小麦TaCTSB基因在小麦-条锈菌互作中的功能研究

为明确小麦组织蛋白酶B基因TaCTSB在小麦与条锈菌互作中的功能,采用PCR技术扩增获得TaCTSB基因的完整编码区序列;通过qRT-PCR技术检测TaCTSB基因的表达情况;利用农杆菌介导瞬时表达体系在烟草叶片上进行亚细胞定位,并验证其是否能够诱导细胞坏死;利用VIGS技术瞬时沉默TaCTSB,解析其对小麦与条锈菌互作的影响。结果表明,TaCTSB基因编码344个氨基酸,N端含有1~19 aa的信号肽,无跨膜结构;qRT-PCR结果显示,TaCTSB基因在小麦与条锈菌非亲和互作早期上调表达。瞬时表达分析发现,烟草叶片上瞬时表达TaCTSB基因能够诱导细胞坏死,且质壁分离后TaCTSB分泌到细胞外。在TaCTSB瞬时沉默植株上接种条锈菌毒性小种CYR31,产孢量变化不显著;而接种条锈菌无毒性小种CYR23,产孢量升高;组织细胞学观察发现,在小麦叶片中瞬时沉默TaCTSB,其活性氧面积和坏死面积显著下降,菌丝面积及菌丝长度均有所增加,表明沉默TaCTSB减弱了小麦对条锈菌的抗性。     

向日葵柄锈菌效应子P2的定位及功能研究

由向日葵柄锈菌（Puccinia helianthi Schw.）引起的向日葵锈病严重威胁着向日葵的安全生产。效应子是一类病原菌侵染过程中分泌的蛋白，促进病原菌侵染或触发寄主免疫。为明确向日葵锈菌效应子P2在锈菌侵染过程中发挥的作用，对该基因序列进行了生物信息学分析；以向日葵锈菌夏孢子cDNA为模板，克隆了P2基因的编码序列，利用qRT-PCR技术分析了该基因在侵染过程中的表达特性；采用农杆菌瞬时表达系统在烟草上验证了P2的毒性功能，并在烟草上瞬时表达对其进行了亚细胞定位。研究结果表明，P2编码58个氨基酸，N端含24氨基酸的信号肽，无核定位信号及跨膜结构域，并在向日葵锈菌侵染早期上调表达。在本氏烟中瞬时表达P2可以抑制BAX诱导的细胞坏死，亚细胞定位结果表明P2定位在细胞膜及细胞核。     

向日葵柄锈菌效应蛋白的预测及筛选

向日葵柄锈菌（Puccinia helianthi Schw.）引发向日葵锈病,对生产具有破坏性。为深入了解锈菌效应蛋白,研究病原与寄主的互作机理,在获得向日葵柄锈菌分泌蛋白组的基础上,利用生物信息学软件预测及分析向日葵柄锈菌效应蛋白,采用qRT-PCR检测其中7个候选效应蛋白基因在接种叶片中的相对表达量。结果表明：在供试的900个锈菌的分泌蛋白中预测到候选效应蛋白497个。基因特征分析显示,开放阅读框长度在200～399 bp之间的最多;信号肽长度集中在16～27个氨基酸残基（占92.96%）;信号肽氨基酸组成中亮氨酸出现频率最高,其次为丙氨酸、异亮氨酸;信号肽识别位点以SpⅠ型为主。本研究获得了7个向日葵柄锈菌的效应蛋白,qRT-PCR检测表明柄锈菌接种向日葵叶片后,与纯孢子相比,这7个效应蛋白编码基因均上调表达,说明其参与了锈菌侵染向日葵的过程。     

