Rice Heavy Metal P-type ATPase OsHMA6 Is Likely a Copper Efflux Protein

P_(1B)-type heavy metal ATPases(HMAs) are transmembrane metal-transporting proteins that play a key role in metal homeostasis. We here reported the characterization of rice OsHMA6, a member of the P_(1B)-type ATPase family. Phylogenetic tree analysis showed that Os HMA6 belonged to the Cu/Ag subgroup of the HMA family and had a close evolutionary relationship with OsHMA9. Amino acid sequence alignment showed 82.78% consistency between OsHMA6 and OsHMA9. OsHMA6 expressed in all organs at different growth stages, including spikelet, and abundant in leaf blades, however, OsHMA9 most strongly expressed in roots, but very low in spikelet. Excessive Cu~(2+) can up-regulate the expression of OsHMA6 and OsHMA9 in rice seedlings. The heterologous expression in yeast showed that OsHMA6 can significantly rescue the growth of yeast strain CM52 when supplied with 3 or 6 mmol/L Cu~(2+). Compared with the empty vector pYES2, the Cu concentration in OsHMA6-pYES2 decreased by 23.4% and 30.3% under 3 or 6 mmol/L Cu~(2+), respectively. Subcellular localization revealed that OsHMA6 was located in the plasma membrane. These results suggested that OsHMA6, similar to OsHMA9, is likely a copper efflux protein located in the plasma membrane.     

玉米CLC家族基因差异表达及其与NO3-、Cl-吸收之间的关系

通过对CLC基因家族7个基因的蛋白序列比对,发现他们具有比较高的同源性,在玉米苗期用KNO3、Na Cl、PEG对其进行处理,分别在处理1、4、8、16、24、36 h后检测其体内NO3-、Cl-的浓度,同时取上述几个时间段处理的玉米根和叶,用q PCR检测CLC家族基因的表达量,研究玉米硝态氮吸收与CLC基因表达量之间的关系。结果表明,综合玉米中NO3-、Cl-的变化与CLC家族基因表达量的变化,明确在KNO3、Na Cl、PEG处理下CLC家族基因表达量变化的规律,BT066984.1、GQ412103.1、NM001176231.1和NM001136935.2这4个基因对硝酸盐的响应明显,很可能具有运输硝酸盐的作用。     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具，对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明，共鉴定得到23个玉米CYP基因，这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明，23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支，玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明，处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象，说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析，结合蛋白多序列比对后发现，只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明，ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现，部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导，表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

玉米低钾耐性性状的主基因+多基因遗传分析

应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法,以玉米缺钾症状叶片数为指标,对1个耐低钾玉米自交系T和2个低钾敏感玉米自交系S1和S2配制成的2个组合的P1、P2、F1、B1、B2和F2世代进行遗传分析,研究明确玉米耐低钾性状的遗传机制。结果表明,玉米低钾耐性遗传在2个组合中都由1对加性+加性-显性多基因控制;主基因遗传率(F2)平均为60.43%,多基因遗传率(F2)平均为15.35%;T×S1组合的遗传变异占表型变异值为80.20%,T×S2组合的遗传变异占表型变异值为71.35%,表明耐低钾性状以主基因遗传为主。育种应用上可以在低世代进行这一目标性状的选择。     

玉米TCP家族基因的表达分析

植物所特有的TCP(Teosinte branched1/Cincinnata/Proliferating cell factor)转录因子在器官三维形态发育过程中发挥重要作用.对玉米、水稻、高粱、拟南芥和杨树中的131个TCP基因进行系统进化树构建,可分为5个分支,ClassI包含两个分支A和B,Class Ⅱ包含3...     

The influence of milling on the nutritive value of flour from cereal grains. 7. Vitamins and tryptophan

Rye, wheat, barley, rice, maize and sorghum were milled into more or less refined fractions, and the content of thiamin, riboflavin, vitamin B₆, folate, biotin, niacin and tryptophan were determined. Differences in vitamin content between the different cereal grains were rather small. Refining resulted in marked losses of all vitamins studied. On average, 70%–80% of the vitamins were lost during the milling process. The lowest vitamin content was found in highly refined rice, containing only about 5% of the folate and 10% of the niacin present in brown rice. Maize had a low content of tryptophan, and the concentration was greatly reduced by degerming. For the other cereal grains, milling had only a slight effect on tryptophan concentrations.     

