过量表达TaNHX2基因提高转基因棉花的抗旱耐盐性

液泡膜Na+/H+反向转运蛋白在调节离子平衡,提高植物耐盐耐旱方面起着重要功能.为了研究液泡膜Na+/H+反向转运蛋白基因TaNHX2在棉花耐盐耐旱中的作用,以晋棉7号为受体,利用农杆菌介导法将克隆自小麦的TaNHX2基因转入棉花愈伤组织,通过组织培养胚状体发生途径获得转基因再生植株.以0.5％卡那霉素对再生苗筛选后,利用PCR和RT-PCR进行分子检测,证实外源基因已导入棉花并正常表达.在温室盆栽条件下,于4片真叶期对转TaNHX2基因棉花及其野生型对照施加NaCl或PEG胁迫处理,处理10天后发现盐胁迫或干旱胁迫显著抑制了棉花光合作用,提高了丙二醛(MDA)含量;转TaNHX2基因棉花的光合速率(Pn)显著高于野生型,MDA含量显著低于野生型;转TaNHX2基因棉花在盐旱胁迫后,叶片和根系中的Na+含量显著低于野生型对照.这些结果说明:在棉花中过量表达TaNHX2基因,盐旱胁迫下可以降低转基因棉花的Na+含量,提高光合速率,降低MDA含量,从而提高转基因棉花的耐盐抗旱能力.     

KcERF-PeDREB2a双价基因对棉花干旱、盐碱耐受性的影响

利用农杆菌介导法将耐旱耐盐转录因子基因Pe DREB2a和Kc ERF导入受体材料陆地棉R15中,获得12个株系的转基因植株,通过硫酸卡那霉素初筛以及PCR分子检测最终获得7个转Kc ERF-Pe DREB2a基因的棉花株系。通过测定转基因棉花的抗逆相关生理指标以及对基因相对表达量测定分析,结果表明,200mmol/L的Na Cl和15%的PEG-6000胁迫处理后,转基因棉花幼苗的CAT、SOD活性,游离脯氨酸含量均高于对照组,MDA含量较对照组棉花明显下降。实时定量RT-PCR结果表明,干旱胁迫下,转基因棉花幼苗叶片中Pe DREB2a基因的表达量高于Kc ERF基因的表达量;高盐胁迫下,转基因棉花叶片中的Pe DREB2a,Kc ERF基因的相对表达量持平。本研究结果表明,在干旱、高盐胁迫下,Kc ERF-Pe DREB2a基因有助于提高棉花的耐旱耐盐能力。     

转HhERF2和PeDREB2a基因棉花对胁迫的耐受能力分析

AP2/ERF转录因子普遍存在于植物中,并广泛参与植物对生物和非生物胁迫的响应。为了提高棉花对病害及非生物逆境的抵抗能力,将分别从抗逆性优良的沙生植物铃铛刺(Halimodendron halodendron)和胡杨(Populus euphratica)中分离的HhERF2和PeDREB2a转录因子基因构建以rd29A为启动子的表达载体,并通过花粉管通道法转化棉花。利用Real-time PCR分析胁迫处理的转基因阳性植株HhERF2和PeDREB2a基因异位表达及下游PR(pathogenesis-related protein)基因表达情况,结果表明在病原菌、干旱和盐胁迫下转基因植株体内HhERF2基因能够超表达,而PeDREB2a基因仅在干旱和盐胁迫诱导下超表达。接种大丽轮枝菌(Verticillium dahlia)后能够诱导转基因植株相关PR基因表达,同时与对照J12相比植株体内PAL、SOD和POD等酚类代谢相关酶的活性显著增加,且增强了转基因棉花对大丽轮枝菌的抵抗能力。干旱和高盐胁迫下生理生化特性分析表明,与对照相比,转基因棉花叶片中可溶性碳水化合物和相对含水量显著升高,而电导率和丙二醛(MDA)含量显著降低。因此,转基因棉花对大丽轮枝菌及干旱和高盐胁迫表现出了较强的耐受能力。     

