,亚油酸含量6.9%,油酸亚油酸比值（O/L）为11.13。全国北方区大花生中间试验结果,开农176平均荚果产量4807.35 kg/hm2,比对照花育19号增产7.28%;河南省麦套花生生产试验结果,开农176平均荚果产量6044.25 kg/hm2,比对照豫花15增产9.71%。三年48点次试验结果,开农176平均荚果产量5019.00 kg/hm2,44点次增产,增产点率91.67%。高产示范结果,开农176荚果产量8164.95 kg/hm2。开农176于2013年分别通过全国农作物品种鉴定委员会鉴定和河南省农作物品种审定委员会审定。     

紫苏种子发育过程中脂肪酸组分变化研究

以野生紫苏与栽培紫苏为材料,通过气相色谱对2个紫苏品种种子发育过程中脂肪酸组分的含量及其变化进行了研究.结果表明:紫苏种子脂肪酸主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和α-亚麻酸5种成分组成,不饱和脂肪酸占总脂肪酸的90％左右,其中α-亚麻酸含量最高,达60％以上.种子发育过程中棕榈酸、硬脂酸和油酸含量相对较为稳定,亚油酸含量随种子发育逐渐降低,而α-亚麻酸含量随种子发育不断增加直至成熟,占总脂肪酸的60％以上.     

不同花生品种种子休眠性鉴定

种子休眠性是作物的重要性状之一。分别对刚收获和收获后35d的8个花生品种(系)种子进行发芽试验,以评价其休眠特性。结果表明,收获当天种子的发芽率和萌发率都可以作为评价种子休眠性的指标。4个普通油酸品种的休眠性极弱或无休眠期,高油酸品种开农176、开农301、开农71具有一定的休眠性。相关分析表明,种子休眠性强弱与油酸含量、油亚比表现为显著的正相关关系,与亚油酸含量表现为显著的负相关关系。     

向日葵HaLACS7基因的生物信息学和表达分析

LACS（long-chain acyl-CoA synthetase）编码长链酰基CoA合成酶,能把游离脂肪酸转化成长链酰基辅酶A,在油脂代谢过程中有重要的作用。对向日葵HaLACS7编码蛋白进行生物信息学分析,预测HaLACS7编码蛋白为酸性蛋白且为亲水性蛋白,蛋白二级结构为无规则卷曲,亚细胞定位于过氧化物酶体。经系统进化分析发现,HaLACS7与莴苣（Lactuca sativa L.）和洋蓟（Cynara cardunculus var. scolymus L.）的LACS6进化关系最近,序列相似性均为84%,且与拟南芥LACS6和LACS7聚在一个大分支上。HaLACS7在向日葵中组织的表达量大小为舌状花>根>种子>管状花>叶>茎。HaLACS7在高、低油酸向日葵种子发育后期表达量均较高,但2份材料种子在不同发育时期表达变化趋势明显不同,推测HaLACS7的表达可能影响向日葵种子油酸的合成。     

蓖麻RcWRI1基因表达分析及生物信息学分析

WRINKLED1(WRI1)是成熟拟南芥种子中油脂积累的重要调节蛋白,是植物特异转录因子家族(AP2/EREBP)的一个成员,其靶基因主要参与脂肪酸合成和糖酵解,因而在植物脂肪酸合成和积累中起着重要的作用。通过半定量分析了蓖麻中与拟南芥WRI1同源的RcWRI1、RcWRI3和RcAIL5基因在叶片及种子不同发育时期的表达量。结果显示在叶片中RcWRI1和RcAIL5基因有少量表达,RcWRI3无表达;在种子发育过程中,RcWRI3基因仅在种子发育前期表达,RcWRI1和RcAIL5基因在发育过程中表达量先增大后减小,其中RcWRI1的表达量较高。并进一步对RcWRI1、RcWRI3、RcAIL5进行生物信息学分析。     

3个陆地棉球蛋白基因启动子的克隆与功能初步分析

为克隆陆地棉来源的种子特异性启动子,根据雷蒙德氏棉测序结果,设计针对GhαGLOA、GhβGLOA和GhβGLOB基因编码区上游约1.5 kb序列的引物,分别以陆地棉总DNA为模板克隆了3条序列。构建了含有编码区上游序列驱动GUS的表达载体,经农杆菌介导转化野生型拟南芥。转基因拟南芥种子的GUS活性荧光检测结果表明,所克隆序列具有启动子功能,其中GhαGLOA启动子的转录活性极显著高于其他2个启动子。在转基因拟南芥成体植株的多个器官中,仅可检出痕量的GUS活性,认为所克隆启动子为种子特异性启动子。     

