干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

水稻幼穗响应稻曲病菌毒素胁迫早期的转录组分析

【目的】由稻曲病菌引起的稻曲病不仅造成水稻减产,而且还会产生对动物和植物有毒的真菌毒素。探明水稻幼穗对稻曲病菌毒素胁迫响应的分子机制,可为发掘水稻抗稻曲病基因以及抗病分子育种开辟新的思路。【方法】用稻曲病菌毒素处理水稻幼穗,采用转录组测序技术对水稻幼穗进行转录组测序,以水稻9311基因组作为参考基因组进行对比,利用TPM法计算基因表达量,设定参数（差异倍数的绝对值不小于2,且q值不大于0.05）筛选差异表达基因。结合基因差异表达分析、富集功能分析,鉴定水稻响应胁迫的关键基因,并利用实时荧光定量PCR技术对差异表达基因进行验证。【结果】在稻曲病菌毒素胁迫12 h后,水稻幼穗出现2526个差异表达基因（DEG）;通过GO富集、KEGG代谢途经和KOG功能分析,将差异基因划分为GO功能下的64个条目、32个代谢途径和KOG功能下23个类别,包括淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、碳代谢、糖酵解/糖异生、氨基糖和核苷酸糖代谢等生物学过程。DEG中有66个植物转录因子,分属7种植物转录因子家族,包括WRKY和Myb两大转录因子。分析二萜类生物合成与淀粉和蔗糖代谢途径相关基因发现,OsCPS2、OsKSL4和细胞色素P450等基因表达量上调,而淀粉酶、β-呋喃果糖苷酶和UDP-焦磷酸化酶等基因表达量下调,推测这些基因在水稻响应稻曲病菌毒素胁迫时发挥重要的作用。【结论】稻曲病菌毒素作为非生物胁迫因素对水稻幼穗具有毒性;通过干扰淀粉和蔗糖代谢等途径而影响种子营养物质的合成,降低水稻抵抗病原菌侵染水稻的能力。     

玉米根部萜类合酶基因对干旱与激素处理的表达差异分析

选用两个具有抗性差异的玉米自交系B73与Mo17,分别对其根部进行干旱、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)以及茉莉酸甲酯与乙烯利联合(MeJA/EP)处理,定量检测4个与防御相关的萜类合酶基因An2、ZmTPS6、ZmTPS8以及ZmTPS26的表达情况。结果表明,4个基因在B73与Mo17应对干旱和ABA处理时基因表达差异明显。在Mo17中,干旱胁迫以及ABA处理显著诱导4个基因的表达;在B73中,干旱处理导致An2、ZmTPS6和ZmTPS8基因表达下调,在ABA处理下时,只有ZmTPS6被显著上调;MeJA与MeJA/EP处理在B73与Mo17中都能上调4个基因的表达,但在Mo17中的诱导程度更剧烈。B73与Mo17的根部在响应胁迫时存在显著的萜类代谢差异,可能为其抗性差异原因之一。     

燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因

植物激素信号转导通路是响应胁迫的重要通路，该通路中基因的表达调控作物的抗旱性。为挖掘燕麦植物激素信号转导通路中响应干旱胁迫的关键基因，本研究对燕麦幼苗进行不同干旱胁迫处理，取叶片进行转录组测序，分析不同处理下基因的表达。结果表明，与正常水分条件相比，轻度干旱胁迫（PEG 10%）诱导624个基因表达发生显著变化（DEGs），重度干旱胁迫（PEG 20%）诱导13 063个。GO富集分析显示，重度干旱胁迫下，DEGs主要富集在对胁迫反应的调节；KEGG分析显示，轻度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路中1个ARF和2个CRE1基因表达显著下调，表达量较高，可能为燕麦在该通路中响应轻度干旱胁迫的基因；而重度干旱胁迫下，植物激素信号转导通路富集169个DEGs，其中生长素和脱落酸信号转导过程DEGs较多，分别占植物激素信号转导通路总DEGs的20.7%和15.9%；在8条激素信号转导过程中筛选出12个表达量较高的基因，可能为燕麦在该通路中响应重度干旱胁迫的关键基因。本研究将为今后燕麦抗旱基因的克隆和验证提供依据。     

