干旱胁迫下小麦颖果内源激素的变化及其与胚乳发育的关系

为探明干旱胁迫下小麦颖果内源激素与胚乳发育的关系,以小麦品种扬麦16为材料,在幼苗返青至颖果成熟阶段进行干旱处理,采用树脂切片及显微摄影等技术观察小麦颖果和胚乳细胞发育的形态结构特征,并通过酶联免疫吸附法测定颖果生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA_3、GA_4)、玉米素核苷(ZR)、二氢玉米素核苷(DHZR)的含量。结果显示,干旱胁迫缩短了小麦颖果发育进程,促进颖果早衰,导致颖果发育不良;显著降低了籽粒千粒重、可溶性糖含量和总淀粉含量,提高了蛋白质含量;促进颖果发育早期胚乳细胞分裂和淀粉积累,抑制了发育后期胚乳细胞的分裂、体积扩大和淀粉体充实,并提高了颖果整个发育过程中胚乳蛋白体的积累;提高了颖果发育前期IAA、GA_3、GA_4、ZR和DHZR的含量,ABA含量在整个发育时期均较高。说明干旱胁迫能通过影响颖果内源激素的积累来调控胚乳发育。     

玉米opaque2近等基因系中相关基因的表达量分析

Opaque2(O2)基因编码产生OPAQUE2蛋白,该蛋白为碱性亮氨酸拉链家族的一种转录因子,可作用于基因的启动区,调控基因的转录。辽2345/o2为本实验室构建的辽2345的opaque2(o2)基因回交导入系,蛋白组学分析表明,辽2345与辽2345/o2在授粉后18 d的胚乳细胞中表达蛋白的种类和数量存在很大差异,从中筛选出差异较明显的9种蛋白质。为了进一步验证O2与9种蛋白间的作用关系,应用相对荧光定量PCR的方法对9种蛋白进行了RNA水平表达量的检测。结果表明,在胚乳发育过程中Chfi很可能受到O2的抑制作用,O2很可能对Ubc、Lgl、Sdh、LOC541920、Shmt、Ppdk等基因存在某种促进或激活作用。     

玉米细胞质雄性不育与活性氧代谢的关系

对细胞质雄性不育系DT-合344、ZT-合344和保持系合344雄穗不同发育时期小花中活性氧代谢相关指标进行比较。结果表明,雄穗整个生长阶段,不育系雄穗中超氧化物阴离子(O2·)、丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)活性高于保持系。随着雄穗的发育,保持系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性和可溶性蛋白含量逐渐高于不育系,达显著水平。雄穗小孢子孕育后,不育系小花中过氧化氢(H2O2)、脯氨酸(pro)、可溶性糖含量显著低于保持系。活性氧代谢的异常与玉米细胞质雄性不育有关。     

灌溉和氮肥对普通型与奥帕克-2型玉米籽粒中赖氨酸和蛋白质含量的影响

玉米是全世界最重要的谷物和营养蛋白来源之一。但玉米蛋白质中缺少非反刍动物食料中第一限制性氨基酸——赖氨酸。将纯合的隐性突变基因奥帕克-2(以下简称O2——译者注)转育到普通玉米中,可以改进玉米胚乳蛋白质的氨基酸结构,包括赖氨酸的含量(Mertz等,1984;Nelson,1966)。     

6-BA对玉米子粒内源激素含量的影响

在授粉前喷施60 mg/L的6-BA，对玉米胚乳发育过程中主要内源激素(Z+ZR、IPA、IAA、ABA)含量的差异及其动态变化差异作了比较分析。结果表明，外源6-BA对胚乳细胞增殖的影响主要表现为加快了胚乳细胞增殖速率，提前胚乳细胞最大增殖速率出现的时间。在玉米灌浆初期，6-BA使胚乳内Z+ZR、IPA、IAA含量明显高于对照，ABA含量低于对照，可能是胚乳细胞数目增加的主要原因。     