玉米纹枯病抗性的主基因+多基因混合遗传分析

利用自交系CML429(高抗)、CI23(中抗)、DM9(高感)和478(高感)组配得到6对正反交组合以及抗感组合CML429×DM9的P₁(CML429)、P₂(DM9)、B₁、B₂、F₁和 F₂ 6个世代材料进行玉米纹枯病抗性鉴定,研究分析这些抗感组合的抗性遗传特性。结果表明：玉米纹枯病抗性基本不存在胞质效应,抗性遗传符合两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因遗传模型;主基因间表现为加性-显性-上位性作用,两对主基因的加性效应分别为-1.228 4和-1.228 4,显性效应分别为-0.206 5和-0.206 3,其遗传效应值大小基本相同,且两对主基因间的加性效应与显性效应互作的上位性效应也相差不多,分别为0.293 1和0.293 5,两对主基因的遗传效应基本相同。抗感组合不同世代中F₂的主基因遗传率最高(70.22%);多基因遗传率在B₂最高(10.17%)。因此,在F₂的选择效率最高。     

玉米茎秆抗倒伏相关性状的遗传效应分析

利用主基因+多基因混合遗传多世代联合分析的方法,对玉米自交系K12和A7110组配的正反交组合进行6个世代(P1、P2、F1、B1、B2、F2)联合分析。结果表明,茎粗正交组合中的最适模型为D-1模型(1对加性-显性主基因+加性-显性多基因),茎粗的反交组合的最适模型均为E-1模型(2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因),茎粗在正交组合中表现出基因的加性效应大于显性效应。反交组合中主基因互作效应较高,正反交组合中,多基因的遗传率大于主基因的遗传率,在B2、F2代达到最大值,分别达到78.74%、71.22%。抗推力的正反交组合最适模型为C模型(加性—显性—上位性多基因),正交组合中回交世代多基因遗传率较低,分别为6.22%和19.94%;反交组合中回交世代多基因遗传率较高,分别为68.81%和52.78%。在玉米育种过程中,以多基因遗传为主控制的性状,在遗传率较高的世代进行轮回选择的方法富集目的基因,有利于提高育种效率。     

玉米穗上叶与主茎夹角性状的数量遗传研究

以两个株型不同的玉米自交系自330和PH4CV构成的6世代群体为试验材料,利用量角器测定玉米穗上叶基部与主茎自然夹角角度。通过P1、P2、F1、F2、B1和B26个世代联合分析法,研究玉米穗上叶与主茎夹角性状的基因遗传分离规律。结果表明,该性状在F2分离世代群体呈多峰分布,B1和B2群体分离世代呈双峰分布,说明玉米穗上叶与主茎夹角性状遗传由多基因数量性状控制,且符合一对加-显主基因+加-显-上位性多基因遗传模型(即D模型),主基因遗传率为27.55%～52.60%,多基因遗传率为47.40%～72.45%,两者在后代遗传方面都具有重要作用。     

玉米粒深性状的数量遗传分析

以两个粒深不同的玉米自交系PHBIM和丹340构成的P₁、F₁、P₂、B₁、B₂和F₂ 6个世代群体为材料,运用主基因与多基因遗传分析方法,研究玉米粒深性状主基因+多基因遗传规律。结果表明,该性状在B₁分离世代群体呈双峰分布,B₂和F₂分离世代群体呈多峰分布,说明玉米粒深性状属于数量性状,由主基因和多基因控制,且符合两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型（即E-1-0模型）,主基因遗传率为56.16%～62.46%,多基因遗传率为11.72%～16.24%,主基因作用对后代遗传方面影响较大。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

Stalk strength and reaction to infection by Macrophomina phaseolina of brown midrib maize (Zea mays) and sorghum (Sorghum bicolor)