大麦根系响应湿害胁迫的转录组分析

湿害是影响大麦产量和品质的主要非生物胁迫之一。为进一步明确大麦响应湿害胁迫的应答机理，本研究以耐湿大麦品种泰兴9425为材料，利用高通量转录组测序(RNA-seq)技术，比较不同湿害胁迫时间下的基因表达差异。结果表明，湿害胁迫12 h后获得1 436个差异表达基因，而胁迫48 h后获得2 090个差异表达基因，其中共同上调表达基因286个。GO富集分析发现，涉及代谢过程、细胞膜、催化活性等的差异表达基因占比最多。KEGG富集分析发现，差异表达基因主要富集于糖酵解、类黄酮生物合成、乙烯合成等代谢通路。对7个耐湿相关的候选基因进行qRT-PCR分析，发现差异表达基因的表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。     

PEG模拟干旱胁迫下野生大豆转录组分析

为研究耐旱型野生大豆在干旱胁迫下基因表达谱的变化,从备选野生大豆材料中筛选抗旱性强的野生大豆品种,同时探讨最适PEG胁迫浓度,而后以野生大豆永46为试验材料,利用RNA-seq技术对20%PEG6000处理不同时间的叶片进行基因表达谱差异分析。结果显示:获得39 183个序列信息,其中各时期共有序列27 875个。随干旱胁迫时间延长,差异表达基因数量发生变化,胁迫12 h达到最多。根据GO功能分析可将序列大致分为分子功能、细胞成分和生物学过程三大类,其差异表达基因广泛涉及糖、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子代谢、能量代谢以及次生代谢过程。在KEGG数据库中,依据代谢途径可将其定位在127个分支,包括植物-病原体互作、植物激素信号转导、RNA降解、ABC转运蛋白等,其中植物激素信号转导途径在不同时间处理下的变化都显著。转录因子分析发现在干旱胁迫下变化明显的转录因子家族包括MYB、bHLH、AP2\EREBP、WRKY和NAC等。对4个不同功能基因干旱胁迫后不同时间的表达量进行荧光定量分析,其变化趋势与转录组数据相同。     

二倍体西瓜及其同源四倍体叶片sRNA表达谱分析

植物多倍化后的基因表达平衡重建受到sRNA调节,miRNA是植物多倍化中基因表达进行反式调控的主要小分子成员。本研究利用新一代高通量测序对西瓜二倍体(2n)及其同源四倍体(4n)叶片的sRNA进行表达谱测序分析。结果表明:(1)2n中sRNA以21 nt为主,4n中则以24 nt为主。(2)在2n和4n鉴定出已知miRNA分别为110个和172个,新miRNA分别为246和829个,其中差异表达的已知miRNA 205个,新miRNA 815个。(3)GO功能显著性富集分析表明差异表达的miRNA在细胞组成、代谢过程及催化活性上显著富集。(4)KEGG代谢分析表明,差异表达的已知miRNA主要富集在初级代谢和次级代谢途径上,新miRNA则主要富集在植物激素信号转导途径、RNA转运途径和ABC转座子途径上。(5)差异表达的miRNA中与植物抗逆胁迫相关的已知miRNA 25个,新miRNA 62个,且80.46%抗逆miRNA在西瓜二倍体中上调表达,是四倍体中的4倍以上。根据miRNA的负向调控原理推测这些上调表达的miRNA在西瓜二倍体中可能会抑制部分抗逆基因的表达,影响二倍体的抗逆性。本研究在转录后调控调控水平上为西瓜多倍体较二倍体拥有更强抗逆性提供了理论依据,同时对西瓜多倍体及二倍体之间的基因表达谱分析做了补充。     

推广巴西陆稻扩套种 促进结构调整与优化

两年来对巴西陆稻新品种的引进试种和推广结果表明 :短芒型巴西陆稻 (IAPAR9)具有生育期短、较抗病、耐旱耐脊、米质优、产量高等优良特性。实行巴西陆稻扩套种 ,不仅可开拓一条在旱地或幼龄果园生产优质稻谷的新途径 ,而且可为养牛业、蘑菇种养业提供丰富优质的稻草来源 ,促进农业种植结构调整优化和“粮 -经 -饲”三元经济结构的发展。同时 ,还探讨了一整套优质高产栽培技术     