两个玉米品种胚乳发育的比较

以农乐988和扬糯1号两个品种的玉米颖果为材料,利用树脂半薄切片、组织化学染色及生理测定等方法研究胚乳组织和细胞的发育过程。结果表明,两个玉米品种粒重及淀粉含量的变化呈S形生长曲线;可溶性糖变化呈单峰曲线,授粉后12 d含量最高;总蛋白含量在授粉后6 d较高。颖果粒重和总蛋白含量农乐988>扬糯1号;可溶性糖及淀粉含量扬糯1号>农乐988。授粉后0~2 d胚乳处在游离核期,授粉后3~5 d胚乳处在细胞化期,授粉6 d以后胚乳细胞开始分化,内胚乳细胞出现淀粉体和蛋白体。胚乳中淀粉的积累由颖果顶端向基部、由胚乳外层向中央推进。扬糯1号胚乳发育较提前,失活较晚;农乐988胚乳发育相对滞后,失活较早。玉米胚乳发育和颖果发育关系紧密,胚乳游离核期和细胞化期相当于颖果形成期,胚乳分化期相当于颖果乳熟期,胚乳成熟期相当于颖果蜡熟期与完熟期。     

黄胚乳和白胚乳玉米籽粒水分,苞叶水分及熟性的配合力

由一对简单基因(Y)控制着玉米胚乳的黄色或白色(Neuffer 等,1968)。对玉米干磨工业来说,白胚乳(yyy)玉米是极其重要的。在美国,玉米片(花)、玉米粥、粗粉和玉米粉通常都是用白胚乳玉米加工制造的。美国南部用白玉米磨制的食品比黄玉米(YYY)的更受欢迎。玉米干磨工业仅加工约2%的全国玉米产量。     

玉米子粒容重的遗传分析

采用包括基因型×环境互作效应的种子性状遗传模型,对玉米子粒容重的遗传进行了研究.结果表明:玉米子粒容重遗传表达主要受胚乳基因效应(VAe+VDe)、胚基因效应(VAo+VDo)所控制,其中三倍体胚乳基因效应占重要地位.基因型×环境互作表现为胚显性×环境(VDoE)、胚乳加性×环境(VAeE)和胚乳显性×环境(VDeE)互作.在普通遗传率中,以胚乳遗传率h2Ge为主,其余为零.在互作遗传率中,以胚乳互作遗传率h2GeE为主。     

玉米受精和早期子粒发育过程及逆境胁迫对其影响

玉米受精及子粒发育早期是决定穗粒数及粒重的重要时期,也是对环境变化相对较敏感的阶段。受精极核需要经历游离核、细胞化和细胞分化3个阶段形成胚乳,受精卵同样需要一系列的分裂分化形成最终的胚。玉米受精前极易遭受不良环境的影响,导致性器官发育不正常,影响花粉或花丝活力间接影响玉米受精过程。受精过程中的环境胁迫会通过阻碍花粉与花丝的识别、减缓花粉管在花丝中的延伸速率影响受精过程。子粒发育早期主要是受精极核分裂分化形成胚乳、受精卵分裂分化形成胚的过程,该阶段遭受环境胁迫下,胚乳细胞分裂受阻影响子粒库容。研究表明,逆境胁迫条件下,玉米的受精及子粒早期发育过程与碳水化合物的代谢以及激素的合成密切相关。     

小麦×玉米杂交与单倍体小麦植株的产生

用玉米给六倍体小麦授粉时,20-30％的小花中产生了胚、胚乳或者胚和胚乳。合子细胞分裂中期具有预期的F_1染色体组合,即21条小麦和10条玉米染色体,这便证明胚来源于种间杂交。然而,杂种在染色体组型上很不稳定,并且所有的玉米染色体在为数不多的细胞分裂的第一周期丢失而成为单倍体小麦胚。发生受精作用的多数小花仅有一个保留着未受精极核的胚,胚乳发育往往很不正常。也许因为缺少足够的胚乳,对小麦×玉米的杂种胚采取常规的胚营救法很难发育成植株。如果把含有异花授粉小花的小穗在授粉2天后离体培养三周,有生活力的胚发育成单倍体小麦植株的频率较高(超过100倍)。玉米能影响在Kr可交配性位点载有显性等位基因小麦的受精,通常会降低小麦和异源物种间的杂交受精率,并且获得中国春(Hope 5A) (kr1,Kr2)和HopPe(Kr1,Kr2)以及中国春(kr1,kr2)的加倍了的单倍体种子。小麦×玉米杂交可用于产生小麦单倍体,并且也能使玉米的DNA转移到小麦中。     