TaHIPP32与 TaHAK1表达及小麦缺钾胁迫耐性的关系

钾是植物生长发育必需的三大营养元素之一。高亲和性钾转运蛋白（HAK）能加强植物在缺钾胁迫时钾的吸收和转运。本课题组前期研究发现，小麦 TaHAK1基因在缺钾胁迫条件下显著上调表达，并筛选得到可能调控 TaHAK1基因表达的上游转录因子基因 TaHIPP32，但这两个基因在缺钾胁迫中的作用机制尚不清楚。本研究首先对 TaHIPP32基因进行了系统发育和亚细胞定位分析，然后利用双荧光素酶验证 TaHIPP32和 TaHAK1基因的互作，并以河南省大面积推广的小麦品种百农207为试验材料，利用大麦条纹花叶病毒诱导基因沉默（BSMV-VIGS）技术分析缺钾胁迫处理下 TaHIPP32基因沉默对小麦植株的影响。系统发育和亚细胞定位分析表明， TaHIPP32基因与水稻 OsHIPP33基因的亲缘关系最近，且其编码的蛋白定位于细胞膜上。双荧光素酶试验表明，TaHIPP32蛋白能够与 TaHAK1基因启动子互作。通过BSMV-VIGS技术瞬时沉默 TaHIPP32基因，发现该基因沉默后，小麦植株对缺钾胁迫更为敏感，植株生长受到抑制，干重显著降低，丙二醛(MDA)含量显著提高；缺钾胁迫处理下，沉默 TaHIPP32基因的植株中， TaHAK1和 TaHIPP32基因的表达均被抑制，且植株体内钾元素从地下部到地上部的转移系数显著降低，说明 TaHIPP32基因通过调节 TaHAK1基因的表达来影响植株体内钾元素的转运。     

甘肃小麦品种（系）面筋强度和糯蛋白基因分布规律研究

高分子量麦谷蛋白、 1B/1R易位系和糯蛋白基因是影响小麦面包、面条和馒头加工品质的重要因素。为明确甘肃省小麦品种（系）品质状况,用 Dx 5、 By8、 By9、Bx7^OE、 1B/1R、Wx等基因的特异性分子标记鉴定其对应基因在甘肃4个麦区298份小麦材料中的存在状况。结果表明,甘肃省小麦品种（系）中被检测基因分布频率在不同生态区域存在一定差异,从西部到东南部, Dx 5、 By8、Bx7^OE、 Wx-B 1b基因的检出频率逐渐降低,而 By9基因和1B/1R易位系检出频率逐渐升高;春小麦中 Dx 5（46.4%）、 By8（26.1%）、Bx7^OE（1.4%）、 Wx-B 1b（14.4%）基因的检出频率明显高于冬小麦中 Dx 5（26.3%）、 By8（25.0%）、Bx7^OE（0）、 Wx-B 1b（7.5%）基因的检出频率;但春小麦 By9（34.8%）基因、 1B/1R易位系（27.5%）检出频率低于冬小麦 By9（41.3%）、 1B/1R（38.8%）的被检出频率。面筋强度和糯蛋白基因的分布频率表明甘肃省小麦品种（系）用于加工面包、面条和馒头的品质状况较差,且从西部到东南部品质逐渐变劣,春小麦品质优于冬小麦。甘肃省大部分小麦品种（系）仅适宜于加工普通馒头和面条。     

小麦硝酸盐转运蛋白基因 TaNRT1.1的鉴定及其等位变异分析

为解析小麦硝酸盐转运蛋白基因 TaNRT1.1的生物学功能，本研究通过同源克隆的方法从普通小麦中克隆了小麦硝酸盐转运蛋白基因 TaNRT1.1(TaNRT1.1-1A、 TaNRT1.1-1B和 TaNRT1.1-1D)。生物信息学分析表明，这三个同源基因编码的蛋白均为疏水蛋白，含有丰富的α-螺旋和无未见则卷曲，主要定位于质膜上。小麦不同组织qRT-PCR分析表明， TaNRT1.1-1A和 TaNRT1.1-1B基因在根中表达量最高，其次是叶和茎， TaNRT1.1-1D基因在茎中表达量最高，其次是叶和根。因此，推测 TaNRT1.1-1A和 TaNRT1.1-1B基因在硝酸盐吸收过程中发挥了重要作用， TaNRT1.1-1D基因在硝酸盐转运过程中发挥了重要作用。通过对小麦 TaNRT1.1基因多态性筛选发现，在 TaNRT1.1-1A基因启动子上游1 120 bp的位置有一个8 bp(TGCATGCA)的插入位点，该位点可能与小麦氮利用效率相关。不同氮利用效率小麦品种qRT-PCR分析结果表明，氮高效小麦品种（基因型为 TaNRT1.1-1A-b）苗期根中 TaNRT1.1-1A基因的相对表达量显著高于氮低效小麦品种（基因型为 TaNRT1.1-1A-a）。     