花生种子发育过程中脂肪酸积累规律的研究

以鲁花14为材料,对花生种子发育过程中荚果和种子的发育情况以及花生种子脂肪酸的累积过程进行了研究。结果表明,在果针入土的第39天,小种子(远离果针一端)的平均长度超过大种子(靠近果针一端),在接近成熟时,小种子的平均质量超过大种子。在花生种子中,可以检测到12种脂肪酸。按含量由高到低依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、山萮酸、花生酸、二十四烷酸、花生烯酸、异油酸、亚麻酸、棕榈油酸、豆蔻酸。在花生种子发育过程中,脂肪酸含量随种子的发育逐渐增加,油酸含量不断增多,而亚油酸则呈缓慢减少的趋势。在接近成熟时,油酸和亚油酸占全部脂肪酸含量的79.4%。油酸亚油酸的比值随着种子的发育呈逐渐增大的变化规律。     

玉米种胚HSP20基因对人工老化处理的响应

以玉米杂交种“郑单958”为材料, 采用高温(45°C)高湿(100%相对湿度)对玉米种子进行人工老化处理, 并用转录组技术, 研究植物HSP20基因对种子人工老化处理的响应, 旨在为揭示种子衰老的分子机制提供依据。结果表明, 随着老化时间的延长, 种子活力和种胚内过氧化氢酶的活性均表现下降趋势; 过氧化氢含量在老化第3天达到最大值, 随后下降; 丙二醛含量逐渐升高; 转录组检测表明, 种子老化过程中差异显著的HSP20基因有25个, 这些基因编码的HSP20蛋白主要被定位在细胞核、线粒体、以及叶绿体上, 其序列中均含有ACD保守序列(RVDWRETPDAHEIVVDVP GMRREDLRIEVEDNRVLRVSGERRRAEERKGDH WHREERSYGRFWRRFRLPENADLDSVAASLDSGVL TVRFRK)。该序列中含有较多的Arg (11.2%)、Lys (7.2%)、Pro (4.2%)、Thr (3.9%)等氨基酸, 老化过程中积累的ROS可能氧化这些氨基酸, 导致HSP20结构破坏、功能丧失。利用qRT-PCR技术对挑选的编码细胞质、叶绿体和线粒体HSP20的基因的表达模式分析显示, 随着老化程度的加深, 2个编码细胞质HSP20的基因上调表达, 另外两个编码叶绿体和线粒体HSP20基因的表达量在老化第3天达最大值, 随后下降。推测HSP20基因对种子老化有重要作用, HSP20蛋白的ACD结构域中Arg、Lys等氨基酸的靶向氧化可能是种子衰老的主要原因之一。     

单粒花生主要脂肪酸含量近红外预测模型的建立及其应用

脂肪酸组成是影响花生营养价值和货架寿命的主要因素,高油酸花生以其营养保健价值高、化学稳定性好、耐储藏等特点,深受广大消费者和花生加工企业的喜爱。因此,培育高油酸品种是花生育种的重要目标,建立快速、高效、准确检测花生中主要脂肪酸含量的无损方法是加快花生脂肪酸改良和高油酸品种选育进程的重要技术保障。本研究利用近红外光谱技术建立了可以非破坏性地快速检测单粒花生中油酸、亚油酸、棕榈酸含量的数学模型,其中油酸模型的决定系数(R2)为0.907,均方差为3.463;亚油酸模型的决定系数为0.918,均方差为2.824;棕榈酸模型的决定系数为0.824,均方差为0.782。使用100粒花生验证该模型的准确性,结果油酸、亚油酸和棕榈酸的近红外预测值与化学值的相关系数分别为0.88、0.90和0.71,表明此模型可以准确地预测单粒花生中这3种脂肪酸的含量。本研究借助该模型建立了一种不依赖分子标记的快速、高效选育高油酸花生的方法,并成功应用于高油酸花生育种,选育出高油酸花生品种中花215。     