Reduced lignin concentration in brown mid-rib mutants in both maize and sorghum have resulted in improved dry matter digestibility, increased milk yield and higher energy in lactating cows. However, the mutations were not widely deployed due to concern that reduced lignin concentration might increase vulnerability to lodging and stalk rot incidence. The objective of this study was to determine the effects of the mutations on stalk strength and stalk rot resistance in both sorghum and maize. Six brown midrib (bmr) sorghum, four brown midrib (bm) maize, and their normal isolines were evaluated for stalk strength and stalk rot disease reaction at two locations in four replications. Three randomly selected plants in each plot were inoculated with Macrophomina phaseolina at 14 d after flowering by using the toothpick inoculation technique. On 28 d after inoculation, the plants were rated for disease severity by measuring the length of necrotic lesions in the stalks. Stalk strength was determined from another three random plants in each plot by using a rind penetrometer. The mutations had no effect on stalk rot disease severity in either sorghum or maize though stalks strength was markedly affected by the mutations in both species. While maize bm entries broke easily in response to mild mechanical stress, bmr sorghums did not exhibit sign of stalk collapse in all backgrounds. The result suggests that the bmr genes in both maize and sorghum can be deployed without incurring losses to stalk rot disease.     

高粱高效Ubiquitin启动子的克隆及活性鉴定

在转基因植物的研究中，启动子是影响转基因表达效率的重要因素之一。植物泛素（ubiquitin）基因启动子以启动效率高、甲基化程度相对较低、遗传性状稳定等特点成为单子叶植物中应用较为广泛的启动子。其中，玉米的Ubi-1是最常使用的Ubiquitin启动子之一。本研究旨在克隆高粱高效Ubiquitin启动子，为高粱及其他单子叶植物的遗传转化研究提供新的组成型启动子选择。本研究从NCBI数据库中查找到多个polyubiquitin基因，下载其起始密码子上游3000 bp的序列。根据Ubiquitin启动子的特点，选择含有5′ UTR内含子且大小合适的序列，并通过在线启动子预测网站进行启动子分析，最后选择2个基因（LOC8076096、LOC8063786）进行启动子克隆，将其启动子序列分别命名为U1和U5。将这2个启动子片段PCR扩增后，连入含有GUS报告基因的植物表达载体Ubi-GUS，得到重组表达载体U1-GUS和U5-GUS。重组载体通过农杆菌介导法转化水稻和狗尾草，PCR筛选阳性转化苗，对阳性转化苗进行GUS染色分析，鉴定U1和U5的启动子活性。GUS染色观察发现，所有以U1和U5为启动子的水稻和狗尾草阳性转化苗的根、茎和叶均呈现较深的蓝色，比以玉米Ubi-1为启动子的阳性转化苗的蓝色略深，且以U5为启动子的阳性转化苗比以U1为启动子的蓝色更深，而非转基因的水稻和狗尾草小苗则完全染不上蓝色。因此，启动子U1和U5在水稻和狗尾草中均具有组成型强启动子的活性，可作为新的组成型启动子应用于高粱、水稻、狗尾草及其他单子叶植物的遗传转化研究。     

玉米雄穗抽雄至散粉间隔时间主基因+多基因遗传模型及遗传效应

以短抽雄至散粉间隔时间玉米自交系WZ08X38和长抽雄至散粉间隔时间玉米自交系BS1074杂交获得的6个世代(P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2)株系为材料,应用植物数量性状主基因+多基因遗传模型,对玉米抽雄至散粉间隔时间进行遗传分析。结果表明,春播和夏播玉米的抽雄至散粉间隔时间的最适遗传模型分别是E-0和E-3,即2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因和2对加性主基因+加性-显性多基因。春播结果中,2对主基因加性效应值均为-0.831,显性效应值分别是-0.679和-0.025,主基因遗传率在B_1、B_2和F_2中分别为40.955%、60.657%和52.325%,多基因遗传率分别为0.002%、14.298%和25.642%,环境方差占表型方差的比例分别为59.03%、25.03%和22.02%;夏播结果中,2对主基因加性效应值分别为0.180和-0.651,主基因遗传率在B_1、B_2和F_2中分别是27.295%、26.997%和39.052%,多基因遗传率分别为0.001%、0.001%和0.001%,环境方差占表型方差的比例分别为72.74%、72.95%和60.91%。     

