茶树谷胱甘肽过氧化物酶编码基因CsGPX1功能分析

为明确茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze.]谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidases,GPX)编码基因CsGPX1的功能,本文利用茶树转录组数据克隆获得CsGPX1的编码区全长序列,进行序列比对与分析,在此基础上,将CsGPX1在烟草中进行过表达获得转CsGPX1基因烟草,并比较野生型烟草与转基因烟草耐旱性的差异,验证CsGPX1功能。序列分析表明,CsGPX1编码序列(CDS)长723 bp,编码240个氨基酸。BLAST比对发现,该基因与桃树(Prunus persica)的GPX基因具有高度同源性(>85%)。CsGPX1编码的氨基酸序列具有GPX蛋白保守特征序列和区别于其他家族成员的特有的结构域——磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶(PHGPX)。干旱胁迫处理结果显示,过表达CsGPX1烟草株系抗旱性强于野生型。GPX酶活性测定结果表明,转基因植株的GPX酶活性高于野生型植株。以上研究结果表明,过表达CsGPX1可提高转基因烟草的耐旱能力,说明CsGPX1可能与茶树的耐旱性能相关。本研究为提高茶树的耐旱性能研究提供了新的理论途径,并对降低茶园管理的成本具有一定的积极意义。     

甘蓝型油菜BnKNAT2基因克隆和功能分析

为分析甘蓝型油菜中调控分生组织细胞特异分化的KNOX基因家族成员KNAT2,从品种中双11号中分离克隆了BnKNAT2基因,ORF长984bp,由5个外显子组成,该基因编码327个氨基酸残基的蛋白质,该蛋白质包含有KNOX1、KNOX2、ELK和Homeobox KN结构域,属I类KNOX蛋白。甘蓝型油菜中BnKNAT2存在4个拷贝,在主花序(原基)、授粉后7d的角果和茎中活跃表达。利用35S启动子构建了BnKNAT2的超表达载体(pD1301S-BnKNAT2)转化拟南芥野生型Col-0,21个转基因株系（T2）的叶片呈现不同程度卷曲、蜷缩以及波纹状叶缘。另外,BnKNAT2转基因株系开花期相比野生型明显推迟。     

不同种性油菜过氧化物酶同工酶分析

对6个不同种性油菜品种过氧化物酶同工酶分析结果表明:这6个品种均具有共同的4A酶带;春油莱与冬油莱酶谱不同;冬油莱中冬性油菜和半冬性油菜酶谱也有差异。     

甘蓝型油菜AnnBn1基因的克隆和表达分析

利用电子克隆和RT-PCR技术从甘蓝型油菜抗旱品系Q2中克隆了膜联蛋白(annexin)基因,命名为AnnBn1（GenBank登录号HM244482）,并对其进行了表达分析。AnnBn1的开放阅读框长度为954bp,编码317个氨基酸。序列分析显示,推测AnnBn1基因编码的氨基酸序列含有4个重复的结构域及钙离子结合位点,与拟南芥、番茄、棉花和玉米等物种的膜联蛋白具有较高的同源性。荧光定量PCR结果发现AnnBn1基因在Q2的根、茎、叶、芽等组织中均有表达,而且表达量基本相同。对3叶期幼苗进行10%PEG（聚乙二醇）溶液模拟干旱时发现,干旱胁迫后30h内,AnnBn1基因在茎、芽中的表达量升高了2～4倍,而在叶、根中显著升高了10倍以上。AnnBn1基因表达峰值也具有时空特点,干旱胁迫后20h茎和芽中表达量高,而在30h之后叶和根中表达量高。     

甘蓝型油菜BnPex16p基因cDNA的克隆与表达

利用模式植物拟南芥AtPex16p/sse1基因序列与油菜数据库BBSRC BrassicaDB比对,得到甘蓝型油菜(Brassica napus)同源EST序列,拼接出油菜Pex16p基因全长cDNA电子克隆,然后设计全长引物,以甘蓝型油菜种子cDNA为模板,克隆Pex16p基因,得到全长为1 101bp的cDNA,编码366个氨基酸的蛋白,命名为BnPex16p。BnPex16p基因序列与拟南芥AtPex16p/sse1同源,其蛋白与拟南芥同源蛋白具有完全相同的PTS2型过氧化物酶体定位肽,进化关系相近。半定量PCR(RT-PCR)发现BnPex16p基因在油菜幼嫩的根、茎、叶和种子中均有高丰度表达,在种子发育过程的中期和后期表达水平增加,暗示该基因在油脂的积累中有重要作用。     