过量表达棉花GhSAP1提高转基因烟草的耐盐性

【目的】SAP（stress-associated protein）是一类涉及胁迫应答和调控的锌指蛋白。克隆并分析其对逆境胁迫应答的反应,为棉花抗逆育种提供候选基因。【方法】通过电子克隆方法并经RT-PCR验证获得棉花锌指蛋白基因GhSAP1,将带有目的基因的载体质粒通过PEG介导转化棉花叶肉原生质体细胞,瞬时表达分析其编码蛋白的特性及亚细胞定位信息。通过qRT-PCR技术分析目标基因的组织表达特征及非生物胁迫条件下的表达特性。通过农杆菌介导叶盘转化法,经组织培养获得转基因烟草进行异位表达,检测其与抗逆相关的生理指标,证明其提高植物抗逆能力。【结果】GhSAP1 ORF长度为543 bp,编码一条含180个氨基酸残基的多肽。其理论等电点8.97,分子量19.3 kD,具有典型的A20/AN1锌指结构域。亚细胞定位显示该基因编码的蛋白定位于细胞核上。不同组织器官表达分析显示,GhSAP1在根、茎、叶中的表达量高,而在开花后5 d的胚珠中表达量很低。GhSAP1受盐胁迫诱导,高盐处理2 h后表达量最高。利用含100 μg•mL-1 Kan的培养基进行抗性筛选转基因后代,结合目标基因的PCR与RT-PCR验证,获得转GhSAP1的转基因烟草阳性株系10个。目标基因GhSAP1均能在烟草基因组中整合并异位过量表达。随机选择3个转基因烟草株系,盐胁迫处理显示,发芽一周的种子在含200 mmol•L-1 NaCl培养基上胁迫12 d,转基因植株幼苗平均成活率为81.7%,比非转基因对照植株增加近3倍,其平均根长为3.05 cm,极显著高于非转基因对照。利用GhSAP1表达较高的L2纯系进行成株期烟草盐胁迫处理30 d,转基因烟草后代的SOD活性和可溶性总糖含量增幅分别为23.89 U•g-1 FW和8.37 %,均显著高于非转基因对照;与未胁迫处理相比,转基因植株的叶绿素含量降低幅度仅为0.17 mg•g-1 FW,而非转基因对照降低了0.39 mg•g-1 FW;盐胁迫处理后,转基因植株的MDA含量增幅为7.42 nmol•g-1FW,而非转基因对照增幅达20.85 nmol•g-1FW;在盐胁迫下,转基因植株具有更强的K+根部运输到植株绿色组织能力,其地上部的K+/Na+为1.23,显著高于非转基因对照。【结论】GhSAP1在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,过量表达GhSAP1可显著提高转基因烟草的耐盐能力。     

陆地棉盐胁迫应答基因GhWRKY41的克隆与分析

为研究转录因子GhWRKY41在陆地棉盐胁迫应答过程中的作用,基于差减文库分析结果,利用RT-PCR和RACE技术,克隆了GhWRKY41基因(GenBank登录号为HM002635)。该基因cDNA长度为1 630bp,含有ORF(Open reading frame)为1 068bp,编码355个氨基酸的多肽,包含2个内含子。通过瞬时表达分析亚细胞定位,结果表明,转录因子GhWRKY41定位于细胞核,符合转录因子特性。转基因株系发芽试验结果表明,过量表达GhWRKY41基因,可显著提高转基因棉花在干旱、盐和低温胁迫下的发芽率;利用Real-time PCR技术,证明在盐和干旱胁迫条件下,转基因株系中GhWRKY41基因的表达量显著上升。GhWRKY41基因在根、茎和叶片中表达存在差异,根系中胁迫6h上调达到最高,茎中则胁迫48h达到最高,而叶片中仅6和24h上调表达。进一步比较转基因棉花与野生型棉花的纤维品质性状,结果表明GhWRKY41的过表达可以提高转基因棉花的衣分。因此,GhWRKY41参与了棉花响应盐和干旱胁迫应答过程,且过表达可提高转基因棉花耐盐性和耐旱性。     

