玉米E3泛素连接酶类基因ZmGW2-1的克隆及表达分析

提高玉米产量是玉米育种的重要目标,而籽粒大小和粒重是禾谷类作物产量的重要构成因子。本研究根据水稻中已克隆的决定籽粒产量的主效基因OsGW2（RING型E3泛素连接酶）的序列信息,利用3’-RACE和RT-PCR技术从玉米基因组中分离出其直系同源基因,并对克隆的目的基因进行序列及组织表达特异性分析。结果表明,克隆得到的玉米同源基因编码区长为1287 bp,编码428 个氨基酸残基。Blastx功能分析发现该基因编码E3泛素连接酶类蛋白,该基因的编码序列与OsGW2的编码序列相似度高达83%,将其暂时命名为ZmGW2-1,且ZmGW2-1在雌穗中高度表达,表明该基因可能参与玉米雌穗的发育调控。该基因的克隆为进一步分析其功能奠定了基础。     

玉米丝黑穗病的防治

玉米丝黑穗病俗称“乌米” ,是豫东地区玉米的主要病害。主要侵染玉米的雌、雄穗。典型病症是雄性花器变形 ,颖片增生呈叶状 ,不能形成雄蕊。雄花基部膨大 ,内为一包黑粉。黑粉在前期不易飞散 ,后期干燥时易于散落 ,露出丝状的维管束。雌穗受害后果穗变短 ,基部粗大 ,除苞叶外 ,整个果穗为一包黑粉和散乱的丝状物。有时雌、雄穗都受害 ,有时其中之一受害。 1 996～ 1 998年我们对该病进行了综合防治研究 ,效果良好。现将该病的防治技术报道如下 :1　选用优良抗病品种选用抗病自交系 ,种植抗病杂交种。一般双亲抗病 ,杂种一代也抗病 ,双亲感…     

玉米ZmCKX1基因的克隆及功能分析

利用RT-PCR技术,从玉米自交系郑58中克隆了编码细胞分裂素氧化酶1的基因(Zm-CKX1),该基因阅读框全长为1 608bp,编码535个氨基酸,蛋白质分子量为57kD,理论等电点pI=5.22。该基因与TaCKX1、AtCKX在核苷酸水平上同源性分别为69%、49%。通过实时荧光定量PCR的方法对该基因的表达模式进行了分析,结果表明,在玉米雌穗中随着授粉时间的延长,ZmCKX1基因表达量逐渐升高,并且ZmCKX1基因在郑单958及其亲本、安玉5号及其亲本雌穗中的表达量明显不同,表现为超低显性表达模式。因此推断,ZmCKX1基因可能是一个与杂种优势相关的基因。     

玉米ZmEXO70s基因家族鉴定及苗期耐热性关联分析

【目的】鉴定玉米EXO70s（ZmEXO70s）基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为揭示其在玉米耐热方面的功能和分子机制打下基础。【方法】以拟南芥EXO70s（AtEXO70s）基因家族成员序列为参考,利用MaizeGDB和NCBI数据库从玉米全基因组中鉴定出ZmEXO70s基因家族成员,对其进行基因结构及系统进化分析,根据其在系统发育进化树上的位置对其进行系统命名,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析ZmEXO70s基因家族成员在不同组织及非生物胁迫下的表达模式。最后,鉴定玉米自交群体AM368中ZmEXO70s基因SNP位点,结合玉米AM368群体苗期耐热存活率进行基因家族关联分析。【结果】从玉米全基因组序列中共鉴定出36个ZmEXO70s基因,分布在10条染色体上,长度为228～3726 bp,编码75～1241个氨基酸残基,蛋白分子量为8.6～136.6 kD,理论等电点（pI）介于4.5～9.9,大部分蛋白pI小于7.0。拟南芥、水稻和玉米的EXO70s蛋白被分为9组（A组～I组）,其中ZmEXO70s蛋白在各组中均有分布。大多数ZmEXO70s基因不含内含子,只有少数基因含有内含子,且内含子数量不同。36个ZmEXO70s蛋白共含8种基序（Motif 1～Motif 8）,主要集中在C端,说明这些蛋白端序列较保守,且Motif 1～Motif 8组成Exo70保守结构域。ZmEXO70s基因在不同组织中的表达水平均存在明显差异,其中ZmEXO70B3基因在雄穗、花药、叶片和花丝中高表达,ZmEXO70C1a基因只在雄穗和花药中高表达,ZmEXO70D2b基因在胚乳和萌发种子中低表达,ZmEXO70G1c基因在花丝和萌发种子中低表达。有23个ZmEXO70s基因至少可响应一种非生物胁迫,说明这些ZmEXO70s基因参与非生物胁迫响应过程。ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因的遗传变异与玉米苗期耐热性具有显著相关性（P≤0.01）。【结论】ZmEXO70s基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在禾本科植物分化后,且大多数ZmEXO70s基因被保留,仅部分基因被丢失。ZmEXO70s基因可能在非生物胁迫响应过程中发挥重要作用,ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因可作为调控玉米苗期耐热性重要候选基因。     

