小麦胚乳传递细胞发育的结构观察

为从细胞学方面了解小麦产量和品质的形成机制,以扬麦5号为材料,利用光镜和透射电镜观察了小麦颖果发育过程中胚乳传递细胞的结构变化,并探讨了胚乳传递细胞的生理功能。结果表明：（1）胚乳传递细胞是胚乳发育过程中最早分化的细胞类型,它们发生在紧邻胚乳腔的胚乳表层,由位于外侧1~2层糊粉层传递细胞和位于内侧1~2层内胚乳传递细胞构成;（2）颖果发育成熟时,内胚乳传递细胞核衰亡,糊粉层传递细胞核依然完整;（3）胚乳传递细胞发育呈明显的极性,且具时空性;（4）糊粉层传递细胞胞质较浓,富含粗面内质网、线粒体、高尔基体和脂质体;质膜皱褶,在局部区域外翻,形成众多的原生质管;（5）内胚乳传递细胞胞质较稀,液泡化程度较高,富含淀粉体;（6）胚乳传递细胞未加厚以及未形成壁内突的壁区域分布有大量的胞间连丝;（7）胚乳传递细胞中线粒体呈极性分布,即质膜附近线粒体的密度较大。根据胚乳传递细胞的结构特点推测,经胚乳传递细胞的养分输送既可通过质外体途径又可通过共质体途径来完成。     

春季低温对小麦颖果发育的影响

为了探明春季低温（倒春寒）导致小麦减产的细胞学机理，以扬麦15为材料，在小麦幼穗处于雌雄蕊分化期至药隔期之间时，设置-3 ℃低温处理，通过树脂半薄切片对颖果不同发育时期的形态结构进行观察。结果表明：（1）在颖果发育早期，低温促进了颖果的长度生长，抑制了宽度生长；与对照相比，低温处理组小麦颖果发育进程缩短；（2）低温处理组颖果果皮发育早，中果皮降解速度快；（3）低温处理增加了胚乳淀粉体的积累量，降低了蛋白体的积累量，发育后期胚乳充实度显著低于对照组；（4）与对照相比，低温处理后颖果韧皮部面积和珠心突起传递细胞面积增大。以上结果表明，春季低温处理更有利于养分运输组织的发育，使得灌浆时间缩短，最终导致淀粉积累量增加及颖果早熟。     

小麦DNA去甲基化酶基因全基因组鉴定及其在籽粒发育中的表达分析

DNA去甲基化酶（dMTase）是一种高度保守的表观遗传修饰因子，涉及许多生物学过程，包括生长发育、应激反应和次生代谢。本研究基于小麦基因组数据，对小麦 DNA去甲基化酶基因（TadMTase）进行了全面鉴定和生物信息学分析。结果表明，小麦基因组中包含18 个TadMTase基因，分布于小麦15条染色体上。系统进化分析将TadMTase分为 ROS、DML3、DML4 和 DML5等 4个亚家族，亚家族之间的TadMTase基因序列长度和内含子数量存在差异，但同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构、保守 motifs 和结构域，为植物dMTase基因家族的直系同源基因，在进化方面具有保守性。亚细胞定位预测TadMTase均定位于细胞核中；通过与小麦祖先物种的进化及共线性分析，发现在小麦异源六倍体形成过程中存在部分TadMTase基因丢失；TadMTase基因家族启动子区域包含大量光信号、植物激素、胁迫响应和生长发育等相关顺式作用元件；转录组数据分析表明TadMTase基因在不同组织器官和籽粒发育不同时期表达模式不同，有一定的组织特异性。进一步RNA-Seq和荧光定量PCR分析表明TaROS1b-1A.1和TaROS1a-5A/D分别在籽粒的种皮和胚乳发育时期显著上调表达，且在强筋和弱筋小麦品种中表达存在差异。结果为TadMTase 基因在调控小麦籽粒生长发育及其品质形成中的调控机制提供参考。     