花生FAD2基因家族表达分析及其对低温胁迫的响应

为了探究FAD2在花生低温响应中的作用,本研究从普通油酸花生中花16 (ZH16)和高油酸花生中花413 (ZH413)中克隆得到花生AhFAD2家族的全部基因,共7个。通过分析这些基因的表达模式发现,在ZH16和ZH413中各FAD2基因表达模式相似, AhFAD2-1A/B主要在花和发育的种子中表达, AhFAD2-3A/B主要在营养组织中表达, AhFAD2-4A/B主要在根和花中表达,表明AhFAD2基因在花生不同发育阶段和不同组织中发挥各自的生物学功能。在15℃下发芽6 d发现,ZH413的发芽率未显著下降,而ZH16的发芽率显著下降。种子萌发过程中,AhFAD2-1A/B和AhFAD2-4A/B均受低温诱导表达。在ZH16中AhFAD2-1A/B在低温诱导第6天开始显著上调表达,而在ZH413中第1天显著上调表达;在ZH16中AhFAD2-4A/B在低温诱导第3天出现显著上调表达,之后表达量下降,但在ZH413中第1天就显著上调表达,且始终维持在高水平表达。基于以上研究结果推测,高油酸花生在受到低温胁迫时,AhFAD2-1A/B编码蛋白失活,但AhFAD2-4A/B的高量表达在一定程度上弥补了这部分功能。同时也说明AhFAD2-1A/B功能的缺失并不是决定花生耐寒性的主要因素。本研究的开展为培育抗寒的高油酸花生品种奠定了理论基础,为高油酸花生在高纬度、高海拔地区推广提供了理论支持。     

Relationships between seed oil content and fatty acid composition in high stearic acid sunflower

The high stearic acid sunflower mutant CAS-3 is characterized by a low seed oil content, which might represent a constraint for the commercial production of high stearic acid sunflower oil. The objective of the present research was to investigate the relationships between fatty acid profile and seed oil content in CAS-3. Plants of CAS-3 were reciprocally crossed with plants of breeding line ADV-37, with high oil content and standard fatty acid profile. Oil content and fatty acid composition were measured in individual F₂ seeds and F₂ plants (F₃ seeds averaged). Both F₂ seeds and F₂ plants from the cross ADV-37 × CAS-3 had a significantly higher oil content than those from the reciprocal cross, which indicated the existence of cytoplasmic effects in the genetic control of the trait. A consistent negative correlation between oil content and palmitic acid and a positive correlation between oil content and oleic acid were detected both in F₂ seeds and F₂ plants. Conversely, no consistent correlation between oil content and stearic acid was observed, which suggested the feasibility of simultaneous selection for both traits.     

水稻类病斑突变体spl34的鉴定与基因精细定位

利用化学诱变剂EMS处理籼型水稻恢复系“缙恢10号”, 从其后代中筛选到1个遗传稳定的类病斑突变体spl34。该突变体于分蘖后期在下部叶片的叶鞘上开始出现褐色的类病斑, 随后沿着中脉扩散至整个叶片, 成熟期扩散至整个植株。相比于野生型, 该突变体的株高显著变矮, 穗长显著变短, 穗粒数、结实率和千粒重极显著降低。遮光试验和组织化学分析表明, 突变体类病斑的形成受光诱导, 在类病斑形成部位发生大量过氧化氢沉积和细胞程序性死亡。荧光显微镜观察发现, 在紫外光照射下突变体产生的荧光较野生型弱。与野生型相比, 突变体spl34的H₂O₂和O₂^-含量较高, 而CAT、POD和T-SOD等保护酶的活性显著降低; 稻瘟病抗性无明显差异或略显降低。遗传分析表明, 突变体spl34的表型受1对隐性核基因控制。基因定位结果表明, 该基因定位于第4染色体的LR49和LR52两个分子标记之间, 物理距离为200 kb。测序分析发现该区间内的候选基因LOC_Os04g56480的第3449位碱基发生突变(G3449T), 导致色氨酸替换为半胱氨酸。qRT-PCR结果表明该基因在突变体内表达量降低, 而部分病程相关基因的表达量则升高。     