玉米丝黑穗病的发生与防治技术

玉米丝黑穗病俗称"乌米",是豫东地区玉米的主要病害,是由真菌sphacelocheca reiliana侵染的,主要为害玉米的雌、雄穗.典型病症是雄性花器变形,颖片增生呈叶状,不能形成雄芯.雄花基部膨大,内为一包黑粉.黑粉在前期不易飞散,后期干燥时易于散落,露出丝状的维管束;雌穗受害时果穗变短,基部粗大,除苞叶外,整个果穗为一包黑粉和散乱的丝状物,有时雌、雄穗都受害.1996～1998年我们进行了防治,取得一定防治效果.     

雌株玉米的初步研究

正常玉米为雌雄同株异花授粉作物,这是历史发展长期进化的结果。在自然界里也偶尔出现雌雄同花顶穗结实的现象,这就是通常所说的玉米返祖遗传现象(Phenomenon of atavism)。然而玉米的性別变异远远不止于此。据美国学者琼斯Jones 1934年)报道他曾经发现过功能上雌雄异株的玉米,后来尚有少数学者,例如爱麦逊(Emerson 1935年)等人则认为玉米雄穗结实受制于第一、二、三、四各染色体上有关的Ts和ts基因。国内在这一方面报导资料不多,再加上我们所看到的雌株玉米完全不同于琼斯所说的雄株只能产生花粉而不能结雌果穗;雌株虽然顶穗结实,但具苞叶。     

8种植物类甜蛋白家族基因进化及密码子特征分析

类甜蛋白(thaumatin-like proteins, TLP)被归为病程相关蛋白第5家族，在植物防御和生长发育过程中发挥作用。使用Mega X、CodonW及EMBOSS网站在线软件，分析8种植物(莱茵衣藻、小立碗藓、拟南芥、水稻、谷子、高粱、小麦、玉米)类甜蛋白家族进化和密码子使用偏性。结果表明，植物类甜蛋白主要归为10个聚类组，其中聚类组Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ中的TLP数目相对较多；5种禾本科作物TLP家族基因主要以G和C作为第3位密码子，密码子具有较强的偏好性，多数类甜蛋白基因ENC值较小，GC3s值分布较集中；8个最优密码子第3位均为G或C结尾，禾本科植物类甜蛋白家族基因密码子偏好G/C结尾。本研究分析了8种植物中类甜蛋白家族基因的进化特征及密码子使用偏性，为该家族基因的分子进化以及转基因应用提供了理论依据。     

降解组测序技术在玉米雌穗发育相关miRNA靶基因中的应用

采用降解组测序技术对昌7-2,郑58 2个玉米自交系雌穗不同发育阶段miRNA的靶基因进行了检测,共获得47个被16个miRNA家族95个成员剪切的靶标。这些靶标多数存在于细胞核内,参与转录调控、细胞分化等生物学过程;分子功能多为DNA结合、特异序列DNA结合转录因子活性、金属离子结合、蛋白结合、ATP结合等.结合荧光实时定量PCR技术构建了昌7-2,郑58雌穗的花序分生组织(IM)分化为成对小穗分生组织(SPM)、成对小穗分生组织分化为小穗分生组织(SM)、小花分生组织(FM)3个时期的miRNA靶标表达谱。研究结果表明,在玉米雌穗发育过程中存在依赖于miRNAs的基因调控网络。     