玉米品质相关的opaque基因研究进展

玉米中的opaque突变体改变了胚乳的蛋白特性,导致胚乳表现柔软且不透明的粉质状。粉质胚乳的高赖氨酸营养特性引起人们的极大关注,研究人员先后发现了13个opaque胚乳突变体,只有o2的分子机理研究较为清楚,对提高赖氨酸含量的作用最大。为了研究胚乳中储藏物质合成、装配、转运的调控机理,从而将这些有益突变基因应用于农业生产,研究人员继而发现了多个胚乳修饰的主效位点及基因(Opm)。本文综述玉米opaque突变体及相关基因的研究进展,对当前育种中利用该类基因培育优质蛋白玉米(QPM)的研究状况进行分析,为高赖氨酸玉米的分子标记辅助选择(MAS)和基因聚合育种提供参考。     

玉米O2和Wx基因内及O16基因连锁SSR位点的等位变异研究

以13个o2o2基因型的高赖氨酸玉米自交系、3个o16o16基因型的高赖氨酸玉米自交系、13个wxwx基因型的糯玉米自交系和8个普通玉米自交系为材料，用3个o2基因内SSR标记(umc1066、phi057和phil12)、2个与o16基因连锁的SSR标记(umc1141和umc1121)和2个wx基因内SSR标记(phi027和phi061)检测上述材料的基因组DNA，了解3个基因内共7个SSR位点的等位变异情况。结果表明，7个SSR位点均有丰富的等位变异，这些变异可导致o2o2与O2O2基因型、o16o16与O16O16基因型间子粒赖氨酸含量的差异以及wxwx与WxWx基因型间糯性的差异。     

小麦乙烯响应转录因子基因 wfzp突变体颖果发育的研究

小麦WFZP基因编码的乙烯响应因子是植物中特有的转录因子，参与果实成熟、花叶器官衰老、脱落和种子发育等过程。为探明 wfzp基因突变对小麦颖果发育的影响，以甲基磺酸乙酯诱变的两个 wfzp基因突变体（ wfzp1和 wfzp2）和野生型小麦品种济麦22为材料，运用树脂超薄切片和显微观察技术观察小麦WFZP基因突变体颖果的形态结构发育特征。结果显示， wfzp突变体颖果发育有如下特征：（1）在颖果发育早期，两个突变体的外果皮发育进程较快，中果皮降解时间提前； wfzp1内果皮管细胞消失较快，与 wfzp1突变体相比， wfzp2突变体的管细胞发育缓慢；（2）两个突变体胚乳细胞的分化和发育明显较快，细胞中淀粉和蛋白体的积累量明显增多，细胞的充实度高，尤其在 wfzp2突变体中表现较为明显；（3）两个突变体胚乳传递细胞与糊粉层传递细胞的生长分化进程加快。研究结果为进一步探究乙烯响应转录因子调控小麦颖果发育提供了形态学参考。     

玉米胚乳突变体Wrk1基因定位及候选基因预测

Wrkl是在EMS诱导群体中分离得到的玉米胚乳显性突变基因.Wrk1突变体玉米胚乳严重皱缩,导致玉米子粒的千粒重降低30％～50％.研究利用B73为回交亲本构建BC1分离群体,通过9 800个单株把Wrk1基因定位在开发的SSR标记Mssr1824和Mssr2042之间,二者之间的物理距离约1.2 Mb.在此基础上,另外构建一个以M017为回交亲本的BC1群体,通过11280个单株把Wrk1基因定位在开发的SSR标记Mssr1916.2和Mssr1838之间,二者之间的物理距离约185 kb.通过基因预测和注释,发现在该区域内有7个候选基因,为Wrk1基因的最终克隆奠定了基础.     

Effects of endosperm texture and cooking conditions on the in vitro starch digestibility of sorghum and maize flours

The effects of endosperm vitreousness, cooking time and temperature on sorghum and maize starch digestion in vitro were studied using floury and vitreous endosperm flours. Starch digestion was significantly higher in floury sorghum endosperm than vitreous endosperm, but similar floury and vitreous endosperm of maize. Cooking with 2-mercaptoethanol increased starch digestion in both sorghum and maize, but more with sorghum, and more with vitreous endosperm flours. Increasing cooking time progressively reduced starch digestion in vitreous sorghum endosperm but improved digestibility in the other flours. Pressure-cooking increased starch digestion in all flours, but markedly more in vitreous sorghum flour; probably through physical disruption of the protein matrix enveloping the starch. Irrespective of vitreousness or cooking condition, the alpha-amylase kinetic constant (k) for both sorghum and maize flours remained similar, indicating that differences in their starch digestion were due to factors extrinsic to the starches. SDS-PAGE indicated that the higher proportion of disulphide bond-cross-linked prolamin proteins and more extensive polymerisation of the prolamins on cooking, resulting in polymers of M_r>100k, were responsible for the lower starch digestibility of the vitreous sorghum endosperm flour.     