油菜抗病毒病与过氧化物酶关系

用于叶期苗在不接种病毒条件下测试过氧化物酶同工酶结果,在相对迁移率17％—47％内,有6个位点出现酶带,抗、感病品种的酶带数量、酶带出现的位点和强弱程度有明显差别。高抗品种酶带数最多,有E_3和E_4强带,E_3为弱带;高感品种酶带数最少,缺E_6和E_4,E_3为强带;低抗和低感品种的酶带介于高抗与高感品种之间。用酶带数量和各酶带强弱程度,或用酶谱薄层扫描积分值计算距离系数,而后聚类,聚类结果与抗、感病性分组完全一致。证明抗病性与过氧化物酶同工酶有密切关系,用不接种苗酶谱测定可以代替接种鉴定和田间鉴定。     

PEG胁迫下甘蓝型油菜品种（系）种子发芽耐旱性鉴定

以10%（w/v）PEG6000做渗透介质模拟干旱条件,对不同来源的甘蓝型油菜(Brassica napus L.)品种（系）进行干旱胁迫下种子发芽鉴定,分析油菜种子发芽耐旱性的遗传多样性。结果表明：干旱胁迫下,部分材料处理与对照的发芽性状有显著性差异,81个甘蓝型油菜材料的平均苗高处理比对照低36.5％,平均鲜重处理比对照低31％,成苗率降低11.1％。甘蓝型油菜品种（系）耐旱性有较大遗传差异,幼苗活力指数的变异幅度为19％－81%,平均活力指数为55％。相关分析表明,活力指数与胁迫下的发芽性状达极显著正相关,可以作为油菜种子发芽耐旱的综合指标。根据活力指数,将81个油菜资源划分为强,中,弱三个耐旱等级,并筛选到30295,30253,中双6号,30703,30296,30290,30704,中油杂9号,德油4号等一批耐旱遗传资源。     

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT PCR验证结果与转录组数据基本一致。     

茶树CsGPX基因全基因组鉴定和表达分析

为明确茶树谷胱甘肽过氧化物酶(CsGPX)基因与非生物胁迫的关系,本研究利用生物信息学手段在茶树基因组中筛选得到3条CsGPX基因,对其编码蛋白理化性质、基因结构、系统进化树、顺式作用元件进行了分析。结果表明,CsGPX包含完整GPX结构域和3段保守序列,都具6个外显子。预测启动子上有参与植物激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件。使用实时荧光定量PCR测定该基因的表达谱,发现它们在不同组织中的表达有显著差异。进一步分析表明,CsGPX被低温、ABA、盐以及干旱处理上调表达,但CsGPX2和CsGPX3的表达受低温抑制。本研究为茶树CsGPX家族基因克隆和功能验证提供基础。     

甘蓝型油菜SERK基因家族的鉴定与系统进化分析

体细胞胚胎发生类受体激酶（somatic embryogenesis receptor-like kinase,SERK）与植物体细胞胚发生,尤其是与植物非生物逆境胁迫响应有关。为鉴定甘蓝型油菜中BnaSERK基因家族成员、揭示其进化关系及其与油菜盐/旱胁迫的响应,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜品种中双11的SERK家族成员、基因结构、进化关系、选择压力等进行系统分析,并初步分析了部分BnaSERK基因在盐/旱胁迫下的表达响应模式。结果表明：在甘蓝型油菜基因组共鉴定到24个BnaSERK基因,它们不均等地分布在15条染色体上,可分为3个亚族,具有相对保守的基因结构和保守基序,且含多种与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。共线性分析表明,甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝分别有14对、44对和32对基因表现出共线性。基于比较基因组学研究,甘蓝型油菜BnaSERK基因在经历多倍体化之后,出现了不同程度的丢失现象。分析表明,BnaSERK基因家族在芸薹属物种间的进化相对保守。盐/旱胁迫下的5个BnaSERK基因在叶片中的表达模式分析结果显示,BnaA07g29610D、BnaC01g43240D、BnaCnng07810D基因在盐胁迫下表达量上调,而BnaA01g23070D、BnaA07g23390D基因则表现为下调;BnaA07g23390D、BnaA07g29610D基因在干旱胁迫下表现为上调表达,而BnaC01g43240D、BnaCnng07810D、BnaA01g23070D基因呈下调趋势。表明BnaSERK基因可能在油菜响应盐/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