玉米蔗糖合成酶基因Sh1生物信息学分析

蔗糖合成酶是玉米生物合成及代谢途径实现蔗糖合成和分解的关键酶,蔗糖合成酶基因Sh1位于玉米第9号染色体的短臂,基因全长5 816 bp。Sh1编码蛋白SH1含802个氨基酸,由1个蔗糖合成酶亚基(PF00862)和1个糖基转移酶亚基(PF00534)组成,是一种具有催化合成和分解双重作用的可逆酶,不存在跨膜结构,属于稳定型膜外蛋白,3种可能的结构模型显示其具有复杂的空间结构,玉米籽粒蔗糖生物合成的关键时期是授粉后12～27 d。生物进化结果显示,玉米和高粱、甘蔗的蔗糖合成酶基因Sh1在物种进化演变中序列高度保守。为揭示玉米蔗糖代谢途径的分子机制,本研究对Sh1基因结构及功能进行了分析,并对Sh1编码蛋白结构进行了基本理化性质和物种进化分析。     

玉米空秆产生原因及预防措施

玉米在生长中往往出现空秆,即出现不结穗或结穗不结籽粒的现象,是影响玉米单产的主要原因之一。根据多年实践,总结出玉米出现空秆原因及预防措施。一、产生原因1.雄穗对雌穗的抑制玉米雄穗由顶芽发育而成,生长势强,雄穗分化比雌穗早7～10天,而雌穗是由腋芽发育而成,     

Teosinte glume architecture 1: A Genetic Locus Controlling a Key Step in Maize Evolution

Teosinte, the probable progenitor of maize, has kernels that are encased in hardened fruitcases, which interfere with the use of the kernels as food. Although the components of the fruitcase are present in maize, their development is disrupted so that the kernels are not encased as in teosinte but exposed on the ear. The change from encased to exposed kernels represents a key step in maize evolution. The locus that largely controls this morphological difference between maize and teosinte, teosinte glume architecture 1, is described and genetically mapped.     

春玉米需磷规律的研究

本试验以掖单４号春玉米为试验材料，通过不同施肥处理，系统地研究了春玉米磷素营养的吸收、积累、分配和转移规律。结果表明，磷的吸收与生育进程间呈Ｓ形曲线变化；磷的吸收速度在生育期间呈单峰曲线变化，其峰值在出苗后７８ｄ左右，时值散粉期；每生产１００ｋｇ籽粒需吸收Ｐ＿２Ｏ＿５１．０５ｋｇ；磷素在各器官的分配随生长中心转移而变化，小喇叭口期之前主要分配在叶片中，小喇叭口至散粉期主要分配在叶片、基秆中，散粉之后其分配中心转向果穗，供籽粒生长发育。     

玉米籽粒形成的分子生物学基础

玉米单穗籽粒产量由穗粒数和粒重两因子组成。单个果穗上所着生的籽粒数与雌花序建成和小花分化密切相关,因此,控制花序形态建成和小花发育的基因可能直接或间接地参与穗粒数调控。玉米成熟籽粒主要由源于母本组织的种皮和经双受精产生的胚和胚乳组成,且胚和胚乳占成熟籽粒的绝大部分,直接影响粒重。文中主要从“CLAVATA（CLV）-WUSCHEL（WUS）负反馈调控途径、激素及其信号途径、花器官发育和小花性别决定”等方面总结了花序和小花发育相关基因及其与穗粒数的关系,描述了CLV-WUS途径中各基因在玉米雌花序上特异性表达的分生组织和基因间的调控关系,总结了生长素、赤霉素、细胞分裂素和独脚金内酯等植物激素的相互作用网络,以及已克隆的玉米花器官发育相关基因及其功能。从“线粒体基因转录本的加工和编辑、质体基因的转录和翻译及细胞核RNA转录与加工”3个方面总结了已克隆的影响胚和胚乳发育的相关基因,其中,大部分基因编码线粒体或质体定位的PPR蛋白。值得关注的是,近年来,研究发现了通过调节细胞核内RNA转录和加工而影响玉米籽粒发育的新途径。文章作者在基因水平上对玉米籽粒形成的分子生物学基础进行了简要总结,为进一步深入解析玉米产量形成的分子调控网络提供参考。同时,也就该研究领域今后可能的研究方向进行了讨论。     