茶树WOX基因家族的鉴定和表达模式分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。文章基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定出29个WOX基因,并对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析了它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理中的转录组数据。结果表明,29个CsWOX(茶树WOX)基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树WOX基因分为4类;基因结构和保守基序分析发现相同亚家族的基因结构和保守结构域基本一致;基因表达分析显示,CsWOX基因在花和果实组织中具有较高的表达水平,且部分基因随着叶片成熟度的增加,表达水平升高;不同的Cs?WOX基因在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理下存在差异表达,说明CsWOX基因广泛参与茶树生长发育并在响应非生物胁迫中发挥重要作用。该结果将为进一步研究WOX基因在调控茶树生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息,为茶树WOX基因的功能研究与利用提供科学依据。     

甘蓝型油菜SERK基因家族的鉴定与系统进化分析

体细胞胚胎发生类受体激酶（somatic embryogenesis receptor-like kinase，SERK）与植物体细胞胚发生，尤其是与植物非生物逆境胁迫响应有关。为鉴定甘蓝型油菜中BnaSERK基因家族成员、揭示其进化关系及其与油菜盐/旱胁迫的响应，利用生物信息学方法对甘蓝型油菜品种中双11的SERK家族成员、基因结构、进化关系、选择压力等进行系统分析，并初步分析了部分BnaSERK基因在盐/旱胁迫下的表达响应模式。结果表明：在甘蓝型油菜基因组共鉴定到24个BnaSERK基因，它们不均等地分布在15条染色体上，可分为3个亚族，具有相对保守的基因结构和保守基序，且含多种与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。共线性分析表明，甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝分别有14对、44对和32对基因表现出共线性。基于比较基因组学研究，甘蓝型油菜BnaSERK基因在经历多倍体化之后，出现了不同程度的丢失现象。分析表明，BnaSERK基因家族在芸薹属物种间的进化相对保守。盐/旱胁迫下的5个BnaSERK基因在叶片中的表达模式分析结果显示，BnaA07g29610D、BnaC01g43240D、BnaCnng07810D基因在盐胁迫下表达量上调，而BnaA01g23070D、BnaA07g23390D基因则表现为下调；BnaA07g23390D、BnaA07g29610D基因在干旱胁迫下表现为上调表达，而BnaC01g43240D、BnaCnng07810D、BnaA01g23070D基因呈下调趋势。表明BnaSERK基因可能在油菜响应盐/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

土壤干旱胁迫对不同水稻品种叶片卷曲的影响

在人工控制土壤水分条件下,以13个具有不同耐旱性的栽培稻品种（组合）为供试材料,研究了在分蘖盛期土壤断水后随着干旱胁迫的加重叶片卷曲度（LRI）的动态变化及其与蒸腾、光合特性和叶片水分利用的关系。结果表明,不同品种的LRI明显增大的起始日期、明显增大期日均增量和最大值存在着显著差异,并依据叶片卷曲表现可将参试品种划分为敏感型（如中旱1号）、中间型（如旱稻8号）和钝感型（如巴西陆稻）三种类型。随着土壤断水后干旱胁迫的加重,LRI逐渐增大。LRI与气孔导度（SC）、蒸腾速率（TR）和净光合速率（Pn）的关系因品种类型而异;LRI每增加1级,中旱1号、旱稻8号和巴西陆稻的SC分别降低0.26、0.20和0.17 mm/s,TR分别降低0.86、0.66和0.49 mmol/(m2·s);Pn呈显著下降的叶片卷曲度中旱1号明显小于巴西陆稻。当叶片适度卷曲时,WUE随LRI值的增大而提高,中旱1号LRI的变化同时引起TR和Pn显著改变进而影响WUE,而旱稻8号和巴西陆稻LRI变化对WUE的影响主要系TR改变所致。     

杂草稻和栽培稻叶片下表皮结构特征的观察及聚类分析

 利用光学显微镜对33份杂草稻及6份栽培稻材料的叶片下表皮中央长细胞及其各级乳突、气孔器及其乳突的结构特征进行了观察、统计后作主成分分析及聚类分析。主成分分析后得到3个在各个性状因子中贡献率最大的主成分,分别是中央长细胞大乳突、中乳突及小乳突的数目、大小,气孔密度。叶表皮结构特征在各供试材料之间有一定的变异和特异性,在杂草稻分类鉴定及亲缘关系的研究中具有一定的价值。     

