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。     

玉米CaM基因家族鉴定及特性分析

利用玉米基因组等多种数据库搜索CaM家族基因,对玉米CaM基因家族进行筛选与鉴定,对家族成员的基因结构、等电点、分子量、亚细胞定位、蛋白保守域等蛋白基本特性进行分析。同时分析不同组织和干旱胁迫条件下该类基因的表达情况,进一步利用qRT-PCR技术检测5个具有代表性的CaM基因在干旱处理条件下的表达变化。结果显示,共获得14个CaM基因,根据3’-UTR序列构建的系统进化树显示可分为4个亚家族。根据蛋白质的氨基酸序列,可分为3种亚型。家族成员蛋白分子量大多数为16.8 kD左右,等电点介于4.10～4.30,该家族蛋白保守结构域由3～4个EF手型结构域组成,主要定位于细胞质和细胞核。Zmcal4、Zmcal5和Zmcal6基因在各组织中表达非常低,干旱会抑制家族大部分成员的表达,覆水处理后,Zmcal3-1、Zmcal3-2、Zmcal3-3、Zmcal3-4的表达可恢复到对照水平,推测这几个基因可能参与干旱胁迫反应。qRT-PCR结果表明,干旱会抑制CaM基因的表达,随着干旱处理时间的增加,CaM基因的表达量逐渐降低,与生信分析结果一致。     

不同氮源条件下橡胶树小苗NH4+和NO3-的吸收特征

采用改进常规耗竭法,研究(NH)SO4,KNO3,NH4NO3三种氮源条件下橡胶树小苗对N4+和NO3-的吸收特性.结果表明:不论是单一氨源(NH4+-N或NO3--N)还是NH4+-N和NO3--N的混合氮源,橡胶树小苗对NH4+的吸收量均大于NO3-的吸收量,其差异在浓度大于0.5 mmol/L的混合氮源下达显著水平.混合氮源条件下,不论是NH4+还是NO3-的吸收量,均比单一氮源条件下的大,且其差异分别在浓度小于1.25 mnlol,L(NH4-)和0.25 mmol/L(NO3-)时达显著水平.吸收动力学特征表现为,单一氮源条件下,橡胶树小苗对NH4+的最大吸收速率和离子亲和力大于NO3-,表明小苗更喜好NH4+-N.而在NH4+-和NO3-N的混合氮源条件下,橡胶树小苗吸收NH4+的Vma值和离子亲和力都较单一氮源时高;吸收NO3-的Vma和KmI值都有所下降,但Km值的下降幅度比Vma值的大,说明混合氮源条件能同时促进橡胶树小苗对NH4+和NO3-的吸收.与单一NH4++N营养相比,橡胶树小苗可能更喜好NH4+-N和NO3--N混合营养.用LB法和H法2种方法处理数据,橡胶树小苗吸收NH4+和NO3-的动力学特性基本相同,不同之处仅在于H法所得的参数值Vma和Km普遍略大于LB法的.     

耐盐碱转基因玉米的获得及其抗性分析

依据Gen Bank数据库中发表的拟南芥DREB基因序列进行优化,人工合成DREB基因序列,构建植物表达载体,通过农杆菌介导法将DREB基因转入玉米自交系Hi II中,获得转DREB基因玉米材料,经过分子检测获得4个阳性转化事件。在不同浓度水平的Na Cl溶液(40、80、120 mmol/L)和Na_2CO_3溶液(10、20、30 mmol/L)胁迫下,研究其耐盐碱性。结果表明,DREB基因已经整合到玉米基因组中,转DREB基因玉米的耐盐碱性获得显著提高,80 mmol/L的Na Cl溶液和20 mmol/L Na_2CO_3溶液可以作为转DREB基因玉米的耐盐碱分析条件。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

玉米泛素结合酶基因家族分析及低氮胁迫下亚家族UBC2的表达分析

泛素结合酶是泛素/蛋白酶体途径的重要组成部分,在蛋白质的泛素化过程中具有重要作用。本研究利用生物信息学对玉米泛素E2家族成员进行系统进化及基因结构分析。系统进化分析显示,玉米泛素结合酶基因可分为6个亚家族,各亚家族成员数目差异较大。基因数目最多的亚家族是UBC1,为22个。成员数最少的是UBC3,仅为5个。以亚家族UBC2为研究对象,发现UBC2中一共存在4对旁系同源基因,分别是ZmUBC3/ZmUBC70、ZmUBC8/ZmUBC34、ZmUBC31/ZmUBC53以及ZmUBC45/ZmUBC66。对UBC2中成员进行基因结构分析发现,互为旁系同源的基因其基因结构相似。ZmUBC45/ ZmUBC66含有外显子数量最多,为9个,而ZmUBC31/ZmUBC53外显子含量最小,仅为4个。基因基序分析结果显示,ZmUBC3/ZmUBC70含有基序数量最多（8个）,ZmUBC8/ZmUBC34与ZmUBC31/ZmUBC53基序含量最小（均为3个）。基因启动子作用元件分析显示,泛素E2基因启动子元件类型可分为光响应、激素响应和胁迫响应元件、组织表达相关元件以及周期性调控相关元件5大类。基因不同组织表达分析显示,被检测基因在玉米雌花中均有很高的表达量,在根和茎中表达量最低。低氮胁迫结果显示,所有被检测基因在低浓度NO₃ ^-处理下,其基因相对表达量在1 h降至最低,随后逐渐上升。在低浓度NH₄ ⁺处理条件下,各基因表达量逐渐降低,在24 h达到最低值。以上结果表明,泛素结合酶亚家族UBC2基因受低氮胁迫的影响其表达量发生了变化。     