玉米BURP家族基因的鉴定和分析

利用玉米基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定玉米BURP家族基因的全序列、定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析,利用玉米高通量芯片表达数据进行组织表达谱分析。结果表明,玉米基因组中含有10个BURP家族基因,分布于玉米的5条染色体上,该10个基因通过选择性剪切编码14个BURP蛋白。启动子分析表明,大部分BURP家族基因的启动子区均含有逆境应答及花粉和种子发育顺式作用元件。各个发育阶段中,多数成员在生殖器官及营养器官中均有较高的表达量,只有ZmBURP3仅在营养器官根、茎、叶中高表达,ZmBURP2仅在生殖器官雄蕊和花粉中高量表达。实时荧光定量PCR结果表明,ZmBURP3、ZmBURP4基因受PEG和NaCl胁迫处理诱导不同程度上调表达。     

Effects of Popping on the Endosperm Cell Walls of Sorghum and Maize

The structure of the vitreous endosperm of raw and popped grains of popcorn maize and sorghum has been examined by light and scanning electron microscopy. In both cereals, popping produces everted grains consisting of expanded endosperm foam attached to the pericarp and embryo tissue. As previously reported, each bubble of the foam is formed from an individual starch granule inflated by internal steam pressure. Large fissures may contribute significantly to the expansion of the endosperm foam. The cell walls of the vitreous endosperm of both cereals are shattered into small fragments, which separate slightly as the cell contents expand during popping. Despite this, the endosperm cells retain their polygonal outline. Intact cell walls of raw endosperm, wall fragments from popped endosperm foam, and fragments isolated after treatment of the foam withalpha -amylase, were visualised through the autofluorescence of their ferulic acid content. The in vitro digestibility of popped sorghum was unchanged compared to raw sorghum, whereas that of wet-cooked sorghum was greatly reduced. It is suggested that popping-induced wall fragmentation improves the accessibility of the protein and starch reserves of the endosperm to digestive enzymes.     

MAPK级联在玉米抗病反应和植保素代谢调控中的作用分析

利用MAPK级联抑制剂U0126和PD98059特异抑制MAPK信号传递途径后,使用禾谷镰刀菌侵染或脱落酸(ABA)处理玉米自交系Mo17幼苗,利用qRT-PCR分析植保素关键基因表达情况,观察MAPK级联对玉米响应禾谷镰刀菌侵染的情况。结果表明,抑制MAPK级联后,玉米叶片对禾谷镰刀菌侵染更加敏感,发病率显著提高,禾谷镰刀菌对植保素相关基因TPS6、An2、CYP71Z18、KSL5和TPS1的诱导受到抑制,且转录因子WRKY79的表达也被抑制,说明在玉米叶片中植保素的产生受MAPK级联的调控。玉米根系在MAPK级联被抑制后,ABA对这些基因表达的诱导同样受到抑制。说明MAPK级联参与植物抗病反应,在玉米叶片和根部MAPK级联可能通过调控转录因子ZmWRKY79参与对植保素代谢的调控,为玉米抗病反应机理研究提供理论依据。     

Opaque2基因对糯玉米子粒品质的影响分析

玉米Opaque2(O2)基因突变显著影响子粒胚乳中蛋白体形成、淀粉含量、氨基酸组成等,其中,赖氨酸含量提高使营养品质大幅度提升。通过回交转育的方法构建17份糯玉米o2近等基因系,对子粒表型、种皮厚度、百粒重和粗淀粉含量等性状分析。结果表明,与对照相比,16个近等基因系子粒明显皱缩、胚乳变为粉质,6个近等基因系种皮厚度增加,11个近等基因系百粒重显著降低,12个近等基因系子粒粗淀粉含量显著降低。由此表明,o2基因的导入对糯玉米子粒表型、产量、淀粉含量等主要起负调控作用,影响程度与导入背景密切相关。