寒地冬小麦TaEXPA7同源基因的遗传转化及其功能分析

膨胀素是一类具有非酶活性的细胞壁松弛蛋白,广泛参与植物生长的各个阶段,其表达受非生物胁迫如低温等调控。为了探究寒地冬小麦(Triticum aestivum)膨胀素基因 TaEXPA7-A/B/D的功能,本研究将 TaEXPA7-A/B/D三个基因分别转入拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,利用抗性筛选和PCR鉴定,分别获得了过表达 TaEXPA7-A/B/D三个基因的转基因拟南芥植株,分别观察并测定了 TaEXPA7-A/B/D三个基因对转基因拟南芥生长和低温胁迫下生理指标的影响。结果表明,转基因拟南芥的根长、侧根数目、株高、开花后2周内的花序和角果数目均显著高于野生型;4℃低温处理后,转基因植株中抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性及可溶性糖的含量相比于野生型均维持在较高的水平,且MDA的积累量较低。以上结果表明, TaEXPA7-A/B/D三个基因的过表达显著促进了转基因拟南芥的生长,并使植株在低温条件下维持更好的抗氧化和渗透调节能力。     

低温处理下东农冬麦1号小麦根组织EXPA基因的表达分析

寒地冬小麦膨胀素(Expansin)基因的表达特性同根系建成密切相关,而形成发达的根系是高寒地区冬小麦成功越冬返青的关键。为明确低温对高寒地区冬小麦膨胀素基因表达特性的影响,进而提高冬小麦对寒冷的适应性,以高抗寒冬小麦东农冬麦1号为试验材料,以正常冬小麦济麦22号为对照材料,运用实时荧光定量PCR技术对经不同低温处理的小麦幼苗根组织中编码α-expansin(EXPA)的基因TaEXPA5、TaEXPA6和TaEXPA7的表达特性进行分析。结果表明,在4℃、-10℃和-20℃低温处理下,高抗寒冬小麦东农冬麦1号中TaEXPA5、TaEXPA6和TaEXPA7基因的相对表达量与对照相比呈现显著性上升,其中,4℃处理条件下,TaEXPA6和TaEXPA7基因的相对表达量变化幅度较明显,-10℃处理条件下,TaEXPA5基因的相对表达量变化幅度较明显,-20℃处理条件下,TaEXPA5和TaEXPA7基因的相对表达量变化幅度较明显。说明低温影响小麦根组织中TaEXPA5、TaEXPA6和TaEXPA7基因的表达,三个基因与抗御低温胁迫具有相关性,并且各基因表达存在一定的协作性。     

小麦 TaWIN1基因的克隆和表达分析

14-3-3蛋白家族在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。 TaWIN1基因是小麦14-3-3基因家族成员之一,为了进一步了解该基因的功能,本研究以普通小麦中国春为材料克隆了 TaWIN1基因并进行了生物信息学分析和表达分析。结果表明, TaWIN1基因含有801 bp的开放阅读框,编码266个氨基酸,含有完整的14-3-3蛋白家族结构域;该基因的编码蛋白为酸性蛋白,不具有跨膜区,可能定位于细胞质;进化分析显示,小麦TaWIN1蛋白与大麦14-3-3E、二穗短柄草GF14-D的亲缘关系最近; TaWIN1基因在小麦不同发育时期和不同组织中均有表达,但在10 mm幼穗中的相对表达量最高,其次为苗期叶片和旗叶,在根中表达量最低;根中 TaWIN1基因在干旱、高温、低温和盐胁迫下均显著上调表达;叶片中 TaWIN1基因在干旱、低温和盐胁迫下均显著上调表达,而在高温下则显著下调表达。     

小麦抗逆相关基因 TaGB1的克隆及其表达特性分析

为了解小麦的 TaGB1基因特性、表达情况及其与双子叶植物同源基因的进化关系,以小麦品种济麦22为研究对象,采用同源克隆的方法获得小麦G蛋白β亚基编码区序列, TaGB1编码区全长1 143 bp,编码380个氨基酸,预测分子量为41 kD,基因组序列中包含6个外显子和5个内含子,分别位于小麦基因组的4A、4B、4D染色体上,不同拷贝的氨基酸同源性高达99.91%。 TaGB1基因结构中包含7个WD40保守域,表达产物位于胞质和质膜上。经系统发育进化关系分析,单子叶植物与双子叶植物的G蛋白β亚基分化形成两大分支; TaGB1在进化关系上与单子叶植物较近,而与拟南芥等双子叶植物较远。 TaGB1在ABA、盐、热和干旱胁迫条件下上调表达,植物的根、茎、叶等部位均有表达,叶片中表达量较高,说明该基因可能参与调控植物的抗逆反应。     