弱光胁迫对不同耐荫型玉米果穗发育及内源激素含量的影响

2010-2011年以耐荫性较弱的玉米杂交种豫玉22和耐荫性较强的玉米杂交种郑单958为材料,在抽雄前3 d开始进行弱光胁迫处理,吐丝后10 d恢复自然光照,研究弱光胁迫及光恢复对不同耐荫型玉米果穗生长发育及其内源激素含量的影响。结果表明:弱光胁迫下,玉米果穗生长发育明显减缓,穗长、穗粗和果穗干物质积累显著减小,秃尖度变大;穗行数、穗粒数和籽粒库容显著降低;吐丝期果穗顶部小穗子房发育停滞,已有败育迹象的籽粒在恢复自然光照后无明显改善;豫玉22果穗和籽粒性状在处理间的差异程度均大于郑单958。弱光胁迫下,两玉米杂交种果穗的ABA和ZR含量均升高,而GA含量和GA/ABA比值均降低;IAA含量和IAA/ABA比值在郑单958果穗中表现为升高,而豫玉22则表现为下降。     

玉米果穗发育的生理特性研究

为了探讨玉米优良自交系选育中出现短苞叶品种的原因,从生理角度分析了两玉米自交系品种穗轴与苞叶生长发育变化趋势。结果表明:四个时期中139号苞叶硝酸还原酶活性非常低,对照1号的稍高一些。139号苞叶谷氨酰胺合成酶活性小于1号,且1号的酶活性变化较平缓。139号雌穗轴硝酸还原酶活性变化剧烈,授粉后15d达高峰,明显大于1号。139号雌穗轴谷氨酰胺合成酶活性前三时期始终大于1号,最后一时期二者几乎相等,但1号的酶活性变化平缓。就上述结果从氮代谢方面分析了139号苞叶与穗轴发育失调的原因。     

玉米近等基因系群体的构建及其应用

玉米是我国重要的粮食作物,也是研究植物遗传和功能基因组学的理想材料。近等基因系群体是构建分子遗传图谱、QTL定位和分子辅助育种重要的材料。我国广泛栽培的杂交种先玉335和郑单958在植株形态、果穗性状、籽粒含水量和脱水速率等方面存在差异。以郑单958亲本郑58和昌7-2为材料,分别与先玉335的亲本PH6WC和PH4CV进行杂交、回交和多代自交,构建了含有先玉335亲本背景的近等基因系材料的混合群体,利用玉米55K芯片分析了这些材料的基因型和群体结构。对2016年和2017年在廊坊与三亚的2年4点的表型数据进行了性状差异分析及性状间相关性分析,结果表明这些材料在株型、果穗性状、籽粒含水量等方面存在差异。利用该群体,应用全基因组关联分析准确定位到了控制穗轴颜色的基因。未来可利用该群体结合全基因组关联分析,开展株高、穗位、籽粒脱水速率等数量性状的基因定位、分子标记开发和分子辅助育种等工作,提高育种效率。     