稻文化的再思考(7)——稻的起源、分化和传播

综述和讨论了稻的起源、分化和传播等的考古与现代生物学研究的一些成果。笔者根据这些研究成果描绘了稻的起源和传播路线,即稻起源于我国长江中下游地区或华南地区,分化成籼粳稻后一路向北传播至我国的北方,最后到达日本和朝鲜等国家(以粳稻为主);另一路向南和西南方向传播至我国西南地区和福建等地,再经我国西南地区传至缅甸、越南、印度等东南亚、南亚国家(以籼稻为主),最后经印度传至欧洲美洲,从福建经台湾和琉球群岛传至日本。稻的分化亦有多种研究成果和推论,但从籼粳重要的栽培特征和农艺性状基因看,一次起源的可能性更高。文中还穿插介绍了稻的起源和传播中的一些人文传说和神话故事。     

Identification of Differentially Expressed Genes Induced by Ammonium Nitrogen in Rice Using mRNA Differential Display

RNAs isolated from ammonium- and nitrate-treated rice leaves were used to screen differentially expressed genes through mRNA differential display. A total of 72 bands appeared significant differences and some of them were further confirmed by reverse Northern and Northem blot. The results showed that two genes, A-02 (Oryza sativa drought stress related mRNA) and A-03 (Zea mays partial mRNA for TFIIB-related protein) were highly up-regulated in the ammonium-fed rice leaves. The enzyme assays showed that the activities of the two anti-oxidative enzymes, catalase and peroxidase, and the content of a non-enzymic antioxidant, glutathione, were significantly higher in the ammonium-fed rice leaves than those in the nitrate-fed ones, indicating that the ammonium nutrition might be beneficial for rice plants to improve the stress resistance during growth and development.     

Genetic Diversity and Relationship of Weedy Rice in Taizhou City, Jiangsu Province, China

Microsatellite markers and morphological charactedstics were used to explore the genetic diversity and possible origin of weedy dce in Taizhou City, Jiangsu Province, China. Fifty-two weedy rice (Oryza sativa L.) accessions were compared with two wild rice, four hybdd rice and five cultivars using 22 simple sequence repeat (SSR) primer pairs. A total of 107 fragments were amplified, averaging 5.6 alleles per primer pair. The polymorphic index content (PIC) values ranged from 0.3077 to 0.7951, averaging at 0.5870. The average genetic distance of all samples ranged from 0.02 to 0.46 with an average of 0.262. The genetic distance among Taizhou weedy rice ranged from 0.03 to 0.44 with an average of 0.224. Cluster analysis showed that all the weedy rice accessions from Taizhou City were indica, and could be subdivided into different genotypes. The majority (86%) of weedy rice was most closely related to hybrid rice. The Taizhou weedy dce accessions were morphologically similar, but still could be delineated into indica or japonica group by some morphological traits. it is suggested that the levels of genetic and morphological diversities of weedy rice in Taizhou City are low and these weedy rice plants originated from the segregating progenies of hybrid rice that had naturally introgressed with cultivated rice.     

外源磷处理对水稻籽粒植酸含量及相关代谢基因表达的影响

利用水稻穗离体培养方法,对不同外源磷浓度下水稻籽粒植酸等磷化物含量的差异及其植酸代谢相关功能基因在灌浆过程中的表达特征进行了探讨。结果表明,水稻籽粒中的植酸、无机磷和总磷含量随外源磷处理浓度上升呈增加趋势,但磷处理对千粒重和单位籽粒中植酸积累量的影响因磷浓度水平而异,高磷处理会导致水稻千粒重和籽粒植酸积累绝对量的显著降低;外源磷处理浓度的上升,不仅会引起水稻籽粒中锌和铁元素含量的显著降低,而且会导致锌、铁营养的生物有效性下降;外源磷处理对水稻籽粒植酸含量的影响与不同磷处理下RINO1基因的相对表达量之间存在较密切关系,中磷浓度(3P)处理会诱导RINO1基因的表达,但高磷浓度(12P)会抑制RINO1基因的表达,RINO1是外源磷浓度处理对水稻籽粒植酸合成代谢过程产生调控作用的一个重要功能基因位点,而IPK2基因与水稻在不同磷浓度处理下的植酸含量变化无直接联系。     