寒地冬小麦TaEXPB12同源基因在拟南芥中的遗传转化及功能分析

扩展蛋白（Expansin）是一类具有非水解活性的细胞壁松弛蛋白,参与调控植物的生长发育和胁迫抗性。为探究寒地冬小麦扩展蛋白基因TaEXPB12-A/B/D的功能,本研究将克隆自高抗寒冬小麦品种东农冬麦2号的TaEXPB12-A/B/D三个基因转化到拟南芥中,利用抗性筛选、PCR和Western-blot鉴定,分别获得了过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因的转基因拟南芥植株。进一步对转基因拟南芥的生长情况进行观察,并测定低温胁迫下转基因拟南芥的存活率、体内抗氧化酶活性以及丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖的含量。结果显示,过表达TaEXPB12-A/B/D三个基因可促进拟南芥根的伸长以及根毛和侧根的生长,且转基因拟南芥的叶宽、叶片数目、株高均显著高于野生型;低温处理后转基因拟南芥体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性以及可溶性糖、Pro的含量均维持在较高水平,且MDA的含量较低。以上结果表明,TaEXPB12-A/B/D三个基因的过表达显著促进了转基因拟南芥的生长,并提高了转基因植株在低温胁迫下的存活率。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

普通小麦 TaCAT 9基因的克隆与表达分析

氨基酸转运蛋白是植物体内一类负责氨基酸运输的蛋白,是植物氮代谢的重要媒介。CAT9（阳离子氨基酸转运蛋白9）是氨基酸转运蛋白家族的一员,为深入了解小麦中该基因的序列特征及表达特性,采用同源克隆的方法从普通小麦品种豫麦49-198中获得TaCAT9两个部分同源基因的cDNA序列。因两基因分别位于小麦6 A和6 B染色体长臂上,故分别命名为TaCAT9-A和TaCAT9-B。生物信息学分析结果表明,两个TaCAT9基因的CDS长度均为1 818 bp,编码605个氨基酸;它们的编码蛋白等电点分别为8.23和8.27,分子量分别为64.04 kDa和64.08 kDa,属于疏水稳定蛋白。并且两蛋白均含有阳离子氨基酸转运蛋白的C末端和13个跨膜区。进化分析结果表明,小麦CAT9蛋白与乌拉尔图小麦和山羊草的CAT9蛋白亲缘关系密切。实时荧光定量反转录PCR结果表明,TaCAT9基因在根、茎、叶和籽粒中都有表达,但在叶中的表达量最高;在氮饥饿条件下,该基因的表达上调,推测该基因参与小麦低氮胁迫应答。     

小麦microRNA167e的特征及表达模式分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在植物发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的小RNA,为了探讨miR167e在小麦中的生物学功能,以小麦品种中国春、豫麦18和矮抗58为材料,利用RT-PCR技术克隆了小麦miR167家族基因新成员 MIR167e,并采用qRT-PCR技术分析了其时空表达特性及其对渗透胁迫的响应模式。结果将小麦 MIR167e基因定位在第5同源群染色体的短臂上,将该基因A、B和D基因组的三个部分同源基因分别命名为 TaMIR167e-5AS、 TaMIR167e-5BS和 TaMIR167e-5DS。序列分析显示,该miRNA前体区域在所检测品种间高度保守,3个部分同源基因间仅存在SNP差异,在成熟tae-miR167e对应区域完全一致。时空表达特性分析显示,tae-miR167e在籽粒发育过程中表达呈上调趋势,在不同组织间的表达差异较大,其中在3叶期,叶片和根系中表达量较高,种子中次之,穗下节中表达量最低;在干旱胁迫条件下,该miRNA受胁迫诱导而上调表达,与中国春相比,矮抗58根系中该miRNA的诱导表达启动更快,在叶片中的表达水平更高;在盐胁迫条件下,该miRNA在根系中呈下调表达趋势,而在叶片中上调表达。推测tae-miR167e在小麦发育调控和渗透胁迫响应过程中发挥重要功能。     

玉米ZmSAMS1基因在盐、干旱等逆境胁迫下的表达分析

采用Northern杂交对玉米S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因ZmSAMS1在玉米幼苗期根、茎、叶中的表达及盐胁迫下外施不同甲基供体试剂处理下的表达进行分析。结果表明,ZmSAMS1在根、茎中均有表达,叶中信号较弱;盐胁迫外施甜菜碱、氯化胆碱、叶酸条件下该基因表达量不同,推测ZmSAMS1可能参与盐胁迫下玉米根茎木质化和栓质化过程。荧光实时定量PCR分析表明,ZmSAMS1在干旱和高温胁迫下表达量上调幅度较大,在盐、低温和ABA胁迫下表达量上调或下调幅度较小,揭示ZmSAMS1可能参与干旱、高温等逆境胁迫应答。     