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miR5062靶基因的鉴定及功能研究

miRNA作为一种植物中重要的内源小分子,通过调控靶基因的表达来行使其功能。为了探索小麦(Triticum aestivum)中新发现的miRNA tae-miR5062的靶基因,利用生物信息学方法对 tae-miR5062的靶基因进行预测和进一步分析,将属于小麦AGO2家族的 TaAGO2确定为其靶基因;进一步构建重组表达载体pBI121- pre-miR5062和pBI121- TaAGO2,分别转入农杆菌GV3101感受态细胞,然后在烟草叶片上分区注射进行农杆菌介导的烟草瞬时共转化实验。结果表明, tae-miR5062与其靶基因 TaAGO2互作降解,并降低了 TaAGO2的表达。利用实时定量PCR方法检测 TaAGO2在小麦不同组织中的转录水平,结果显示, TaAGO2在小麦根和叶中表达量不高,但在旗叶、茎、穗、籽粒和生长点中都有较高的表达。将C端连有GFP的 TaAGO2融合表达载体转入水稻黄化苗叶鞘的原生质体后瞬时表达的亚细胞定位结果显示, TaAGO2蛋白定位于细胞核和细胞质中;与拟南芥过量表达 TaAGO2的转基因植株相比,野生型对照并无明显的表型。     

4份圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体的分子细胞遗传学鉴定

为了给小麦育种提供新的种质资源,对4份圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体(AABBA^uA^u)的农艺性状、染色体组成及高分子量谷蛋白亚基组成进行了鉴定。农艺性状调查结果表明,4份双二倍体的株高介于108.45~129.43 cm,分蘖数介于7.3~17.5个,穗长介于10.23~12.17 cm,小穗数介于16.26~22.06,自交结实率介于37.77%~70.46%;4份双二倍体对目前的流行条锈菌混合生理小种(条中31、条中32、条中33、条中34和水源11-4)均表现为高抗。利用寡核苷酸序列探针Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1、Oligo-pTa71-2、pTa-713和简单重复序列探针(AAC)5进行FISH分析,可区分出圆锥小麦-乌拉尔图小麦双二倍体的42条染色体。花粉母细胞染色体配对观察表明,在这些双二倍体的减数分裂中期I,染色体大多配对成二价体,仅有少量的单价体、三价体和四价体。SDS-PAGE分析表明,来自于乌拉尔图小麦TA#831的1Ay亚基在双二倍体Syn-TAU-2中得到了表达,但其迁移率发生了变化;来自于PI428270和PI428274的1Ax和1Ay亚基分别在双二倍体Syn-TAU-3和Syn-TAU-4中得到了表达。这些双二倍体可作为新的资源材料用于普通小麦的遗传改良。     