江淮流域杂草稻叶绿体DNA的籼粳分化

 为了探明江淮流域杂草稻的细胞质来源,根据水稻叶绿体DNA ORF100（Open Reading Frame 100）序列在籼粳间存在69 bp差异的特征,设计了InDel标记cpDNA69。利用该标记对2个分别以籼稻和粳稻为母本的F2群体、22份栽培稻（Oryza sativa L.）、3份普通野生稻（O. rufipogon Griff.）进行了分析验证。PCR结果可以获得缺失和非缺失两种带型,缺失带型与以籼稻为母本的F2群体、10份籼稻材料完全对应;非缺失带型与以粳稻为母本的F2群体、11份粳稻材料完全对应,3份广西普通野生稻为非缺失带型,属粳型,1份以粳稻为母本的籼粳杂交材料为粳型。因此,cpDNA69可以用作叶绿体籼粳鉴定标记。利用该标记对22份杂草稻的叶绿体DNA鉴定的结果表明,7份早年发现的杂草稻,即江苏省连云港穭稻和安徽省怀远、来安、全椒、肥东的塘稻的叶绿体DNA为非缺失带型,属粳型,而近年来在江苏省扬中、高邮、灌云、洪泽、盐都、兴化、如皋等地直播稻田发现的15份红米杂草稻的叶绿体DNA为缺失带型,属籼型。这为进一步研究江淮流域杂草稻的来源提供了依据。     

广东雷州杂草稻黑壳基因Bh4和红皮基因Rc的基因型鉴定

为测定雷州杂草稻的黑色颖壳基因Bh4和红色果皮基因Rc的基因型,本研究对雷州10个杂草稻群体的100个单株的种子的颖壳和果皮颜色进行表型观察,同时通过PCR扩增及序列分析对Bh4和Rc的基因型进行鉴定。结果表明,雷州杂草稻中黑色颖壳和黄色颖壳的种子几乎各占一半,果皮颜色则以红色为主,有少量白色和浅红色果皮的种子。雷州杂草稻的Bh4和Rc的基因型与表型鉴定结果一致。57份黑色颖壳杂草稻的Bh4基因型为39个野生型和18个杂合型,25份黄色颖壳和18份黄色带黑斑颖壳杂草稻的Bh4基因型均为缺失22 bp的突变型;90份红色果皮杂草稻的Rc基因型为73个野生型和17个杂合型,4份白色和6份浅红色果皮杂草稻的Rc基因型均为缺失14 bp的突变型。本研究为分析雷州杂草稻的Bh4和Rc基因的来源提供了分子基础。     

籼型三系杂交水稻品质性状配合力与遗传力研究

以3个不育系和11个恢复系为材料,采用不完全双列杂交设计研究了水稻12个品质性状配合力和遗传力的表现规律。结果表明：（1）大部分性状特殊配合力方差极显著,即主要受基因非加性效应作用;少部分性状一般配合力和特殊配合力均显著或极显著,即受基因加性效应和非加性效应共同控制,且非加性效应占主导地位。（2）糙米率、粒长和垩白面积等受不育系影响较大,整精米率和糊化温度受恢复系影响较大,精米率、长／宽和垩白粒率等受父母本影响相当。（3）各性状狭义遗传力大小顺序为：蛋白质含量、整精米率、糊化温度、糙米率、垩白面积、粒长、胶稠度、直链淀粉含量、精米率。（4）亲本以星城A和明恢77较为理想,组合以星城A／TO974和金23A／R207较为理想。     

野生稻抗性基因的发掘、定位与利用研究进展

野生稻是现代栽培稻的祖先,几万年前古人类就开始将野生稻逐步驯化成现代栽培稻。但在野生稻驯化成栽培稻过程中,约有1/3的等位基因和1/2的基因型丢失了,其中包括抗病、虫、杂草、抗逆境基因和高产优质等大量特异基因。文章综述了近年来在野生稻抗病性(稻瘟病、白叶枯病、细菌性条斑病),抗虫性(稻飞虱、三化螟、稻纵卷叶螟),抗逆境(耐冷性、耐旱性、耐低磷)以及野生稻种质资源在水稻育种上利用的研究进展。