盐胁迫条件下杨树bZIP转录因子全基因组分析

[目的]杨树是三北地区重要的经济树种与绿化树种,然而其生长发育常受到干旱、盐碱等逆境胁迫的限制。为探明bZIP转录因子在杨树生长发育及抗逆胁迫过程中的分子生物学机制。[方法]本文利用生物信息学分析方法获得杨树bZIP转录因子214条,结合转录组测序数据,对其蛋白分子结构及盐胁迫条件下表达模式进行系统分析。[结果]根据其保守域氨基酸序列将214条杨树bZIP转录因子分为A、B、C、D、E、F、G、H、I、S及其他等11个亚族。盐胁迫处理后,14个杨树bZIP转录因子基因表达量显著上升,5个bZIP转录因子基因表达量显著下调,说明bZIP转录因子在杨树耐盐胁迫应答反应过程中发挥着重要的调节作用。[结论]该研究为以后该转录因子家族功能的深入研究利用提供理论基础。     

干旱胁迫下油菜素内酯浸种对棉花种子萌发期NAC转录因子表达的影响

【目的】研究干旱胁迫下油菜素内酯浸种棉花种子萌发期NAC转录因子的表达变化,分析NAC转录因子在油菜素内酯(brassinolide,BR)调控棉花抗旱中的作用。【方法】根据陆地棉转录因子NAC家族的基因序列,扩增获得棉花新陆早17号NAC家族中的6个NAC基因(Gh NAC1-6)。实时荧光定量PCR检测干旱胁迫下不同油菜素内酯浸种后,棉花种子萌发期子叶和胚根NAC基因的表达变化。【结果】棉花子叶中的Gh NAC1在干旱胁迫下受不同浓度油菜素内酯的抑制,Gh NAC2和Gh NAC3受0.25 mg/L油菜素内酯诱导表达,Gh NAC5只受0.5 mg/L油菜素内酯诱导表达,而Gh NAC4和Gh NAC6表达无显著变化。在棉花胚根中,Gh NAC1同样受不同浓度油菜素内酯的抑制,Gh NAC2和Gh NAC3受0.25 mg/L油菜素内酯诱导,同时Gh NAC3在2 mg/L油菜素内酯浸种也呈现高表达,Gh NAC5无显著变化,Gh NAC4和Gh NAC6则受高浓度油菜素内酯诱导表达。【结论】棉花种子萌发期在干旱胁迫下,棉花种子萌发期子叶和胚根的Gh NAC1的表达受油菜素内酯抑制,Gh NAC2和Gh NAC3受低浓度油菜素内酯的表达诱导,油菜素内酯能够影响Gh NAC的表达响应干旱胁迫。     

梭梭NAC转录因子HaNAC38功能及特性分析

从梭梭干旱转录组中获得与干旱相关的NAC转录因子基因HaNAC38，为了研究其功能，以过表达HaNAC38基因拟南芥纯合株系作为对象，比较转基因株系与野生型间的差异，并利用酵母单杂交技术对HaNAC38转录因子可能结合的DNA核心序列进行验证。结果表明，在自然干旱和模拟盐胁迫条件下，过表达HaNAC38基因拟南芥株系生长状况显著优于野生型拟南芥。过表达HaNAC38基因拟南芥株系的种子发芽率、幼苗叶片脯氨酸含量及过氧化氢酶活性均显著高于野生型拟南芥株系，丙二醛含量和过氧化氢含量显著低于野生型拟南芥。由此表明HaNAC38显著增强了拟南芥对于干旱和盐胁迫的耐受能力。酵母单杂交试验结果表明，HaNAC38转录因子可以在酵母体内特异性结合TTGCGT核心序列，并激活下游报告基因的表达。以上结果为明确梭梭HaNAC38转录因子的功能及其调控网络奠定了基础。     