磷钾肥配合施用对油菜产量及养分积累的影响

利用大田试验研究了磷肥、钾肥及其配合施用对油菜生长、产量及养分积累的影响。结果表明，在土壤既缺磷又缺钾条件下，在施用氮、硼肥基础上配施磷、钾肥，显著地促进油菜生长，油菜籽产量提高4．71倍，收获期油菜茎秆和籽粒对N、P、K养分的积累总量分别提高3.54倍、9．64倍和5．43倍。施N、B基础上单施磷肥或钾肥，其增产效果有限，甚至出现减产的现象。磷钾肥配合施用对油菜生长和产量具有明显的正交互作用，籽粒产量正交互作用达 936kg／hm^2。     

氮素对油菜角果生长及结角层结构的影响

对4个甘蓝型油菜品种在不同氮素水平下的结角情况进行了研究，结果表明，施氮使根、茎的干物质分配比例下降，叶和分枝的干物质分配比例上升，而角果的变化不大，但不同品种有差异。4个品种的单株角果数随氮肥水平的提高而不断增加，特别是从低氮到中氮水平，各产量性状指标都有显著的提高，但高氮水平下每角粒重开始下降。增施氮肥明显提高各品种下部分枝的结角起止点，并使各种结角层厚度增加。     

磷肥用量对油菜产量、养分吸收及经济效益的影响

利用大田试验研究了磷肥用量对油菜生长、产量、养分含量、养分积累及经济收益的影响.结果表明,在4个施磷水平下,蕲春和黄冈两个试验点磷肥(P2O5)用量分别为135kg/hm2和90kg/hm2时效果最好,分别提高产量148.5%和81.5%,增加纯利润2 532元/hm2和1 038元/hm2.施磷能大幅度的增加油菜分枝数、每株角果数、每角籽粒数及在一定程度上提高籽粒千粒重.施磷能不同程度地提高油菜各部位N、P、K养分含量,显著地提高油菜地上部对N、P和K的积累量.根据肥料效应方程和油菜籽及磷肥价格确定,蕲春和黄冈试验点最高产量水平时的磷肥用量分别为145.3kg/hm2和119.2kg/hm2,而最佳施磷量则分别为141.4kg/hm2和113.5kg/hm2.     

钾肥用量对油菜产量及钾素利用效率的影响

通过11个大田试验研究了钾肥用量对油菜产量、养分含量、养分累积量及钾肥利用效率的影响。结果表明,施钾（K2O）60、120和180kg/hm2与不施钾相比平均籽粒产量分别增加16.8%、21.6%和19.8%,籽粒含钾量增加2.9%、9.1%和7.8%,植株地上部钾素总累积量提高42.9%、63.0%和82.2%。说明施钾能提高油菜籽产量、提高油菜对钾素吸收和累积。油菜钾肥农学利用率、偏生产力、表观利用率和生理利用率均随钾肥用量的增加而显著下降,100kg籽粒需钾量随钾肥用量的增加而增加。综合结果表明,湖北省油菜钾肥高产高效生产的适宜推荐范围为60~120kg K2O/hm2。     

氮肥用量对油菜产量及氮素利用效率的影响

通过大田试验研究了氮肥用量对油菜产量、养分含量、养分累积量及氮肥利用效率的影响。结果表明,与不施氮相比,施氮肥75、150和225kg/hm2平均分别增产41.9%、70.3%和66.2%,籽粒含氮量分别提高9.1%、14.2%和13.1%,植株地上部氮素总累积量分别增加59.6%、111.6%和108.0%。施氮促进油菜生长发育,显著提高油菜对氮素的吸收、累积和籽粒需氮量,但氮肥农学利用率、偏生产力和表观利用率均随氮肥用量的增加显著下降。氮肥用量在150kg/hm2时,能较好地协调油菜较高产量水平与合理氮肥利用率的统一。     