新疆杂草黑麦染色体核型分析

为了对新疆杂草黑麦的种质鉴定、起源分析、良种培育和遗传多样性研究提供依据,采用常规压片法制片结合显微摄影技术,分析了3个新疆杂草黑麦居群和1个栽培黑麦品种的核型并比较他们的异同点.结果表明,四种黑麦材料的染色体均为二倍体,染色体数目为14,不同材料之间染色体形态具有丰富的多态性.新疆杂草黑麦居群89R4的染色体核型公式为2n=2x=14=12m+ 2sm,除第7对为近中着丝粒染色体外,其余染色体均为中间着丝粒染色体,核型不对称系数为61.70％,核型类型为1A型,属于基本对称型.新疆杂草黑麦居群89R14的核型公式为2n=2x=14=8m+ 6sm(2sat),除第5、6、7对为近中着丝粒染色体外,其余染色体均为中间着丝粒染色体,其第7对染色体具有随体,核型不对称系数为60.88％,核型类型为2A型,属于基本对称型.新疆杂草黑麦居群89R60的核型公式为2n=2x=14=14m(2sat),其全部染色体均为中间着丝粒染色体,第3对染色体具有随体,核型不对称系数为60.47％,核型类型为1A型,属于基本对称型.栽培黑麦材料H36的染色体核型公式为2n=2x=14=10m+ 4sm,除第5、6对为近中着丝粒染色体外,其余染色体均为中间着丝粒染色体,核型不对称系数为61.20％,核型类型为1A型,属于基本对称型.     

新疆伊犁地区小麦条锈菌群体遗传结构分析

新疆伊犁地区是小麦条锈病的常发区和重发区，其年平均发生面积超过100×10⁴ hm²以上。为明确新疆伊犁地区小麦条锈菌群体的遗传结构，2021年，从新疆伊犁地区的新源县、巩留县、察布查尔县和伊宁县共采集到320份小麦条锈菌标样，利用16对小麦条锈菌SSR引物进行了群体遗传研究。结果表明，新疆伊犁地区条锈菌群体遗传多样性水平较高，群体间存在一定的遗传分化。群体间遗传变异仅占总变异的12%，群体内遗传变异占88%，不同群体间存在频繁的菌源交流，其中察布查尔县与新源县群体菌源交流最为频繁（N_m=4.717）。     

氟菌唑对大麦白粉病菌侵染过程的影响

为了解氟菌唑类杀菌剂对大麦白粉病的防治效果,采用大麦胚芽鞘表层细胞进行人工接种和连续性显微观察,研究了氟菌唑对大麦白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.hordei)分生孢子侵染过程的影响.结果表明,在接菌后0h、2h、5h、8h进行药剂处理,分生孢子的发芽率、附着孢发芽管形成率、附着孢形成率、侵入行动率和感染率均明显下降.该药剂影响病菌吸器形成后的菌丝生长发育,使菌体死亡率最高可达91.5％.接菌后144 h喷药的效果差,故发病后应尽早药剂治疗.     

2010-2011年度我国小麦条锈菌生理专化研究

为给小麦条锈病预测及防控策略制定与实施提供科学依据,2010-2011年对采自全国14个省(市、自治区)的条锈菌标样进行了生理小种鉴定和分析。结果表明,在1 014份标样中,共监测到133个致病类型,其中CYR33出现频率达19.7%,与2009-2010年的23.7%相比略有下降,连续二年超过CYR32,居于首位;CYR32出现频率为18.1%(2009-2010年为21.6%),位居第二,主要分布在陕、甘、川地区。供试标样中还有44份被鉴定为贵农22致病类群,出现频率为4.3%,主要分布在四川、甘肃和云南三省,陕西、青海、山西、新疆、贵州和西藏等地亦有分布,应引起育种和推广部门的高度重视。     

陇南小麦条锈菌夏孢子的周年动态变化规律

为明确陇南小麦条锈菌夏孢子的周年动态变化情况,运用孢子捕捉仪及TaqMan RT-qPCR(TaqMan real-time quantitative polymerase chain reaction)方法,对2018年3月-2019年3月陇南空气中的夏孢子浓度进行周年动态监测,同时利用全自动小型气象监测仪记录温度、相对湿度和降雨情况,分析了夏孢子周年动态规律及其与气象因子之间的关系。结果表明,小麦条锈菌夏孢子数量在2018年4月11日、5月16日和6月6日出现了3个峰值;7月至10月,只能检测到零星夏孢子;11月至翌年2月,没有捕捉到夏孢子;翌年3月6日初次检测到少量夏孢子,3月13日夏孢子数量呈明显增加的趋势,且空气中的夏孢子密度与相对湿度呈极显著负相关(P0.001)。     