HSO3-、Cl-和Na+对大豆幼苗光合作用的影响

以铁丰31大豆幼苗为试材,在大豆幼苗叶片完全展开时以一定浓度的NaCl和NaHSO3及清水喷施于叶片的正反两面,测定光合速率、可溶性糖、光合色素等生理指标,以探讨HSO3-、Cl-和Na+对光合作用的影响。结果表明:Na+对大豆幼苗叶片可溶性糖含量的增加、ATP合酶活性的提高、叶片Rubisco含量的增加均有一定的促进作用。Cl-在整个实验中作用不明显。HSO3-对大豆幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b的合成有显著促进作用;并能显著提高全链光合电子传递速率、ATP合酶活性,使光合磷酸化过程加强;HSO3-显著提高了Rubisco羧化活性及PEPC活力和PEPC比活力;并提高了Rubisco和PEPC含量,从而促进大豆幼苗的光合速率增加。     

几种化学药剂对杂交籼稻汕优63自然老化种子引发效果研究

用聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）、KNO3、PEG＋KNO3、PVA＋KNO3等几种化学药剂对自然老化的杂交籼稻汕优63种子进行引发效果研究,以筛选最佳处理方法。结果表明,从引发效果和经济实用两方面考虑,以0.5%PVA＋1.0%KNO3处理1 d为最佳。经过该处理的汕优63自然老化种子的发芽率显著提高,比对照（63.0%）提高了11.7个百分点,活力指数、发芽势、苗高、苗重也均较对照显著提高,且成本较低。     

玉米弯孢叶斑病菌PG基因家族鉴定与表达分析

采用生物信息学鉴定Clpg基因家族成员,利用实时荧光定量PCR技术分析玉米弯孢叶斑病菌多聚半乳糖醛酸酶基因(Clpg)在病原菌-寄主植物互作时期的表达情况,鉴定Clpg基因的家族成员,研究每个成员在侵染过程的表达水平,明确Clpg基因在玉米弯孢叶斑病菌致病性中的作用。结果表明,玉米弯孢叶斑病菌Clpg基因家族有4个成员,分别命名为Clpg1、Clpg2、Clpg3和Clpg4,均含有3个内含子和2个外显子,与其他真菌PG基因具有相同的NTD、DD、GHG、RIK保守结构域。Clpg1基因的表达趋势为先升高后下降,在3 h达最高值;Clpg2、Clpg3和Clpg4基因的表达趋势为逐渐上升,结果暗示Clpg基因可能参与病原菌与寄主植物的互作过程。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

有机肥部分替代氮肥土壤硝态氮动态变化特征及玉米产量效应研究

通过田间试验,在氮磷钾等养分量条件下,研究牛粪、鸡粪、猪粪替代25%化肥氮和秸秆全量还田配施化肥对0～100 cm土层硝态氮淋溶和积累及玉米产量构成的影响。秸秆全量还田配施化肥、牛粪替代25%化肥氮处理土壤硝态氮淋溶作用较小,完熟期0～40 cm土层硝态氮累积量分别为86.2 kg/hm~2和73.1 kg/hm~2,均显著高于其他有机肥替代化肥处理。习惯施肥、鸡粪替代25%化肥氮、猪粪替代25%化肥氮处理土壤硝态氮淋溶较强,完熟期0～40 cm土层硝态氮累积量分别为54.2、65.4、68.5 kg/hm~2。鸡粪替代25%化肥氮处理玉米产量最高,为13 616.9kg/hm~2,比习惯施肥增产13.6%,与其他有机肥替代化肥处理产量差异均达显著水平。在等养分量条件下,有机肥替代25%化肥氮及秸秆全量还田配施化肥均可增加0～40 cm土层硝态氮累积量,减少淋溶损失。     

有机无机肥配施对土壤硝态氮、玉米产量和氮素利用率的影响

通过田间定位试验,等氮量条件下研究100%有机肥(T1)、30%有机肥+70%无机肥(T2)、20%有机肥+80%无机肥(T3)、100%无机肥(T4)和不施肥(CK)对玉米各生育期0~90 cm土层硝态氮含量、玉米产量和氮素利用率的影响。结果表明,施肥均可增加各土层硝态氮含量,随玉米生长发育,表层硝态氮有下移趋势,成熟期最明显,其中,T4处理31~90 cm土层分别比CK、T3、T1和T2处理高96.9%、39.1%、36.1%和17.8%。苗期和灌浆期0~90 cm土层硝态氮累积量与玉米产量相关系数分别为0.925~*和0.904~*,拔节期达0.997~(**),T2和T3处理供氮能力较强。T3、T2、T4和T1处理玉米增产率分别达138.76%、131.93%、117.28%和71.73%,其中,T3和T2处理高产并稳产,可最大限度提高氮肥利用率,明显降低环境污染风险。有机无机肥配施是较为合理的施肥模式,且配比以20%∶80%为最佳。     