小麦TaNIP4-1基因的克隆及生物信息学分析

水通道蛋白不仅控制着水分和一些小分子溶质的跨膜运输,也是植物体应对非生物胁迫的重要组成部分。为了进一步研究小麦水通道蛋白的功能,本研究以NCBI和Ensemble Plant数据库中查找出的已报道的小麦水通道蛋白基因序列为模板,针对其保守区设计了19对引物,应用PCR的方法从5个小麦品种中克隆出19个基因片段。通过比对鉴定到一个此前未曾报道的新基因,并对其进行生物信息学分析,将其命名为TaNIP4-1。理化特性分析表明,该基因位于3A染色体短臂,基因全长1 315bp,CDS序列长度864bp,含有3个外显子和2个内含子,编码含有288个氨基酸的多肽,含有保守的沙漏模型,有6个跨膜区和2个保守的NPA基序。亚细胞定位预测结果表明该基因位于质膜上。该基因启动子序列含有与逆境响应相关的顺式调控元件,而对7日龄的麦苗进行干旱和盐胁迫处理后,其qRT-PCR结果显示,干旱和盐处理5h后,TaNIP4-1基因在小麦叶片中的表达量明显上调;盐处理7d后,TaNIP4-1基因在小麦根部的表达量显著上调。由此可见,TaNIP4-1基因参与了小麦应对逆境的过程。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

小麦BES1转录因子基因 TaBEH3的克隆及表达分析

BES1(油菜素内酯不敏感1-甲磺酸乙酯-抑制剂1)是一类植物特有的转录因子家族, TaBEH3基因是小麦 BES1基因家族成员之一,为进一步了解该基因的功能,以中国春为材料,克隆了 TaBEH3基因,将其3个同源基因分别命名为 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D。序列分析显示,3个同源基因均包含2个外显子,分别编码356、354和358个氨基酸,启动子区含有大量与植物生长发育、激素响应相关的顺式作用元件,其中,分生组织表达元件（CAT-box）和脱落酸响应元件（ABRE）在3个基因中普遍存在。系统进化树分析显示, TaBEH3基因在麦类作物中具有更近的亲缘关系。基于qRT-PCR进行的时空表达分析显示, TaBEH3基因在不同组织和不同器官间均有组成性表达,表明 TaBEH3基因在植物生长发育（特别是花器官的发育和形成）过程中具有重要的作用。 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D基因响应ABA激素胁迫处理,且3个基因的表达量变化趋势一致。     

小麦LACS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

长链酰基辅酶A合成酶(long-chain acyl-coenzymeA synthetase, LACS)在脂肪酸代谢、角质层角质和蜡的合成中发挥着重要作用。为研究小麦中LACS基因的特征,以中国春为材料,进行全基因组鉴定和分析。结果共鉴定出148个小麦LACS基因(TaLACS),不均匀分布于21条染色体上,且有成簇分布的现象,编码蛋白大部分为中性、亲水的水溶性蛋白,性质稳定。系统进化分析结果显示,148个TaLACS基因聚为6组,有55对旁系同源基因。表达谱分析表明,TaLACS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,说明TaLACS基因具有组织特异性,在抗低温、干旱和赤霉病过程中TaLACS基因发挥重要作用。该家族中含有响应低温、干旱和脱落酸元件的基因分别占34.9%、46.0%和85.8%,揭示TaLACS基因参与生物胁迫和非生物胁迫过程。     

小麦次生根数相关分子标记的挖掘

为了给小麦根系性状的遗传改良提供参考依据,以196份小麦自然群体为材料,于2013年拔节期和2014年越冬前、拔节期统计其次生根数,利用185对SSR标记对其进行基因型分析,采用TASSLE软件的GLM和MLM模型进行标记与性状的关联分析。结果表明,两种模型共同关联到32个显著标记位点,分布于14条染色体上。其中Barc81(1BL)、Wmc617(4DS)和Gwm190(5DS)在不同环境下表现稳定,且前人未曾报道。进一步对稳定位点进行有利等位变异分析,共挖掘出3个有利等位变异,其中Barc81-A180增效效应最大,同时鉴定出烟农24、烟农2415及冀麦34等20份材料携带有利等位变异。     