植物中过表达MYB转录因子调控盐胁迫响应的整合分析

MYB转录因子在调控植物适应非生物胁迫,尤其是应答盐胁迫上发挥着重要作用。采用大样本数据定量评价MYB转基因植物在盐胁迫环境条件下的表现,了解其调控机制,能够为耐盐植物品种的培育提供理论依据。搜集筛选2008～2018年间国内外与MYB转录因子和盐胁迫相关研究,采纳70篇文献包含263个相对独立研究数据,应用整合分析方法对不同盐胁迫处理条件下MYB过表达转基因植物及其野生型的生理生化、形态学等16个性状指标进行了比较研究。结果表明:在非盐胁迫处理下,MYB过表达转基因植物与其野生型在15个性状指标上没有表现出显著差异,仅在脯氨酸含量这个指标上表现出显著不同;而在盐胁迫处理下,有10个性状指标表现出显著的差异。MYB转录因子在植株总鲜重、存活率、根长、脯氨酸含量、POD酶活性、发芽率和叶绿素含量中发挥着正向调控作用,而在钠钾离子含量比、钠离子含量、丙二醛含量上发挥着负向调控作用。随着盐胁迫时间增加,MYB转录因子对植物根长的增效作用表现出减弱趋势;当胁迫的时间长于15d,对根长的生长直接显现出减效作用。在短时间盐胁迫处理下,随NaCl浓度的增高,MYB过表达转基因植物较其野生型的根长变长、叶绿素含量增多。MYB转录因子能够显著地提高植物对盐胁迫的耐性,但在调控植物适应盐胁迫的能力上因受处理时间、盐浓度和转基因数目等不同而表现出差异。     

酵母耐盐相关基因HAL1在棉花中的功能表达

【目的】克隆酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）耐盐基因HAL1（halotolerance）并转化棉花,探究该基因在棉花中的功能,进一步探究酵母耐盐相关基因在高等植物中的具体功能。【方法】根据NCBI核酸数据库中酵母耐盐基因HAL1的mRNA全长序列信息,利用RT-PCR技术从酿酒酵母As2.375中克隆该基因。选择酶切位点XbaⅠ和SmaⅠ对表达载体pBI121::GFP进行双酶切,采用In-Fusion技术构建pBI121-ScHAL1::GFP融合表达载体。以自发荧光较弱的陆地棉品种Y-2067、ZA-23、GZ-2的花粉为材料,用基因枪轰击棉花花粉进行瞬时表达研究。采用基因枪活体转化技术将外源基因表达载体pBI121-HAL1::GFP转化棉花盐敏感材料中s9612,获得T0棉花转基因种子。用100 mmol·L^-1 NaCl盐溶液对转基因T0种子进行耐盐性发芽试验,并进行分子检测,对鉴定出的转基因植株进行叶盘耐盐性分析。【结果】从酿酒酵母As2.375中克隆耐盐基因ScHAL1,基因全长885 bp,共编码294个氨基酸。对其序列进行分析,发现HAL1蛋白中丝氨酸所占比例最大,整个蛋白呈碱性且带正电,属于亲水性蛋白。根据蛋白二级结构预测结果,推测该蛋白的结构功能域可能主要由无规则卷曲和β-折叠片构成。棉花花粉瞬时表达结果表明,转化HAL1后,3种陆地棉花粉的绿色荧光现象都明显增强,说明该基因可以在这3种陆地棉的花粉中表达。用100 mmol·L^-1 NaCl盐溶液对转基因棉花T0种子和受体材料中s9612自交种进行胁迫,发现转基因种子萌发能力明显强于受体材料,表明HAL1可以提高种子耐盐性。根据基因核苷酸序列设计2对引物对T0转基因棉花幼苗进行分子检测,将纯化后的PCR产物进行直接测序,测序结果证明转基因成功。对鉴定出的转基因植株进行叶盘耐盐性分析发现,在600 mmol·L^-1 NaCl和400 mmol·L^-1 NaCl盐胁迫下转基因植株叶盘叶绿素含量均高于对照植株,且在600 mmol·L^-1 NaCl溶液胁迫后,转HAL1植株叶绿素含量反而高于400 mmol·L^-1 NaCl溶液处理后的叶盘。【结论】成功从酿酒酵母中克隆基因HAL1,酵母HAL1对提高棉花耐盐性具有重要作用。     