河南省小麦条锈菌特异性SSR标记的筛选

为了简便地进行小麦条锈菌的早期检测,在前期工作的基础上,以小麦条锈病、叶锈病、白粉病的病叶和健康叶片为实验材料,采用来自条锈菌的SSR引物进行河南省小麦条锈菌的分子检测。结果表明, 在所用的条锈菌特异性SSR引物中,发现有4对引物能够将条锈菌和其他的病原菌区分开来。通过对来自河南省不同地区的小麦条锈病和叶锈病病叶的鉴定,其中2对引物 RJ3、RJ21的稳定性和可重复性均较好,表明这2对引物可以用于小麦条锈菌的分子检测。     

一个新疆杂草黑麦居群的细胞学分析

新疆杂草黑麦(Secale cereale subsp.segetale Zhuk.)是我国发现的一种稀有野生黑麦资源,具有极强的抗病、抗逆性和优异的丰产性状。为系统了解该特殊种质资源的生物学特征,并为这一珍贵种质资源应用于远缘杂交育种、牧草种质开发及其生物多样性保护提供基础的细胞学依据,选取新疆杂草黑麦的一个居群89R38,观察分析其花粉母细胞的减数分裂行为规律及其根尖细胞的核型特点。结果表明,89R38的绝大多数花粉母细胞减数分裂中染色体的行为正常,在终变期同源染色体配对可形成7个二价体,而在少数花粉母细胞减数分裂中(2.06%)观察到落后染色体、染色体桥等异常行为;成熟花粉粒的醋酸洋红染色反应检测其花粉粒的育性为99.08%;核型公式为2n=2x=14=12m+2sm,核型为1A型。     

西藏林芝小麦条锈菌的分子群体遗传结构分析

为了明确西藏林芝地区小麦条锈菌的分子群体遗传结构,2010年,从西藏林芝地区的米林县、林芝县、波密县和工布江达县共采集到259个小麦条锈菌标样,利用10对小麦条锈菌SSR引物进行了群体遗传研究。结果表明,该地区小麦条锈菌的遗传多样性水平较低,群体存在一定的遗传分化,群体间遗传变异占总变异的12%,群体内遗传变异占88%,不同群体间存在着频繁的菌源交流。     

顶孢霉菌代谢产物对玉米圆斑病菌生长和发育的影响

利用菌丝生长速率法和孢子萌发法研究顶孢霉代谢产物对玉米圆斑病菌生长的抑制能力。结果表明,顶孢霉发酵液对玉米圆斑病菌分生孢子萌发和菌丝生长均有抑制作用。菌丝生长速率测定表明,含有顶孢霉菌代谢产物的培养基（D+P）圆斑病菌菌丝的生长速率低于含有玉米圆斑病菌代谢产物的培养基（Y+P）和空白对照PDA的生长速率,菌丝生长速率分别为65.0、86.5、87.5 mm/d;以Y+P和PDA为对照,D+P对玉米圆斑病菌在第1天和第2天时抑制率最高,均达58%以上;在1 mL PDA体系中,顶孢霉发酵液添加量为0.5 mL时,抑制率可达100%,不同浓度处理间及其与对照处理间顶孢霉发酵液抑制率差异显著（P=0.05）;同一处理不同培养天数顶孢霉发酵液抑制率也有显著差异（P=0.05）。孢子萌发实验表明,经顶孢霉发酵液处理后的玉米圆斑孢子萌发率降低,在发酵液浓度为0.9 mL/mL时,萌发率仅为24%,抑制率可达66.67%, EC50约为68 mL/100 mL,且孢子经发酵液处理后产生畸形,不能正常发育。