氮素形态配比对玉米氮素积累及转运的影响

通过田间试验,研究6种(N_1~N_6)硝态氮与铵态氮配比处理对旱地全膜双垄沟播玉米植株氮素积累、转运、氮素利用及子粒产量的影响。结果表明,单施硝态氮时玉米的养分吸收、氮素利用及产量均最低。N6(硝态氮与铵态氮3∶1配比)处理下玉米全生育期氮素积累量最高,氮素吸收强度较单施硝态氮处理高55.19%~73.28%(P0.05),该处理下叶片和茎中氮素转移量较单施硝态氮处理高78.99%和93.52%(P0.05);叶片和茎中分别有66.50%~71.89%和43.44%~55.59%的氮素转移到子粒中;叶片和茎对子粒的氮素贡献率分别较单施硝态氮处理高43.80%和56.00%(P0.05);玉米子粒产量、氮素吸收效率及氮肥偏生产力较其他处理显著增加3.31%~9.94%、4.62%~33.89%和3.31%~9.93%。硝态氮和铵态氮配施对玉米的养分吸收有明显的促进作用,提高硝态氮的施用比例有利于提高玉米叶片和茎对子粒氮素的贡献率,硝态氮与铵态氮按3∶1比例配施有利于提高当地玉米子粒产量。     

不同氮效率小麦品种苗期根系氮代谢及其吸收能力差异分析

为了解不同氮效率小麦品种根系氮代谢特征及其吸收能力的差异,明确小麦氮高效利用的生理机制,在水培条件下,研究了氮高效小麦品种漯麦18和氮低效小麦品种西农509的根系氮代谢特征和对NO-3、NH+4吸收的动力学特征。结果表明,漯麦18的根系GS活性、硝酸还原酶活性、游离氨基酸含量、可溶性蛋白质含量均高于西农509;而西农509的根系硝态氮和铵态氮含量高于漯麦18;漯麦18根系对NO-3、NH+4吸收的最大吸收速率(Vmax)显著高于西农509;漯麦18根系对NO-3、NH+4的亲和力(以Km的倒数衡量)低于西农509。结果说明,氮高效型小麦品种根系对NO-3、NH+4的吸收能力和同化能力均显著高于氮低效型小麦品种;小麦根系对NO-3、NH+4的吸收和同化是相互促进的关系。     

玉米转录因子Zmhdz6的表达模式分析及互作功能蛋白预测

利用RT-PCR方法从玉米基因组中克隆到GRMZM2G056600(Zmhdz6)转录因子的cDNA序列长786 bp,编码261个氨基酸,分子质量为28.46 kD。二级结构显示,编码的蛋白主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。亚细胞定位预测显示,Zmhdz6蛋白定位于细胞核。进化树和motifs分析发现,Zmhdz6基因属于HD-Zip-I家族成员且与高粱同源达到99%,单子叶植物亚群含有7个重要的motifs。Zmhdz6蛋白互作预测,发现互作的基因主要参与逆境胁迫、信号传导和植物生长发育过程。荧光定量结果显示,Zmhdz6基因在雌穗和雄穗中高度表达,NaCl、PEG胁迫和外源ABA诱导时均上调表达。结果说明Zmhdz6基因可能参与玉米逆境胁迫的应答和信号传导路径。     

粗山羊草JAZ基因家族的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于小麦茉莉酸调控通路及其穗部或花器官发育研究的候选基因,基于已发布的粗山羊草全基因组数据,利用生物信息学分析方法鉴定了粗山羊草JAZ基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白结构、启动子顺式作用元件、系统进化关系和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,本研究共鉴定到9个粗山羊JAZ基因,命名为AetJAZ1-AetJAZ9。染色体定位结果显示,9个粗山羊草JAZ基因分别定位在2D、5D、6D和7D染色体上,其中在7D染色体上分布最多。进化分析表明,粗山羊草JAZ蛋白与短柄草JAZ蛋白亲缘关系最近,且9个粗山羊草JAZ蛋白被分别聚类到了S5、S12、S13、S16和S20五个亚族中,其中S20亚族有五个粗山羊草JAZ蛋白。启动子分析表明,9个粗山羊草JAZ基因启动子顺式作用元件种类和数量存在差异,推测其各自的功能也存在差异。表达谱分析表明,粗山羊草JAZ基因在粗山羊草不同组织间存在不同的表达特性,且不存在组成型表达基因,其中,AetJAZ1和AetJAZ2表现出明显的组织特异性,分别只在穗部、雌蕊和雄蕊中特异表达。