小麦种子萌发基因TaJAZ1的克隆和功能研究

小麦品种铭贤169是我国黄淮麦区育种研究广泛应用的条锈病诱发材料，但其种子休眠时间过长，不仅影响播种后均匀发芽和生长发育，其收获掉落籽粒也容易导致秋季育种田的生物学混杂。本研究通过筛选其休眠种子与萌发种子的转录组学数据，克隆获得差异表达基因TaJAZ1，并对其生物信息学特性、亚细胞定位、表达模式进行分析，结合解析拟南芥jaz3（与TaJAZ1同源性最高）突变体、TaJAZ1过表达拟南芥和水稻的表型反应。结果表明,TaJAZ1基因编码区全长1 230 bp，可编码409个氨基酸，在不同物种间保守性较强，与野生二粒小麦JAZ1基因的亲缘关系最近；启动子区含有脱落酸响应元件ABRE 和茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif；该基因定位于细胞核和细胞膜，TaJAZ1基因在种子发育中穗发芽时期表达量达到最高，进入成熟时期表达量显著降低；ABA能诱导TaJAZ1基因的表达，ABA处理下过表达拟南芥的萌发率比野生型和jaz3突变体高，ABA信号通路基因AtABI5的诱导量变低；TaJAZ1过表达水稻的萌发率高于受体水稻， ABA处理后，OsABI5的诱导量也降低。以上结果证明，TaJAZ1基因能促进种子萌发，进一步验证其在ABA信号通路中起负调控作用，为改良铭贤169等强休眠性小麦品种提供参考。     

TaGAMyb-B等位变异与小麦株高和第二节间细胞长度的相关性

TaGAMyb是赤霉素合成途径中的一个转录因子。TaGAMyb-B在小麦中存在TaGAMyb-Ba和TaGAMyb-Bb两个等位变异。为了探讨这两种等位变异与小麦株高和第二节间细胞长度的关系,以93份春小麦育种材料的自然群体为对象,在2015和2016年对株高、第二节间细胞长度及两种等位变异进行了检测分析。结果表明,在这个春小麦自然群体中,分别属于TaGAMyb-Ba和TaGAMyb-Bb等位基因型的平均株高分别是73.43和68.93 cm,其差异显著（P<0.05）。第二节间中,TaGAMyb-Ba基因型材料转录本的表达量及节间厚壁组织细胞的长度均大于TaGAMyb-Bb基因型材料。所以, 推测TaGAMyb-Ba对春小麦第二节间伸长生长具有正向调控作用。     

小麦 DA1基因家族成员的鉴定及其表达谱分析

泛素受体DA1在控制种子和器官大小上发挥着重要作用。本研究以中国春小麦为材料,采用生物信息学的方法对小麦 DA1基因家族成员进行了全基因组鉴定和分析,共鉴定到12个小麦 DA1同源基因（ TaDA1s）,分别位于2B、2D、4A、4B、4D、5A、5B和5D染色体上,亚细胞定位预测结果表明其位于细胞核中。系统进化分析发现, TaDA1s可分为 TaDA1、 TaDAR1和 TaDAR2三类。除TaDA1-2D1编码的蛋白只含有DA1-like结构域外,其他成员编码的蛋白均含有DA1-like、UIM和LIM结构域。启动子序列分析发现, TaDA1s的启动子区含有较多的响应激素、逆境以及与生长发育相关的顺式作用元件。通过公共的转录组数据和qRT-PCR试验验证, 发现 TaDA1s在不同组织中都有表达,在籽粒发育过程中,不同的小麦 DA1基因呈现不同的表达模式,暗示存在基因功能分化现象;脱落酸（ABA）能够抑制 TaDA1s的表达;在低温和盐胁迫条件下, TaDA1s基因表达有明显的差异。酵母双杂交和荧光素酶互补试验发现,TaDA1-2B、TaDAR1-5A和TaGW2存在转录自激活现象,且TaDAR1-5A与TaGW2有微弱的互作效应。本研究结果为进一步探究 DA1基因家族在小麦中的生物学功能奠定了基础。     