基于聚丙烯酰胺凝胶电泳的棉花EcoTILLING技术体系创建

以棉花纤维发育相关基因GhSUS1为目标基因,从EcoTILLING技术中常用的关键酶CELⅠ的提取、活性检测、目标基因引物设计及酶切等方面入手,开展了棉花EcoTILLING技术体系的创建研究。结果表明:所提取的CELⅠ活性高,稳定性好。在42℃、酶切体系为8μL PCR扩增产物中加入2μL粗酶液,与缓冲液等量混合,酶切45 min,能有效地对单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)所在的异源双链错配位点进行酶切。对棉花GhSUS1基因设计A和D染色体亚组特异性引物进行等位基因的多态性分析,结果表明:EcoTILLING结果与测序结果一致,说明建立的基于PAGE的Eco-TILLING技术体系稳定可靠,可用于棉花复等位基因发掘研究。     

48;催杀胶悬剂喷雾防治棉铃虫试验

研究了生物杀虫剂48;催杀胶悬剂在南疆棉田防治棉铃虫的效果和使用方法.结果表明:药液25 L/667m2常规喷雾方法极显著优于667 mL/667m2超低容量喷雾方法;12 mL/667m2 48;催杀胶悬剂常规喷雾和9 mL/667m2 48;催杀胶悬剂常规喷雾有极显著的防治效果,喷药后1、3和7 d的防治效果分别为76.82;和79.83;、61.9;和65.08;、84;和88;,二者之间无差异,均明显优于6 mL/667m248;催杀胶悬剂常规喷雾.鉴于其对自然天敌比较安全,认为可以将该生物农药纳入新疆棉花IPM之中.     

安徽省沿江棉区两种栽培方式下棉田杂草发生与危害研究

初步研究了安徽省沿江棉区直播棉田和移栽棉田杂草发生和危害。运用杂草群落的重要值(MDK)和相对多度(RA),结合K类中心聚类法分析两种模式棉田杂草发生和危害程度。在直播棉田和移栽棉田中,杂草发生种类和杂草演替规律差异不大。一般是以禾本科杂草牛筋草、马唐为重要杂草,由铁苋菜、狗尾草、马齿苋、通泉草、反枝苋和异型莎草等主要杂草组成的杂草群落;直播棉田杂草在棉花蕾期发生密度较大,对棉花的危害程度也较大。两种栽培方式下,不除草棉田的棉花前期株高、叶片数、果枝数和果节数显著低于常规除草棉田;后期的株高、单株铃数、单铃重显著低于常规除草棉田,皮棉产量减少极显著。     

棉花QTL定位及MAS育种进展与展望

近年来,随着现代分子生物学及统计分析方法的快速发展,育种工作者已定位了许多作物的重要性状QTLs.同时,基于QTL定位的标记辅助选择(MAS),已成为当前作物分子育种研究的热点.综述了近年来棉花重要性状包括产量、纤维品质、抗性、形态、生理、早熟性等QTL定位最新进展,以及标记辅助选择在一些性状上的初步应用,并对其发展前景进行展望.     