磷肥用量对油菜产量及磷素利用效率的影响

通过大田试验研究磷肥用量对油菜产量、养分含量、养分累积量及磷肥利用效率的影响。结果表明,与不施磷相比,施磷肥（P2O5）37.5、75.0和112.5kg/hm2平均分别增产24.2%、42.9%和43.2%,籽粒含磷量增加10.5%、16.7%和27.1%,植株地上部磷素总累积量提高36.1%、59.1%和78.7%。施磷促进油菜生长,提高油菜对磷素的吸收和累积,显著增加百千克籽粒需磷量。但磷肥农学利用率、偏生产力、表观利用率和生理利用率均随磷肥用量的增加显著下降。磷肥用量为75.0kg/hm2时可达到油菜的高产高效生产。     

PEG模拟干旱胁迫下甘蓝型油菜的根系特性与抗旱性

采用砂培法,利用14%（m/V）聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫,研究39份甘蓝型油菜发芽期根系性状的变化及其与抗旱性的关系。结果表明,干旱胁迫对油菜根鲜重和侧根数有明显的抑制作用,而对根长和根冠比的影响较小。相关分析表明,相对侧根数与活力指数之间以及根长与活力指数之间均呈显著正相关,可作为抗旱性鉴定的辅助指标。杂交种和常规种在根系性状上差别不显著,表明其抗旱能力相当。对油菜的抗旱性进行综合评价和聚类分析发现,在欧式距离为60时39份材料可分为5个类群,其中A类抗旱性最强,平均相对侧根数77.9%,相对根长98.9%;E类抗旱性最差,平均相对侧根数69.3%,相对根长84.5%。筛选出发芽期抗旱性较强的3份材料：OR918、OR805和OR2025。       

不同施肥水平对甘蓝型黄籽油菜含油量的效应研究

采用4因素正交旋转组合设计,研究了氮、磷、钾、硼施用量对供试品种渝黄1号和GH06种子含油量的影响.结果表明:1) 氮、磷、钾、硼养分因子对含油量均有较大影响;2)施用氮肥有降低含油量的作用,而钾、硼肥有提高含油量的作用,增施磷肥在一定范围内可以提高含油量,超出适宜范围则会降低含油量; 3)氮、磷肥水平之间有较显著的互作效应,并与土壤本身的理化性状有关.     

油菜湿害及耐湿性机理研究进展

湿害威胁中国的油菜生产。本文阐述了前人关于湿害对植物生长的危害机理,概括了湿害对油菜生长的影响、油菜耐湿性的遗传多样性、油菜耐湿性形成的生理生化和遗传机理的研究进展,指出今后应重点建立油菜耐湿分子育种技术,深入研究耐湿基因网络,发现和克隆耐湿相关基因,为提高油菜的耐湿性奠定基础。     

甘蓝型油菜Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)基因的克隆与表达分析

为改良甘蓝型油菜菜籽油脂肪酸的组分,根据拟南芥Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)核酸序列特征,检索白菜全基因组SAD基因和cDNA的可能序列,通过同源序列法克隆获得6个甘蓝型油菜SAD基因。比对结果显示,这6个基因编码的氨基酸序列同源性达53.2%~96.3%。系统进化分析显示,甘蓝型油菜SAD基因与蓖麻、大豆、芝麻、葵花等6个油料作物SAD基因的序列相似性很高,甘蓝型油菜与这些高等植物的SAD基因在进化上具有较高的保守性。本文还对4个甘蓝型油菜SAD基因BnSAD1:1、BnSAD2:1、BnSAD2:2和BnSAD2:3进行了表达模式分析,发现它们在种子发育过程中表达,并且都在40d的种子中表达量达到最高值,推测这4个基因均参与了硬脂酰ACP (C18:0-ACP)脱氢生成油酰基ACP(Δ9C18:1-ACP)的过程,尤其是BnSAD2:3可能为种子特异表达基因。