小麦转录因子TaMYB5 like转录自激活能力及其参与生理型花粉败育过程表达模式研究

化学杂交剂SQ-1诱导的小麦花粉败育是一个复杂的生理代谢过程，TaMYB5-like被发现参与此过程。为了解TaMYB5-like基因在SQ-1诱导小麦生理型花粉败育过程中的作用，以SQ-1诱导的小麦生理型雄性不育系PHYMS-1376和对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期和三核期花药为试验材料，克隆TaMYB5-like基因，并对其进行序列结构、生物信息学、表达模式、亚细胞定位及转录自激活效应分析。结果发现，TaMYB5-like基因序列长5 207 bp，其cDNA长为1 133 bp，其中CDS序列长819 bp，编码272个氨基酸，含有2个SANT结构域，分子量为29.36 kDa，无信号肽，无跨膜结构，亚细胞定位在细胞核内；TaMYB5-like基因启动子涉及光响应、逆境胁迫响应、茉莉酸甲酯响应等顺式作用元件。自激活效应发现，TaMYB5-like蛋白的自激活区段位于N端，合适浓度的AbA和3-AT可以抑制BD-TaMYB5-like和BD-TaMYB5-like-N-SANT融合蛋白的自激活性；随着蛋白质氨基酸序列的截断，自激活性呈降低趋势。与CK-1376相比，PHYMS-1376四分体和单核早期花药中TaMYB5-like表达量差异不显著；花药发育到单核晚期、二核期和三核期时，TaMYB5-like表达量显著增加；CK-1376和PHYMS-1376三核期时花药内TaMYB5-like表达量均最高。     

小麦木瓜类半胱氨酸蛋白酶基因TaRD21的克隆及赤霉病菌诱导下的表达分析

木瓜类半胱氨酸蛋白酶（PLCPs）作为一类重要的蛋白水解酶，在植物生长发育以及胁迫应答过程中都发挥着重要作用。本研究从抗、感赤霉病小麦品种差异表达基因谱中获得1个注释为RD21 Cysteine proteases的EST（表达序列标签），以此序列检索小麦最新基因组数据库并设计引物，从小麦中克隆到3个基因，分别命名为TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D，属于PLCPs RD21家族。序列分析表明，3个基因的开放阅读框长度分别为1 410、1 428和1 419 bp，分别编码469、475和472个氨基酸。序列比对发现，3个基因的序列相似性为89.3％，所编码蛋白的氨基酸序列相似性为95.6％。系统进化分析表明，TaRD21-2A、TaRD21-2B和TaRD21-2D蛋白的同源性较高，且与乌拉尔图小麦TuRD21A蛋白聚为一类。qRT-PCR分析表明，3个TaRD21基因均受水杨酸(SA)、乙烯利(ETH)以及赤霉病菌诱导表达;感病品种中,TaRD21-2A对SA和赤霉病菌的响应更迅速，且表达量较高；抗病品种中,TaRD21-2B和TaRD21-2D基因对ETH的响应更迅速。     

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。     

偃麦草ErABF1基因克隆及功能分析

抗逆相关bZIP (Basic leucine zipper) 转录因子家族基因主要参与ABA、干旱、高盐等胁迫应答反应,其过表达能够显著增强植物的抗逆性。本研究从偃麦草（Elytrigria repens L.）中分离到一个抗逆相关 ErABF1（E. repens ABA Binding Factor 1）基因,氨基酸序列比对分析发现,该基因与小麦、玉米、拟南芥等bZIP转录因子基因同源性较高,亲缘关系较近;ErABF1基因的表达受到ABA、干旱、高盐、低温的强烈诱导;在2% PEG、200 mmol·L^-1 NaCl胁迫培养基上初步功能分析表明, ErABF1过表达提高了转基因烟草对干旱、高盐的胁迫耐性。     

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。     

利用VIGS技术初步验证WSR1基因功能的研究

为进一步了解小麦淀粉合成酶转录因子对淀粉合成的影响,以水稻 RSR1基因为探针,首先利用同源克隆技术和RACE技术获得了小麦 WSR1基因的全长cDNA;生物信息学分析表明,该基因含有AP2保守结构域。随后,以大麦条纹花叶病毒(BSMV)为载体,八氢番茄红素脱氢酶(PDS)基因为指示基因,利用VIGS技术和qRT-PCR技术对 WSR1基因的功能进行研究。结果表明,在接种5 d后, WSR1基因的相对表达量下降到50%, 25 d后下降到12%; WSR1基因沉默后的冀麦325籽粒内支链淀粉、总淀粉和抗性淀粉含量均较对照显著增加;直链淀粉含量、千粒重较对照极显著增加。以上结果表明 WSR1基因负向调控小麦的淀粉合成。     

黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质的创制和筛选

为了创制和筛选黄淮麦区小麦抗赤霉病新种质,以济麦22为受体,采用分子标记辅助选择与连续回交相结合的方法,将小麦赤霉病抗源苏麦3号抗病主效QTL导入黄淮麦区小麦品种济麦22;对黄淮麦区育成的564份品种（系）采用单花滴注方法进行连续3年赤霉病抗性鉴定和筛选。结果创制含苏麦3号抗赤霉病主效QTL的材料18份,其中4份农艺性状与济麦22相仿,赤霉病抗性明显提高;通过筛选获得赤霉病抗性水平达中感以上的材料18份,分子标记和 Fhb1基因鉴定结果表明,其中9份材料不含有 Fhb1基因,其抗赤霉病主效基因可能与苏麦3号不同。这些创制和筛选获得的抗赤霉病种质材料将为提高黄淮麦区小麦赤霉病抗性提供有益帮助。     

四个不同粒重水稻品种颖果发育的比较

 以粒重差异较大的4个水稻品种为供试材料,采用树脂切片、酶解胚乳细胞和显微观察等方法,比较研究了品种间在颖果生长、胚乳细胞增殖、果皮和胚乳结构等方面的差异,探讨了影响颖果生长的因素。 大粒品种颖果发育时间较小粒品种长,其胚乳细胞数、胚乳干质量及单个胚乳细胞平均干质量均高于小粒品种。在粒重相近的情况下,籼稻颖果发育和淀粉积累快于粳稻。与小粒品种相比,大粒品种子房壁细胞中淀粉粒多,子房壁细胞生长的持续时间长,果皮及背部维管束衰亡迟。 小粒品种胚乳外层细胞在花后7 d已转化成糊粉层细胞,大粒品种胚乳外层细胞要在花后10 d才转化成糊粉层细胞。 大粒品种的库容大和生理活性期长是其颖果能显著增大的生理原因。     

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。     

小麦 BES1基因家族的比较基因组学分析

BES1基因是植物体内一类重要的转录因子。本研究利用基因组测序数据,在小麦基因组中鉴定到20个 BES1基因家族成员,它们分布在14条染色体上。为进一步研究 BES1基因在小麦以及其他禾本科作物（水稻、玉米、高梁、谷子和大麦）中的功能和进化关系,对小麦等6种禾本科作物以及十字花科模式植物拟南芥的 BES1基因家族进行系统发育关系、结构特性和共线性关系分析,结果发现,系统发育分析将该家族成员分为Group A、Group B、Group C和Group D四类,大部分小麦 BES1基因集中在Group A;大部分小麦 BES1基因家族成员有2个外显子,最多有10个外显子;小麦与水稻 BES1基因之间存在更多的共线性关系。此外,在小麦根和穗中还鉴定到3个具有较高表达水平的 BES1基因（ TaBES1-3A-2、 TaBES1-3B-2和 TaBES1-3D-2）,表明 BES1基因在小麦生长发育过程中发挥着重要作用。     

Protein bodies ontogeny and localization of prolamin components in the developing endosperm of wheat caryopses

During caryopsis development, prolamins are initially stored in individual protein bodies, then generate a protein matrix in the ripe caryopsis. The ontogeny of the protein bodies was analyzed by fluorescence and electron microscopy from 7 to 43 days after anthesis (dAA), a period of time from the cellularization of endosperm to its desiccation. A series of antibodies specific to each prolamin type (α/β-, γ-, ω-gliadins, low-molecular weight and high-molecular weight glutenin subunits) made it possible to localize and co-localize the different prolamins in organelles of endosperm cells at different developmental stages. Protein bodies containing prolamins were observed as early as 7 dAA. At the early developmental stages, protein bodies were spherical with diameters around 1–2 μm. Later, around 15 dAA, the PBs enlarged, and aggregation and/or coalescence were prominent at 21 dAA. From 33 dAA, individual PBs were no longer visible, but a protein matrix was confined in the space between starch granules. All prolamins were found in the same protein bodies, without any segregation according to their types. Immunochemical labelling of prolamins failed to reveal in TEM analyses any particular internal organization in protein bodies. Glutenin subunits and gliadins were observed in the Golgi apparatus at the early stages of endosperm development.