利用回交法快速选育高油酸花生新品系

以普通花生品种花育22为母本、高油酸花生品种开农176为父本杂交得到F1杂种,筛选油酸含量高于60%且同时含有FAD2a和FAD2b位点的F1为杂交父本,以花育22为轮回亲本(母本)连续回交得到BC1F1~BC4F1代回交种。利用近红外光谱仪测定F1及BC1F1~BC4F1籽粒的油酸、亚油酸含量,选择油酸含量大于60%的种子,用刀片切取种子小部分子叶提取DNA,以F0.7/R3为引物进行PCR扩增及测序,根据测序峰图差异表现筛选出同时含有FAD2a和FAD2b位点的种子作为下一代回交的父本。切去部分子叶的种子切口用石蜡封闭,播种前浸泡于40℃温水中催芽,对12 h后未露白的种子用100 mg L–1乙烯利浸泡4 h后再转入40℃温水浸泡至24 h,发芽率可达到98%。2013年春季开始杂交,2016年春在青岛播种BC4F2代种子,取幼苗期幼叶鉴定基因型,筛选出基因型为aabb的单株,收获时选留农艺性状类似于花育22的优良单株,再利用近红外光谱仪测定所选单株油酸含量,获得油酸含量在70%以上、油酸亚油酸比值大于7.0的单株24个。这些单株与花育22相比,农艺性状基本相同,称为改良花育22高油酸花生新品系。     

花生籽仁蔗糖含量近红外模型构建及在高糖品种培育中的应用

Sugar content is an important factor affecting the flavor and processing characteristics of peanut (Arachis hypogaea L.) kernel and the sucrose content accounts for more than 90% of the total sugar content in peanut kernel. High-efficiency detection approach for sucrose content is crucial in developing high sucrose peanut varieties. In this study, 185 peanut genotypes with diversified sucrose contents were scanned in wave length of 1100-2500 nm for constructing a near-infrared spectrum of naturally dried seeds. The sucrose contents were determined by high performance liquid chromatography (HPLC) combined with standard curve method. A near-infrared calibration model of peanut seed sucrose content was established by partial least square method (PLS). For sucrose content, the coefficient of determinations (R²) was 0.962 with mean square deviation of 0.383. The coefficient of correlation between the predicted values and chemically tested value were 0.947 in 20 external samples, indicating that the model could predict sucrose content of peanut kernel. Six new sweet peanut lines with sucrose content over 7%, oleic acid over 78%, oil content less than 48% and desirable agronomic characters were selected among the hybrid progenies of “Jihua 02-1-4 × Zhonghua 26”.     

紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因克隆与功能研究

二酰基甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase, DGAT)是植物合成三酰甘油(TAG)最后一步的关键酶,其中DGAT2在某些植物的种子油中能选择性积累更多不饱和脂肪酸。本文成功克隆了紫苏二酰基甘油酰基转移酶2基因(PfDGAT2),并进行生物信息学分析。PfDGAT2实时荧光定量结果表明,不同器官中PfDGAT2基因均有表达, 10 d种子的表达量最高,在根中的表达量次之,在种子发育中后期,PfDGAT2表达量逐渐降低。与野生型拟南芥相比,过表达PfDGAT2拟南芥种子含油率提高了21.68%～77.89%,其中种子含油率增加最多的4个株系,其亚麻酸(C18:3)增加4.57%,花生一烯酸(C20:1)增加7.44%,花生二烯酸(C20:2)增加5.4%,二十二一烯酸(C22:1)增加10.37%,而棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)和亚油酸(C18:2)含量分别降低了3.47%、6.64%和4.83%,油酸(C18:1)和花生酸(C20:0)分别只降低了0.18%和1.91%。本研究结果表明,紫苏PfDGAT2基因不仅能提高种子含油率,还能促进亚麻酸、花生一烯酸等不饱和脂肪酸的积累,这为研究植物不饱和脂肪酸的合成积累提供了参考及理论依据。     

Effects of high oleic acid soybean on seed yield,protein and oil contents,and seed germination revealed by near‐isogeneic lines

Typical soybean oil is composed of palmitic, stearic, oleic, linoleic and linolenic acids. High oleic acid content in soybean seed is a key compositional trait that improves oxidative stability and increases oil functionality and shelf life. Using a marker‐assisted selection method, near‐isogenic lines (NILs) of G00‐3213 for the high oleic trait were developed and yield tested. These NILs have various combinations of FAD2‐1A and FAD2‐1B alleles that were derived from the same backcrossing populations. The results indicated that G00‐3213 NILs with both homozygous mutant FAD2‐1A and FAD2‐1B alleles produced an average of 788 g/kg oleic acid content. The results also demonstrated that possessing these mutant alleles did not cause a yield reduction. Furthermore, seed germination tests across 12 temperatures (12.8–32.0°C) showed that modified seed composition for oleic acid in general did not have a major impact on seed germination. However, there was a possible reduction in seed germination vigour when high oleic seeds are planted in cold soil. The mutant FAD2‐1A and FAD2‐1B alleles did not hinder either seed or plant development.