玉米穗库发育的不同步性与内源激素作用的研究

以半多育型杂交种农大高光效1号和单育型杂交种农大0638为材料，研究了玉米不同库在穗分化进程，穗生长、内源激素等方面的差异。结果表明，2种育型玉米穗库间的生长发育均匀存在着不同步性，尤其在性 官分化起始时间和持续时间上优势穗库和弱势穗库存在着明显的差异，无论单育型或多育型玉米第1果穗进入该期的时间早、，且持续时间长，在穗长、穗鲜重、穗体积的增长上，单育型杂交种第1果穗比第2、第3果穗也具有明显的优势，而半多育型品种各穗库间在穗分化阶段这3个指标上虽有差异，但差异均小于单育型杂交种。研究还表明IAA，GA3和ABA在库位优势穗库发育的不同步性中起着重要的调节作用，在穗库生长发育进程中优势穗库IAA`GA3捻明显高于势穗库，而ABA含量的变化正好与此相反应激素间的平衡在穗库发育中起着重要的调节作用，优势穗库具有较高的IAA／ABA和GA3／ABA值。由此认为，玉米穗库间竞争能力的大小或最终能否成穗与其穗分化阶段所奠定的生长发育基础的内源激素水平（尤其是IAA）及内源激素平衡有关。     

玉米抗穗腐病研究进展

玉米是世界上最重要的农作物之一,中国玉米总产量占全国所有谷物产量的38.12%。穗腐病是玉米生产中的重要病害,在降低玉米产量和品质的同时,产生的毒素也危害人畜安全。抗性品种的选育和利用是控制玉米穗腐病的经济、安全和有效措施。目前,国内外对玉米穗腐病的致病菌进行了较为详细的研究,鉴定出40余种病原真菌,其中拟轮枝镰孢、禾谷镰孢和黄曲霉引起的穗腐病发生普遍,危害最为严重。建立了4种玉米抗穗腐病鉴定的方法,即双牙签接种法、花丝喷雾法、花丝通道注射法和针刺果穗注射法,从数千份玉米种质资源中筛选出一批抗拟轮枝镰孢、禾谷镰孢或黄曲霉穗腐病的材料。明确了玉米抗穗腐病的物理与生化机制,主要表现为抗侵染和抗扩散两个方面。对部分材料进行了抗性遗传分析和抗性基因QTL定位研究,在玉米1-8号染色体上检测到60余个抗黄曲霉侵染或抑制黄曲霉毒素积累的QTL;定位了55个抗拟轮枝镰孢穗腐病、29个抗禾谷镰孢穗腐病、16个抗伏马毒素和DON毒素的QTL,并通过meta-QTL分析获得了数个能稳定表达且贡献率较大的QTL位点。创制了10余份抗穗腐病种质,育成了少数对穗腐病具有较好抗性的玉米新品种。尽管如此,抗性研究和抗病育种成果用于生产实践的事例仍很少,生产上缺乏抗穗腐病且高产优质的玉米品种。本文从玉米穗腐病病原类型、抗性种质筛选与评价、抗性遗传及抗性基因的发掘与分子定位、抗性机制、抗病品种的选育等方面对国内外玉米抗穗腐病研究进行了综述,并对今后的相关研究进行了展望,以期对促进玉米抗穗腐病研究有所裨益。     

基于F1群体的玉米株高与穗位高的全基因组关联分析

株高、穗位高是影响玉米耐密性的重要株型性状，明确玉米株高、穗位高的遗传基础有利于株型改良。基于NCⅡ遗传交配设计，以陕A群和陕B群选育的85个自交系组配的246份F₁群体为材料，进行株型表型评价，同时结合55 951个高质量SNPs标记，对株高、穗位高以及穗位系数进行全基因组关联分析。结果表明：株高、穗位高、穗位系数的遗传力分别为77.68%、77.04%、73.78%，且三者之间存在显著正相关。同时，通过全基因组关联分析检测到7、5、4个SNP与株高、穗位高和穗位系数显著相关，解释1.47%~ 25.27%表型变异。通过候选基因功能注释，共筛选到10个候选基因，涉及植物的生长发育、生物合成、响应非生物胁迫等过程，针对3个共定位区间和热点区间锚定 plt1、 atp2、 ZC3H46、 emp21等为候选基因。可见，通过株型表型鉴定及相关基因的挖掘，可为陕A群和陕B群两个玉米群体的株型改良提供理论基础。