不同供磷水平对小麦苗期干旱胁迫适应性的影响

为探讨不同磷供应水平下小麦应对干旱胁迫的适应性机制,选用新疆冬小麦主栽品种新冬20号为供试材料,在正常磷(CP:1.0 mmol·L^-1)和低磷(LP:0.05 mmol·L^-1)两种水平下进行水培试验,并施加15%聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,分别测定干旱胁迫0、3、5、7 d及复水3 d的幼苗相关生理生化指标、干旱7 d及复水3 d的离子组变化,并通过芯片检测干旱7 d后根系中相关基因表达水平。结果表明,与CP相比,LP对小麦植株干重产生抑制作用,且对地上部的影响大于根系;LP对总根长、总根表面积和总根体积有较好的促进作用。干旱胁迫后LP对根系相关生长指标的影响表现为先抑后促;复水后LP下植株的恢复能力更强。LP对根系丙二醛(MDA)、植株可溶性糖和含水量也有抑制作用;但干旱胁迫后,与同时期CP相比,LP对小麦地上部MDA含量、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性和含水量以及根系POD活性均有促进作用。与CP相比,LP处理中根系和地上部矿质元素含量均大部分下降。通过芯片检测,干旱胁迫7 d后,与CP...     

小麦品种抗旱性与深根性和深层根系活性的关系

为明确小麦根系垂直生长与抗旱能力的关系,以不同抗旱类型品种洛旱6号、西农979和郑麦366为材料,在柱栽条件下研究了不同生育时期最大根深、根干重垂直分布、根系活性垂直变化等性状。结果表明,本试验条件下,小麦根深在挑旗期达最大值,越冬至挑旗期间根系生长速度快。挑旗期和抽穗期不同抗旱类型品种间根深差异显著,其中抗旱性强的品种最大根深较大;与抗旱性弱的品种相比,抗旱性强的品种总根干重和深层根干重小,根系生理活性强。籽粒灌浆期表现为抗旱性越强,深层根系生理活性越强。据此认为,抗旱性强的小麦品种未必具有较大的根干重或深层根干重,但其根系下扎深且深层根系生理活性较强,尤其是生育后期的根系生理活性强。     

黄淮麦区部分小麦和国外引进小麦GS2等位基因的检测及其与农艺性状的关联分析

为明确黄淮麦区TaGS2等位基因的分布状况及其与主要农艺性状的关系,对黄淮麦区2008年之前育成的种质材料、新育成的品种(系)及国外引进材料,用TaGS2-A1、TaGS2-B1和TaGS2-D1等功能标记鉴定对应的基因,并结合相关农艺性状发掘优势单倍型。结果表明,黄淮麦区2008年之前育成的种质材料和新育成品种(系)中TaGS2等位基因分布频率存在一定的差异;TaGS2-A1b、TaGS2-B1b和TaGS2-D1a是优势TaGS2等位基因,TaGS2-A1b在小麦抽穗期、株高和小穗数的改良上是优势单倍型,但在新育成的品种(系)中有下降的趋势,TaGS2-D1a能够显著增加小穗数、穗粒数和穗粒重,在各类材料中的比例都较高;TaGS2-B1b是提高千粒重的优势单倍型。因此,在黄淮麦区小麦穗部性状改良中TaGS2-B1b和TaGS2-D1a的作用显著,尤其是TaGS2-D1a,同时黄淮麦区种植小麦遗传多样性在减少,一些优势单倍型未受到重视,应对地方品种和一些国外引进材料加以利用。     

大麦 PHT1基因家族的鉴定及表达特性分析

植物磷转运蛋白1(phosphase transporter protein 1,PHT1)家族在植物磷吸收和转运中发挥着重要作用。为研究大麦 PHT1基因家族成员的特性,利用生物信息学方法在全基因组范围内对大麦 PHT1家族成员进行鉴定,结果共鉴定到14个大麦 PHT1（ HvPT1～ HvPT14）基因,分布在2H、4H、5H和7H染色体上。根据系统发育关系、基因结构和保守蛋白基序,可将14个大麦 PHT1基因分为3个亚群。基于RNA seq数据对大麦品种GN121(磷高效基因型)根和叶片中12个 PHT1基因的表达模式进行分析,发现在低磷胁迫处理下,根中 HvPT1、 HvPT7、 HvPT10和 HvPT12基因以及叶片中 HvPT13基因均上调表达。进一步利用荧光定量PCR技术对大麦品种GN121和GN42（磷低效基因型）根中10个 PHT1基因的表达模式进行分析,发现两个品种根中 HvPT7、 HvPT8、 HvPT10、 HvPT12和 HvPT14基因在磷恢复后第3 d的表达量均显著低于低磷处理第22 d的表达量,推测这5个基因在低磷胁迫下参与磷的吸收和转运;此外 HvPT5基因在磷恢复后第3 d的GN42根中表达量显著下降,而在GN121根中的表达量显著上升,说明 HvPT5基因的表达与品种类型有关。