玉米C4型PEPC蛋白的生物信息学分析

利用生物信息学分析软件对GeneBank上注册的玉米C4型PEPC蛋白质序列进行氨基酸组成成分、功能域、二级结构、疏水性、亚细胞定位、导肽及进化树分析和预测。结果表明：玉米PEPC蛋白是等电点5.77的亲水性不稳定蛋白,包含一个CYTH保守结构域,定位于细胞质中,具有中央中间代谢功能,属于连接酶类。α螺旋和不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,β折叠和伸展链散布其中;玉米PEPC与高粱、水稻等植物的PEPC亲缘关系较远,不属于同一分支。     

玉米抗病相关基因ZmEDS1的克隆及表达分析

从玉米中克隆ZmEDS1基因的cDNA序列,全长2 164 bp,开放阅读框(Open reading frame,ORF)长1 860 bp,编码619个氨基酸。生物信息学分析表明,该基因编码的蛋白等电点为6.05,分子量为68.74 kDa,内部无信号肽结构,N端有一个酯酶结构域。系统进化树分析表明,玉米ZmEDS1蛋白和高粱EDS1L蛋白的亲缘关系最近,同源性高达94%。采用实时荧光定量PCR分析病毒侵染下该基因在感性材料郑58和抗性材料D863F中的表达模式,在两种材料中,ZmEDS1基因均在病毒侵染48 h的表达量最高,分别达到0 h对照组感、抗材料的1.56、3.47倍,在抗病材料D863F中的表达水平高于感病材料郑58。初步判断,ZmEDS1基因应答病毒的侵染过程,且在感病材料和抗病材料中的响应模式存在差异。     

耐低钾玉米总根长的主基因+多基因遗传分析

应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法,研究耐低钾玉米自交系90-21-3(P1)和低钾敏感玉米自交系D937(P2)及其杂交和回交世代F1、F2、B1、B2等6个世代苗期总根长的遗传机制。结果表明,总根长受加性-显性-上位性多基因控制,在B1世代选择效率最高;对于B1、B2和F2世代,其多基因遗传率分别为70.14%、42.59%和46.48%;遗传变异占表型变异平均为53.07%,环境变异占表型变异平均为46.93%。环境对植物总根长有一定影响。     

3种炭疽菌P型ATP酶基因家族分析

P型ATP酶是一类可以被ATP驱动其发生磷酸化的阳离子泵。利用TCDB(Transporter Classification Database)网站数据库中的P型ATP酶氨基酸序列对3种炭疽菌(禾谷炭疽、希金斯炭疽、胶孢炭疽)全基因组数据库进行搜索,结合结构域分析和进化树聚类分析,共找出候选P型ATP酶基因禾谷炭疽菌26个,希金斯炭疽菌37个,胶孢炭疽菌29个。对这些候选基因进行基因功能预测发现其主要参与转运Na+/K+、Ca2+、重金属离子以及磷脂的功能。利用MEME程序分析,从3种炭疽菌中均鉴定获得20个基序,其中有6个基序相同。这为深入研究炭疽菌P型ATP酶家族基因生物学功能奠定了基础。     

小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白,在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因,对小麦该家族基因进行了系统鉴定,并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明,在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员,含有1~4个外显子,分布在除1A、5B外的19条染色体上,全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示,其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基,N端存在信号肽剪切位点,且亚细胞定位在胞外基质中,属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现,TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现,大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高,部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性,发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异,净光合速率存在显著差异,其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率,是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。     

玉米Ⅰ型二酰基转移酶基因(DGAT1)的生物信息学分析及其在非生物胁迫下的表达研究

对玉米中的两个I型DGAT基因ZmDGAT1.1和ZmDGAT1.2进行生物信息学分析。结果表明,两个玉米DGAT1基因编码的蛋白均属于膜结合的酰基转移酶类MBOAT家族,均含有多个跨膜结构域以及保守的底物结合和催化功能区。两个玉米DGAT1基因的不同组织和发育阶段表达分析显示,两者在胚乳发育期表现出高水平表达;在种子发育期表达模式完全不同,ZmDGAT1.2在种子发育既油脂合成的早期表达水平较高,ZmDGAT1.1在种子发育和油脂合成的后期表达水平更高。多种非生物胁迫处理条件下的qRT-PCR检测结果表明,两个DGAT1基因对多种非生物胁迫的响应模式也有明显差异,说明其在参与逆境胁迫响应方面发挥着不同的作用。