11个棉花品种（系）在晋南地区的鉴选结果分析

以11个棉花品种（系）为材料,在山西农业大学棉花研究所试验田进行品种鉴选试验,通过对品种的农艺性状、产量及产量构成以及纤维品质等的分析比较,筛选出3个优质、高产,适宜在晋南地区种植的棉花品种（系）,以期为该地域区棉花生产提供数据支持和品种支撑。     

实时荧光PCR 法特异性检测棉花曲叶病毒

根据棉花曲叶病毒(Cotton leaf curl virus,CLCuV)运动蛋白基因序列特征,设计并合成了特异性Taqman探针和检测引物,建立该病毒的实时荧光PCR快速检测方法。结果表明:该方法可以特异性地从5个不同CLCuV分离物中扩增到荧光信号,而其他6种病毒均无扩增。建立的方法具有快速、准确、灵敏及简便等特点,可为进出境植物检疫和农业安全生产提供可靠的技术支持。     

基于性能改善深度信念网络的棉花病虫害预测方法

针对与棉花病虫害发生相关的环境信息数据具有大容量、多样性的特点,提出一种基于环境信息和改进深度信念网络(MDBN)相结合的棉花病虫害预测模型。该模型由3层限制玻尔兹曼机(RBM)网络和1个BP网络组成。利用MDBN提取与病虫害发生相关的特征变量,并利用BP神经网络进行病虫害预测。该方法的特点是将自适应学习率引入到DBN的无监督预训练阶段,并从训练数据批次的选择、参数调优的迭代周期以及在线学习训练等多个方面对MDBN的性能进行优化和改善,从而能够利用MDBN充分挖掘数据集中病虫害预测的特征向量,提高网络的预测精度。对实际棉花病虫害的预测结果表明,MDBN比传统预测模型具有更高的预测精度,是一种有效的农作物病虫害预测方法。     

敦煌市棉田烟粉虱发生规律的研究

2006年4月~2006年9月,对敦煌市棉田烟粉虱的生物型进行了鉴定并对其发生规律进行了研究.结果表明:敦煌市棉田烟粉虱为B型烟粉虱.烟粉虱5月初开始从温室向棉田扩散,6月下旬在棉田内开始普遍发生,8月上旬形成第1个成虫高峰,至9月中下旬随棉花采摘和气温的下降田间成虫数量逐渐减少,卵、若虫的种群动态与成虫基本一致.烟粉虱从温室迁入棉田,其扩散距离越远,数量越少;距离温室越近的棉田烟粉虱发生数量越多,距离温室大棚10 m处的棉田的种群数量显著高于50 m处的棉田.     

棉花耐盐相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记筛选

利用相关序列扩增多态性(SRAP)和群体分离分析法(BSA)对棉花耐盐材料×敏盐材料组合的F2群体及26个耐、敏品种(系)进行分析和鉴定,筛选与棉花耐盐相关的分子标记。在88对正反引物组合中,筛选出在2个亲本间具有多态性的引物6对,经F2群体分析,发现1对引物能够在耐盐单株中扩增出350 bp的特异片段,而在敏盐单株中没有。品种鉴定显示,耐盐材料均能扩增出该片段,而敏盐材料没有该片段扩增。推测该片段是与棉花耐盐性紧密连锁的分子标记。     

抗虫棉田棉铃虫发生动态及综合防治策略

通过对德州市1997—2005年抗虫棉棉铃虫发生情况的系统调查和数据分析,表明抗虫棉对各代棉铃虫有较好的控制作用,但防治压力仍然较大,其他寄主田已成为棉田棉铃虫的主要虫源基地。种群数量的消长主要受气候、虫源、食料、天敌、及防治状况等综合影响。防治策略上,对二代棉铃虫要适当施药防治,对三、四代棉铃虫应注重施药防治,重点保护棉花蕾铃;同时,注重对玉米、花生、大豆、辣椒及蔬菜田棉铃虫的防治,减轻棉田防治压力,全面压低棉铃虫种群数量。